Um determinado carvão tem a seguinte análise de massa:
de
de
de
de
e
de cinzas. O carvão é queimado com
de excesso de ar. Determine a razão ar/combustível.
Passo 1
O enunciado pede: determinar a razão ar/combustível quando o carvão é queimado com
de excesso de ar.
Dados de análise em massa do carvão (por cento em massa): de
,
de
,
de
,
de
e
de cinzas.
Observações importantes extraídas do enunciado (lista das informações relevantes):
Dados de análise em massa do carvão (por cento em massa):
Observações importantes extraídas do enunciado (lista das informações relevantes):
- A composição está em porcentagem em massa (vamos usar base
de combustível para facilitar). - Cinzas são inertes (não reagem).
-
no combustível não precisa de oxigênio adicional para ser formado (já está formado). - Há
contido no combustível ( ) que contribui para a oxidação; portanto deve ser subtraído do oxigênio total necessário. - É pedido ar/combustível em base massa (kg ar / kg combustível).
Passo 2
Escolho a base de
de combustível (isso facilita e é padrão). Converto as porcentagens em massas absolutas:
Passo 3
Agora calculamos o oxigênio estequiométrico necessário para oxidar o carbono e o hidrogênio presente (a água já formada não necessita de O
). Explico as razões estequiométricas:
-
Reação para carbono:
.
A cadade C é necessário de . Logo a massa de necessária por massa de carbono é . -
Reação para hidrogênio:
.
A cadade é necessário de . Logo a massa de necessária por massa de é .
Agora aplico essas razões aos masses da base
:
Passo 4
Somando as necessidades de oxigênio para C e H
obtemos o oxigênio teórico total requerido:
Como já existe
de
no combustível, esse oxigênio interna reduz a necessidade de O
do ar. Então o oxigênio externo necessário é:
Passo 5
Precisamos converter a massa de
necessária em massa de ar. Para isso usamos a fração em massa de
no ar seco. Explico como obter essa fração:
- Ar por volume tem aproximadamente
de O e de N . - Tomando massas molares aproximadas:
, . - A massa média do ar (por mol de mistura) é
- A fração mássica de O
no ar é então
Ou seja, cerca de
da massa do ar é oxigênio.
Passo 6
Com a fração mássica de O
no ar, a massa de ar necessária estequiometricamente (sem excesso) é
Isso é o ar teórico (estequiométrico).
Passo 7
O problema diz que o combustível é queimado com
de excesso de ar. Excesso de ar de
significa que a razão entre ar fornecido e ar estequiométrico é
. Assim a massa real de ar fornecida é
Arredondando adequadamente para duas casas decimais (convém em problemas práticos):
Passo 8
Resumo rápido do raciocínio (só para você fixar antes da resposta final): assumimos 1 kg de carvão, calculamos O
demandado por C e H
usando razões estequiométricas, subtraímos o O
presente no combustível, convertimos a massa de O
necessária para massa de ar usando a fração mássica de O
no ar e então aplicamos
de excesso. Você consegue repetir isso na prova seguindo os mesmos passos — funciona direitinho.