Considere a queima de carvão pulverizado (Carbono - 43%; Hidrogênio - 2,9%; Enxofre - 2,9%; Oxigênio - 3,4%, Nitrogênio - 0,8%, Umidade - 10,0%, Cinzas - 37%) numa unidade geradora de vapor de uma central termelétrica. Admitindo excesso de ar de
, presença de
de carbono não queimado no cinzeiro e umidade no ar de combustão de
de ar seco, determine: (i) a razão AC teórica, (ii) o volume teórico de ar (
), (iii) a massa de gases de combustão ( kg gas/kg cb), (iv) o volume teórico e real dos gases de combustão (
gas
), (v) o volume teórico dos gases de combustão em base seca, (vi) as frações mássicas e as frações molares dos gases de combustão.
Passo 1
Vamos trabalhar com
kg de carvão (cb) “base úmida” cuja composição em massa é
C %, H
%, S
%, O
%, N
%, umidade
%, cinzas
%.
Admitimos ar seco como %
e
%
em massa, volume molar dos gases padrão
, excesso de ar
%, carbono não queimado nas cinzas
% (em massa de carvão) e umidade no ar de combustão
kg
de ar seco.
Conteúdo aplicado: balanço estequiométrico de combustão, conversão massa-mol, cálculo de volumes e frações de mistura.
C
Admitimos ar seco como
Conteúdo aplicado: balanço estequiométrico de combustão, conversão massa-mol, cálculo de volumes e frações de mistura.
Passo 2
(i) Cálculo do oxigênio estequiométrico e da razão ar combustível teórica.
Massas de elementos no carvão (por kg cb):
Massas de elementos no carvão (por kg cb):
Oxigênio necessário (kg
) para combustão completa (sem perda):
Como o ar tem fração massiva de
igual a
, a razão ar teórica (
) é
Passo 3
(ii) Volume teórico de ar seco por kg de carvão.
Massa molar do ar médio
Massa molar do ar médio
Moles de ar
logo o volume teórico
Passo 4
(iv-teo) Volume teórico dos gases de combustão (inclui
O da combustão e da umidade do carvão, mas sem excesso de ar nem umidade do ar).
Moles de produtos por kg cb:
Moles de produtos por kg cb:
Total kmol gas teórico
Volume teórico
Passo 5
(v) Volume teórico seco (retirando toda
O):
Passo 6
(iii) Massa de gases de combustão com
% de excesso de ar e umidade no ar.
Ar seco real
Ar seco real
Umidade do ar
Cinzas sólidas (cinza
C não queimado)
Massa total de gases
Passo 7
(iv-real) Volume real dos gases (com excesso de ar e umidade do ar).
Moles na condição real:
Moles na condição real:
além de
Total kmol real
Total kmol real
Volume real
Passo 8
(vi) Fração mássica e molar dos gases reais.
Massas de cada componente (por kg cb):
Massas de cada componente (por kg cb):
total
.
Fração mássica :
Fração mássica
Fração molar
:
Resposta
(i)
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
(vi) Frações mássicas reais
;
frações molares reais
(ii)
(iii)
(iv)
(v)
(vi) Frações mássicas reais
frações molares reais