Faça o balanço estequiométrico de um gás natural composto por
de metano
e
de etano
e depois o refaça para sua combustão com
de excesso de ar.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas, e os dados que temos são estes (assumidos de forma usual em problemas de combustão):
- O gás natural é composto por
de metano e de etano. Vou interpretar essas porcentagens como frações molares (ou volumétricas), ou seja, numa base de mol de mistura temos mol de e mol de . - Primeiro: fazer o balanço estequiométrico (combustão com ar teórico = quantidade mínima de ar necessária).
- Depois: refazer o balanço para combustão com
de excesso de ar (isto é, o dobro do ar teórico).
Informações/assunções usadas:
- Ar seco composto por
em mol de e em mol de . É comum usar o fator aproximado (logo para cada mol de existem mol de no ar). - Vou trabalhar com base
mol de mistura (fácil de escalar depois).
Passo 2
Escrever as reações de combustão balanceadas para cada componente isoladamente e extrair a necessidade de
.
Reações estequiométricas:
Logo, 1 mol de
consome
mol de
.
Logo, 1 mol de
consome
mol de
.
Com a base escolhida (1 mol de mistura):
-
: mol mol . -
: mol mol .
Somando:
Passo 3
Determinar os produtos formados (moles de
e
) para 1 mol de mistura e checar o balanço de átomos.
Para o carbono:
-
gera mol por mol de : mol . -
gera mol por mol de : mol .
Totalmol.
Para o hidrogénio:
-
gera mol por mol de : mol . -
gera mol por mol de : mol .
Totalmol.
Checagem rápida: o
consumido contabiliza os oxigênios em
e
:
- Oxigênios em produtos =
(do ) (da ) átomos O. - Cada mol
tem 2 átomos O, então necessário = mol, que coincide com o cálculo anterior — bom sinal.
Passo 4
Calcular o ar teórico e escrever a equação estequiométrica completa (incluindo
do ar).
Usando o fator
(convencional), para cada
mol de
vêm
mol de
.
Então:
E o número de mols de ar (total) correspondente é
mol ar (onde
).
A equação balanceada, por 1 mol de mistura, com ar teórico é:
(ou equivalentemente:
.)
Passo 5
Combustão com
de excesso de ar (ou seja, ar fornecido =
do teórico).
- O_2 fornecido =
mol . - N_2 fornecido =
mol . - Ar total fornecido (moles) =
mol ar.
A quantidade de
consumida continua sendo a estequiométrica
mol; o restante fica como
livre nos produtos:
Produtos finais (por 1 mol de mistura) com
excesso de ar:
-
mol (mesmo que antes), -
mol, -
(excedente) = mol, -
mol.
Equação balanceada com
excesso de ar:
(ou usando ar:
)
Passo 6
Dicas rápidas para a prova (práticas e úteis):
- Sempre escolha uma base simples (1 mol de mistura, ou 1 kg, etc.). Facilita contas.
- Memorize as necessidades estequiométricas básicas:
usa , usa . - Use o fator
para no ar — é prático e aceito em exercícios. - Verifique o balanço de átomos (C, H, O) como checagem final.
- Para excesso de ar: mude apenas a quantidade de ar fornecida; produtos CO2 e H2O permanecem os mesmos (excesso aparece como
em excesso no gás de saída).