Um gás de síntese, tendo a seguinte composição:
de
de
de
;
de
e
de
, é queimado com
em excesso de ar. O barômetro indica 98 kPa . Calcule o ponto de orvalho do gás de exaustão. Para prevenir condensação e consequentemente corrosão, os gases de exaustão têm de ser mantidos acima do seu ponto de orvalho.
Passo 1
O enunciado fornece a composição molar (assumo percentagem em mols/volumes) do gás de síntese e pede o ponto de orvalho do gás de exaustão quando queimado com
de excesso de ar, à pressão indicada pelo barômetro de
.
Dados extraídos do enunciado:
- Composição do gás (base
mol): de ; de ; de ; de ; de . - Ar fornecido com
de excesso (ar composto, em mols, por e ). - Pressão total dos gases:
.
Pedido: - Calcular o ponto de orvalho do gás de exaustão (temperatura à qual o vapor d’água presente começa a condensar), ou seja, a temperatura à qual a pressão de vapor de saturação da água é igual à pressão parcial do vapor d’água no gás.
Passo 2
Escolha de base e balanço estequiométrico (método padrão):
- Adoto como base
mol do gás de síntese (fácil porque as percentagens viram números absolutos). - Escrevo as reações de combustão, indicando o consumo de
por mol de cada componente (todas assumidas totalmente oxidadas): -
⇒ consumo mol por mol . -
⇒ consumo mol por mol . -
⇒ consumo mol por mol . -
e do combustível são inertes (não consomem ).
-
Calculo do requerimento estequiométrico de
(para
mol do gás):
- De
: . - De
: . - De
: .
Somando:
Passo 3
Calcular o ar teórico e o ar real com
de excesso:
- Fração molar de
no ar: . Logo o ar teórico (mol) é
- Com
de excesso:
-
fornecido:
- Excesso de
não consumido:
-
proveniente do ar:
Passo 4
Lista dos produtos e contagem de mols (por 100 mol de combustível):
-
: vinha do combustível + produzida por combustão de e : - De
: → . - De
: → . - Total
.
- De
-
: de e : - De
: mol → mol . - De
: mol → mol . - Total
.
- De
-
: do combustível plus do ar : -
residual (excesso): .
Total de mols dos produtos (gás úmido) por 100 mol de combustível:
Passo 5
Calcular a fração molar e a pressão parcial do vapor d’água:
- Fração molar do vapor d’água no gás:
- Pressão parcial do vapor d’água (assumindo comportamento ideal dos gases):
(Nota: valores arredondados ao final; mantive precisão suficiente para o cálculo do ponto de orvalho.)
Para usar a forma empírica de saturação (Antoine) é conveniente converter
para
. Conversão:
Assim
Passo 6
Definição do ponto de orvalho e uso da equação de Antoine:
- Conceito: ponto de orvalho é a temperatura à qual a pressão de vapor saturado da água
é igual à pressão parcial do vapor no gás . Logo busca-se tal que . - Uma forma prática para
é a equação de Antoine (válida em intervalo prático de a ):
onde
está em
e
em
. Para água (intervalo
–
) uso os coeficientes:
- Invertendo a equação para
:
Aplicando
:
- Primeiro
. - Então
Calculemos passo a passo (com arredondamentos controlados):
Passo 7
Interpretação e conclusão:
- O ponto de orvalho calculado para os gases de exaustão, nas condições dadas (combustão com
de excesso de ar e pressão total ), é aproximadamente . - Isso significa que, se os gases de exaustão forem resfriados até essa temperatura, o vapor d’água começará a condensar; para evitar condensação e corrosão, deve-se manter a temperatura dos gases acima desse valor.