Um gás de síntese com seguinte composição molar:
em CO2,
em O2,
em CO,
em
e o restante em
é queimado com
de excesso de ar. Obtenha a análise de Orsat dos fumos.
Resp.
Passo 1
O enunciado pede: obter a análise de Orsat dos fumos (ou seja, as frações molares secas de
,
e
nos gases de combustão, com a água removida) quando um gás de síntese com a composição molar abaixo é queimado com
de excesso de ar.
Dados fornecidos (composição molar do gás de síntese):
restante em .
restante em
Vou calcular explicitamente o restante:
de
no gás de entrada.
Assumo ar seco com composição padrão: e
(por mol).
Observações importantes (relevantes para a resolução): tomar uma base de kmol do gás de síntese simplifica contas; reação completa (todo
e
são oxidados); Orsat fornece análise seca (remoção de
), então ao final devo expressar as frações molares sem
.
Assumo ar seco com composição padrão:
Observações importantes (relevantes para a resolução): tomar uma base de
Passo 2
Escolho a base de cálculo:
kmol do gás de síntese. Então os mols de cada componente na alimentação são:
kmol,
kmol,
kmol,
kmol,
kmol.
Explanação didática: usar uma base (normalmente
kmol ou
mol) é prática comum em balanços estequiométricos — facilita transformar percentagens em mols imediatamente e fazer as contas sem alterar proporções.
Passo 3
Escrevo as reações de combustão relevantes e a estequiometria de O
necessária:
Cada mol de
consome
mol de
; cada mol de
consome
mol de
. Isso decorre do balanço de átomos de oxigénio e hidrogénio nas reações.
Calculo do O
estequiométrico necessário para oxidar todo o
e
:
Passo 4
Controlo o O
já presente no gás de síntese:
kmol. Esse O
reduz a necessidade de O
vindo do ar.
Portanto o O
que precisa ser fornecido pelo ar é:
Se esse valor fosse negativo, significaria que há excesso de O
na alimentação e parte ficaria sem reagir; aqui é positivo, logo precisamos de O
adicional do ar.
Passo 5
Converto a necessidade de O
do ar em quantidade de ar. Como o ar tem
por mol (ou
mol O
por mol de ar),
Como há
de excesso de ar, o ar fornecido será:
Explicação didática: "excesso de ar
" significa usar
do ar estequiométrico. Multiplicamos o ar estequiométrico por
.
Passo 6
Calculo quantidades de
e
fornecidas por esse ar real:
Recorde: a fração molar do nitrogénio no ar é
; esse nitrogénio não participa da combustão (é inerte aqui) e sairá nos fumos.
Passo 7
Determino o balanço de O
: total disponível menos o consumido.
Total de disponível (entrada + ar):
Total de
O
consumido nas reações foi
kmol (calculado no Passo 3), portanto sobra nos fumos:
Explicação didática: o excesso de ar gera O
não reagido que aparece nos gases de combustão; esse O
é detectável pelo Orsat.
Passo 8
Calculo as quantidades molares dos produtos de combustão (antes de remover a água):
-
total = de entrada + oxidado:
-
formado = todo oxidado:
-
em excesso (já calculado) = kmol. -
total nos fumos = da alimentação + do ar:
Resumo dos mols nos fumos (mol totais úmidos):
Passo 9
Orsat dá análise seca: removemos a água (
). Logo o total de mols secos é:
Agora calculo as frações molares secas (Orsat):
Verificação rápida:
(diferença por arredondamento), ou seja, as frações somam 1 dentro do arredondamento esperado.