(Nilo, p. 162, ex. 4.10) De um forno queimando gás combustível resultou a seguinte análise de Orsat (base molar) dos gases de combustão: CO2=7,53 %, O2=7,53 %, CO=0 %. Calcule:
a) a % de excesso de ar. R: 50%.
b) a composição do gás de chaminé. R: % molares CO2=6,55 % ; O2=6,55 % ; N2=73,83 % e H2 O=13,07 %.

Passo 1

O enunciado traz a análise de Orsat feita sobre base seca do gás de combustão, com %CO2=7,53%, %O2=7,53% e %CO=0%. Vamos usar estequiometria de combustão do metano ( CH4), cálculo do fator de ar lambda (índice de ar real sobre ar estequiométrico), determinar o excesso de ar e, por fim, encontrar a composição molar molhada do gás de chaminé.

Passo 2

Escrevemos a reação global do metano queimando com excesso de ar:
CH4 + lambda,(O2 + tfrac7921,N2) ;longrightarrow; CO2 + 2,H2O + (lambda-1),O2 + lambda;tfrac7921,N2
Aqui lambda=1 corresponde ao ar estequiométrico e, em 1 mol de metano, o ar teórico contém
20,21=9,5238 mol de ar,
das quais 2 mol são O2 e 9,5238cdot0,79=7,5238 mol são N2.

Passo 3

Na base seca, excluímos a produção de 2 mol de H2O. Os componentes secos são então:
CO2:1 mol
N2:7,5238,lambda mol
O2:(lambda-1),2 mol
Total seco
nseco = 1 + 7,5238,lambda + 2(lambda - 1) = -1 + 9,5238,lambda

Passo 4

Na base seca, a fração molar de CO2 medida é
1-1 + 9,5238,lambda = 0,0753
Resolvendo para lambda:
1 = 0,0753,l(-1 + 9,5238,lambdar) ;Longrightarrow; 0,0753cdot9,5238,lambda = 1 + 0,0753 ;Longrightarrow; lambda = 1,07530,7166approx1,50

Passo 5

O excesso de ar, em %, é
(lambda - 1)times100% = (1,50 - 1)times100% = 50%

Passo 6

Para a composição molar molhada do gás de chaminé usamos, em 1 mol de CH4 e lambda=1,5:
CO2=1 mol,
H2O=2 mol,
O2=(1,5-1)cdot2=1 mol,
N2=7,5238cdot1,5=11,2857 mol.
O total molar molhado é
1 + 2 + 1 + 11,2857 = 15,2857 mol
As porcentagens molares ficam
%CO2=115,2857times100%approx6,55%, %O2=115,2857times100%approx6,55%,
%N2=11,285715,2857times100%approx73,83%, %H2O=215,2857times100%approx13,07%

Resposta

a) Excesso de ar = 50%.
b) Composição molar molhada do gás de chaminé:
%CO2=6,55%; %O2=6,55%; %N2=73,83%; %H2O=13,07%.

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