Um gás combustível composto de
e
é queimado completamente com
de excesso de ar. Calcule:
a) A composição do gás de chaminé.
b) A análise de Orsat.
c) A razão mássica de ar/gás combustível.
a) A composição do gás de chaminé.
b) A análise de Orsat.
c) A razão mássica de ar/gás combustível.
Passo 1
Dados do enunciado (coloquei tudo em base molar para facilitar):
,
e
(essas porcentagens são percentagem molar do gás combustível). O gás é queimado com
de excesso de ar.
O que o enunciado pede:
O que o enunciado pede:
- a) A composição do gás de chaminé (isto é, a composição dos produtos de combustão, em base molar/volumétrica — vou apresentar a composição “úmida”, contendo vapor d’água).
- b) A análise de Orsat (lembre: Orsat apresenta os volumes de
, e de uma amostra seca; observe que é absorvido junto com no reagente de Orsat, então o valor lido para incluirá ). - c) A razão mássica ar/gás combustível (kg ar por kg combustível).
Informações adicionais que uso por padrão (explicarei por que): vou tomar uma base de
mols de mistura combustível (isso transforma as porcentagens molares em números inteiros simples:
mol de
,
mol de
,
mol de
). Vou considerar ar seco com
de
e
de
em mols, o que dá a razão molar
. Vou usar os pesos atômicos inteiros aproximados para cálculos de massa (para facilitar sem calculadora):
,
,
,
,
.
Passo 2
Escolha da base e equações de combustão elementares. Explico o porquê da base de
mols: facilita transformar as porcentagens molares diretas em números de mols do combustível. Agora escrevemos as reações estequiométricas (combustão completa) para cada espécie:
Para
:
Observação: cada mol de
consome
mols de
, produz
mol de
e
mols de
.
Para
:
Observação: cada mol de
consome
mols de
, produz
mols de
e
mols de
.
Para
:
Observação: cada mol de
consome
mols de
, produz
mol de
e
mol de
.
Passo 3
Calculemos os consumos/produções estequiométricos usando a base de
mols de combustível:
-
Moles de cada componente do combustível:
mol, mol, mol. -
Consumo de
estequiométrico: Total estequiométrico de:
Passo 4
Incorporação do excesso de ar (
). Com
de excesso de ar, fornecemos
vezes o
necessário:
O excesso de
que permanecerá nos gases será:
Para o nitrogênio do ar: assumindo
(molar),
Passo 5
Calculemos a composição molar dos produtos (gás de chaminé) antes de remover água:
Produções por 100 mol combustível:
Produções por 100 mol combustível:
-
: de (90 mol → 90 mol ) + de (8 mol → 16 mol ). Logo: -
: de (90 × 2 = 180 mol) + de (8 × 3 = 24 mol) + de (2 × 1 = 2 mol). Logo: -
: cada mol de dá 1 mol : -
em excesso: mol (já calculado). -
: mol (já calculado).
Somando tudo para obter o total de moles de gás de chaminé (úmido):
Passo 6
Agora calculamos as frações molares (e em %) de cada componente no gás de chaminé úmido:
(Arredondei para duas casas decimais nas porcentagens.)]
Passo 7
Explicando a análise de Orsat e preparando os números: a análise de Orsat é feita com a amostra seca (vapor d’água removido) e mede sequencialmente volumes de
(absorvido por KOH), depois
(absorvido por solução de pirógalo/álcool) e o restante é considerado
. Importante:
também é absorvido pela solução alcalina usada para
, então a leitura de
do Orsat será na prática
.
Removendo a água da mistura (passando para base seca):
Nosso gás seco tem:
mol,
mol,
mol,
mol.
Passo 8
Cálculo da análise de Orsat (valores volumétricos % sobre base seca):
- O Orsat exibirá
como : -
(medido diretamente pelo Orsat): -
(por diferença ou medido como restante):
(Arredondei para duas casas decimais.)
Passo 9
Cálculo da razão mássica ar / gás combustível. Vou calcular massas usando os pesos molares aproximados que especifiquei (
).
Massa do combustível na base
mol:
Total massa do combustível (100 mol):
Massa do ar fornecido (já calculamos moles de
e
):
Portanto massa total do ar fornecido:
Finalmente, razão mássica
(kg ar por kg combustível):
Resposta
Composição do gás de chaminé (base molar, úmido):
,
,
,
,
.
Análise de Orsat (base seca;
do Orsat inclui
):
,
,
.
Razão mássica ar/gás combustível:
.