O combustível propano (
) é queimado com
de ar em excesso. Determine as frações molares de cada produto.
Além disso, calcule a massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível e a razão ar-combustível.
Além disso, calcule a massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível e a razão ar-combustível.
Passo 1
O que o problema pede e os dados que nos dão:
-
Enunciado: o combustível propano
é queimado com de ar em excesso. -
Perguntas:
- Determinar as frações molares de cada produto nos gases de combustão.
- Calcular a massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível (ou seja, massa de
produzida por de ). - Calcular a razão ar-combustível (massa de ar por massa de combustível), considerando o ar com composição padrão.
-
Informações e convenções que usarei (tudo extraído do enunciado ou convenções usuais):
- Ar seco composto por
em mol de e em mol de . Assim, por mol de há mol de (porque ). Vou representar o ar por . - Usarei massas molares simplificadas (fáceis de calcular sem calculadora):
, , , . Assim: -
. -
. -
. -
.
-
- Ar seco composto por
-
Nada mais será assumido; agora partimos para montar a reação e calcular.
Passo 2
Equilíbrio da reação estequiométrica (combustão completa) e O
necessário:
Escrevendo e balanceando a combustão completa de
:
Balanceando carbono:
. Balanceando hidrogênio:
. Agora balancear oxigênio: oxigênios no produto
, logo
.
Portanto a reação estequiométrica é:
Conclusão útil: O número de mols de
necessário por mol de
é
.
Passo 3
Converter ar e incorporar o excesso de ar (
):
- Uma “unidade” de ar que contém 1 mol de
traz junto mol de . Então, por mol de temos a mistura . - Ar estequiométrico necessário por mol de combustível:
mol de correspondem a unidades de . - Com
de excesso de ar, o fator de ar fornecido é . Assim, o número real de mols de fornecidos por mol de combustível é:
- O nitrogênio que vem junto é:
Passo 4
Produtos e mols finais (considerando combustão completa e O
em excesso):
- O
consumido pela combustão é mol por mol de combustível. Como foram fornecidos mol, sobra O não reagido:
- Produtos formados a partir do combustível (por mol de
): -
mol (formados pela combustão). -
mol.
-
- Nitrogênio apenas atravessa o processo sem reagir:
mol. - Portanto, os mols dos produtos (por mol de combustível) são:
-
-
-
(excesso) -
-
Passo 5
Calcular as frações molares dos produtos:
- Soma total de mols dos produtos:
- Fração molar de cada espécie
: -
Explicando rápido o que fiz: a fração molar é só a proporção de mols daquela espécie em relação ao total de mols do gás de produtos. Aqui somei todos os mols que saem e dividi cada entrada pelo total.
Passo 6
Massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível:
- Primeiro, massa de
formada por mol de combustível:
- Massa de combustível por mol:
- Assim, massa de água por unidade de massa de combustível (kg de
por kg de ):
Interpretação: para cada
de propano queimado (com combustão completa) saem cerca de
de água nos produtos. Note que isso não depende do excesso de ar (desde que a combustão seja completa): a água formada vem dos átomos de hidrogênio do combustível, então por mol de combustível sempre dá 4 mol de
.
Passo 7
Razão ar-combustível (massa de ar por massa de combustível):
Vou calcular a massa de ar fornecida por mol de combustível e depois dividir pela massa de combustível por mol.
- Massa de ar fornecida por mol de combustível: é a massa de todos os
e fornecidos. - Massa de
fornecida: - Massa de
fornecida: - Massa total do ar fornecido por mol de combustível:
- Massa de
- Massa de combustível por mol:
(já calculada). - Razão ar-combustível (massa) é:
Interpretação: isso significa aproximadamente
de ar por
de propano queimado, quando o ar é fornecido com
de excesso.
Passo 8
Resumo numérico e observações finais (rápida revisão didática):
- As frações molares foram obtidas dividindo os mols de cada produto pelo total de mols dos produtos; os produtos foram obtidos somando os produtos estequiométricos (CO
e H O) mais o O em excesso e o N que veio com o ar. - A massa de água por massa de combustível depende só da estequiometria do combustível (número de H presentes por mol de combustível) e não do excesso de ar (se a combustão for completa).
- A razão ar-combustível massa a massa exige converter as quantidades molares de ar (O
e N ) em massa usando as massas molares.
Resposta
Massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível:
Razão ar-combustível (massa de ar / massa de combustível):