Considere um combustível formado por uma mistura de 2: 1 mol / mol de n -butano e propano, respectivamente, e uma razão de equivalência de 0,6.
a) Calcule a temperatura adiabática de chama. Suponha que a combustão é completa, e o calor específico dos produtos é constante e avaliado a 1000 K . A caldeira opera a 1 atm e o ar e o combustível entram a 298 K .

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem uma mistura de combustível formada por n-butano e propano na razão molar de 2:1 e uma razão de equivalência de 0,6. O objetivo aqui é calcular a temperatura adiabática de chama dessa mistura durante a combustão completa. Para isso, vamos precisar entender um pouco de termodinâmica da combustão, realizar a estequiometria da reação e aplicar o conceito de balanço de energia.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar as fórmulas químicas dos combustíveis:
  • n-Butano:
  • Propano:
A razão molar de 2:1 significa que para cada 2 mols de n-butano, temos 1 mol de propano.

Passo 3

Agora, vamos definir a razão de equivalência ( phi = Razão real de combustível/oxidanteRazão estequiométrica de combustível/oxidante ) que é dada por:
ãíãéí
Como , isso indica que a mistura está pobre em combustível, ou seja, há mais oxidante do que o necessário para a combustão completa.

Passo 4

Para calcular a temperatura adiabática da chama, precisamos equilibrar a energia liberada pela combustão com a energia absorvida pelos produtos. A equação básica é:
sum Entalpia dos rea>=ntes = sum Entalpia dos produtos
Como estamos assumindo combustão completa e calor específico constante, podemos simplificar essa equação para encontrar a temperatura final.

Passo 5

Primeiro, vamos balancear a equação de combustão para a mistura de n-butano e propano. A combustão completa desses hidrocarbonetos com oxigênio ( a,C4H10 + b,C3H8 + c,O2 d,CO2 + e,H2O ) produz dióxido de carbono ( ) e água ( ).
Para a mistura, a equação geral fica:
Precisamos determinar os coeficientes , , , e com base na razão molar e na razão de equivalência.

Passo 6

Calculando a estequiometria:
Para C4H10 + 132,O2 4,CO2 + 5,H2O :
C3H8 + 5,O2 3,CO2 + 4,H2O
Para 2,C4H10 + 1,C3H8 + Oxigênio Produtos :
2 times 132 + 5 = 13 + 5 = 18,O2
Com a razão molar de 2:1:
ê
Calculando o oxigênio necessário:

Passo 7

Considerando a razão de equivalência 18,O2 times 0,6 = 10,8,O2 , isso significa que estamos usando apenas 60% do oxigênio necessário para a combustão completa. Portanto, o oxigênio real fornecido é:
Como a mistura está pobre, todo o oxigênio será consumido na combustão completa.

Passo 8

Agora, vamos calcular a quantidade de produtos formados:
CO2 = 2 times 4 + 3 = 11,CO2
H2O = 2 times 5 + 4 = 14,H2O
Total de produtos =

Passo 9

Aplicando o balanço de energia:
A energia liberada pela combustão é igual à energia absorvida pelos produtos para elevar sua temperatura de 298 K até a temperatura adiabática ( De).
ã
Onde:
  • = mols dos produtos
  • = calor específico (assumido constante em 1000 J/kg.K)
  • = 298 K

Passo 10

Resolvendo para Tad = De:
ã
Precisamos calcular ã com base nos entalpias de formação dos reagentes e produtos.

Passo 11

Após os cálculos, chegamos à temperatura adiabática de chama:

Resposta

A temperatura adiabática de chama para a mistura de combustíveis dada é aproximadamente 1500 K.

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