Um gás com a composição abaixo é queimado com
de excesso de ar em um forno. Qual é a composição do gás de exaustão?
Passo 1
O enunciado pede: “Qual é a composição do gás de exaustão?” para um gás combustível com composição molar (porcentagem molar) dada e queimado com
de excesso de ar. Informações fornecidas (peguei-as do enunciado):
Observações/assunções que vou usar (não pedido explicitamente, mas necessárias):
- Interpreto as porcentagens como porcentagens molares (volumétricas) — ou seja, podemos tomar uma base de
kmol de mistura de entrada. - Ar seco será tomado como
e em mol por mol. - Assumo combustão completa dos hidrocarbonetos e oxidação do
para (o excesso de ar garante isso). O produto inclui , , (excesso) e . - Vou fornecer a composição molar (porcentagem molar) do gás de exaustão “úmido” (inclui vapor d’água).
Passo 2
Escolho a base de cálculo mais simples:
kmol da mistura de entrada. Converto as porcentagens molares em kmol (cada percentual é fracionamento molar).
Passo 3
Escrevo as reações estequiométricas (explico: cada reação mostra quantos mols de
são necessários para oxidar uma mol de combustível e quantos mols de
e
se formam):
(nota: 1 mol de
consome
mol de
e gera
mol de
e
mol de
).
(nota: 1 mol de
consome
mol de
, gera
mol de
e
mol de
).
(nota: 1 mol de
consome
mol de
e gera
mol de
).
Passo 4
Calculo o consumo estequiométrico total de
exigido pelas reações acima (somando contribuições de cada espécie, multiplicando número de mols pela necessidade de
por mol):
Passo 5
Subtraio o
que já vem na mistura de entrada para achar quanto
precisa vir do ar:
Passo 6
Transformo isso em quantidade de ar e aplico o excesso de ar. Usando a composição do ar assumida (
,
molar):
Com
de excesso, o ar fornecido é
Agora calculo quanto de
e
essa quantidade de ar fornece:
Somando o
que já estava na mistura de entrada, o total de
disponível é
A diferença entre
disponível e
consumido estequiometricamente é o
que sobra nos produtos (excesso):
Passo 7
Calculo agora quantos mols de cada produto se formam:
-
: decompõe-se das espécies que se oxidam a :
-
: da combustão dos hidrocarbonetos:
-
restante: já calculado -
total nos produtos: nitrogênio do ar + nitrogênio que entrou na mistura:
Passo 8
Somando todos os produtos para obter o total de moles no gás de exaustão e, a partir disso, as frações molares:
Agora as frações molares e percentagens molares:
(Verificação:
.)]