Uma corrente de ar úmido entra em um condensador no qual se condensa 95 \% do vapor d’água do ar. A vazão do condensado (líquido que sai do condensador) é de 225 \mathrm{~L} / \mathrm{h}. O ar seco possui 21 \% de \mathrm{O}_{2} e 79 \% \mathrm{~N}_{2}. Calcule:
a. a vazão molar da corrente de gás que sai do condensador;
b. as respectivas frações molares de \mathrm{O}_{2}, 79 \% \mathrm{~N}_{2} e água da corrente de saída;
c. as respectivas frações mássicas de \mathrm{O}_{2}, 79 \% \mathrm{~N}_{2} e água da corrente de saída;
d. a umidade absoluta da corrente de saída como a razão kg água/kg de sar seco;
e. verifique que toda a massa que entra’é igual à massa que sai.
Passo 1
O enunciado descreve um condensador em que passa uma corrente de ar úmido cuja composição molar é \displaystyle 0,100 mol H_{2}O(g) por mol de mistura e \displaystyle 0,900 mol de ar seco por mol de mistura,
sendo que o ar seco é formado por \displaystyle 0,21 mol O_{2} por mol de ar seco e \displaystyle 0,79 mol N_{2} por mol de ar seco.
No condensador condensa-se 95\% do vapor d’água e o condensado sai com vazão de 225 L/h.
Precisamos aplicar balanços molar e de massa para determinar:
a) vazão molar do gás de saída;
b) frações molares de O_{2}, N_{2} e H_{2}O(g) na saída;
c) frações mássicas desses componentes;
d) umidade absoluta (kg H_{2}O/kg ar seco) da saída;
e) verificar balanço de massa total.
Passo 2
Converter a vazão de condensado de 225 L/h em mol/h, usando densidade da água 1 kg/L e massa molar \,18{,}015 g/mol:
em excelente acordo (diferença por arredondamento).
Resposta
a) \dot n_3 = 118980\;\mathrm{mol/h}.
b) x_{\mathrm{O_2}} = 0,209,\quad x_{\mathrm{N_2}} = 0,786,\quad x_{\mathrm{H_2O}} = 0,0055.
c) w_{\mathrm{O_2}} = 0,232,\quad w_{\mathrm{N_2}} = 0,764,\quad w_{\mathrm{H_2O}} = 0,0035.
d) \displaystyle \omega = 0,00347\;\mathrm{kg\;H_2O/kg\;ar\;seco}.
e) Massa que entra \approx3647{,}05\;\mathrm{kg/h} = massa que sai \approx3647{,}23\;\mathrm{kg/h} (diferença desprezível por arredondamento).