Uma mistura de combustível de
por massa de metano
e
de etanol
é completamente queimada com ar teórico. Se a vazão mássica total do combustível é de
, determine a vazão mássica necessária do ar.
Passo 1
O enunciado pede a vazão mássica de ar necessária para queimar completamente — em condições estequiométricas (ar teórico) — uma mistura de combustíveis cuja composição em massa é:
de metano
e
de etanol
. A vazão mássica total do combustível é
.
Informações dadas (resumindo):
Informações dadas (resumindo):
O que se pede: calcular a vazão mássica de ar
necessária.
Passo 2
Primeiro obtenho as vazões mássicas de cada componente do combustível aplicando as frações em massa:
Passo 3
Escrevo as reações de combustão estequiométricas (essas equações mostram quantas moléculas de
são necessárias por mol de combustível):
Interpretação: cada mol de
precisa de
mol de
; cada mol de
precisa de
mol de
.
Passo 4
Calculo as massas molares (uso massas atômicas aproximadas:
,
,
em
):
Breve explicação: massa molar é a massa de um mol de substância; uso-a para converter massa (kg/s) em fluxo molar (mol/s).
Passo 5
Converto as vazões mássicas em vazões molares:
Comentário: dividir massa por massa molar dá número de mols por segundo.
Passo 6
Calculo a necessidade molar de
a partir dos coeficientes estequiométricos:
Somo para obter o total:
Passo 7
Converto o fluxo molar de
em fluxo mássico de
:
Interpretação: para queimar todo o combustível estequiometricamente são necessários
de oxigênio puro.
Passo 8
Agora relaciono isso com o ar. Assumo ar seco com composição molar aproximada
e
. Calculo a massa molar média do ar:
com
. Então
A fração mássica de
no ar (importante para converter massa de O2 em massa de ar) é
Comentário: isso significa que aproximadamente
da massa do ar é oxigênio.
Passo 9
Finalmente calculo a vazão mássica de ar exigida (ar teórico):
Arredondando de forma razoável, posso apresentar como
.