( 3,0 pontos) Um gás natural composto de
de metano e
de etano é queimado em um forno com ar enriquecido com oxigênio. A análise de Orsat do gás de combustão é:
, o restante de
. Calcule a composição do ar enriquecido.
Passo 1
O enunciado dá: o gás combustível é uma mistura com composição por mol de
metano e
etano; o gás é queimado com ar enriquecido (assumimos que o “ar” tem só
e
); a análise Orsat do gás de combustão (gás seco) é
,
e o restante
.
O pedido: determinar a composição do ar enriquecido (fração molar ou de
e
).
Dados relevantes extraídos do enunciado:
CH
e
C
H
na mistura combustível; Orsat seco:
,
,
.
O pedido: determinar a composição do ar enriquecido (fração molar ou
Dados relevantes extraídos do enunciado:
Passo 2
Escolho uma base prática para calcular: tomo
mol da mistura de gás natural (isso facilita contas; resultados serão por mol de mistura). Assim:
mol e
mol.
Passo 3
Vou calcular o oxigénio estequiométrico necessário para combustão completa. Relembrando as reações estequiométricas:
Explicação didática: os coeficientes dão quantos mols de
são consumidos por mol de combustível. Multiplico pela quantidade de cada componente na base de
mol de mistura.
Oxigénio estequiométrico pedido:
Oxigénio estequiométrico pedido:
Passo 4
Calculo a quantidade de
formada (útil porque Orsat dá a
de
). Cada mol de CH
gera
mol
; cada mol de C
H
gera
mol
. Logo:
Passo 5
Usando a análise Orsat (gás seco): a fração molar de
no gás seco é
. Como eu já sei que foram formados
mol de
, consigo achar o total de mols do gás seco no exaustor:
Explicação: se
do total é
mol, então o total é
.
Passo 6
Agora obtenho a quantidade de
residual no gás seco (é o oxigénio em excesso que não reagiu). A fração molar de
no exaustor é
, então:
Interpretação: esses
mol de
são o excesso que sobrou após a combustão.
Passo 7
Logo o oxigénio fornecido pelo ar enriquecido foi a soma do oxigénio consumido estequiometricamente e do excesso medido:
Explicação: todo o
que entrou ou foi consumido (2,15 mol) ou ficou (0,218 mol).
Passo 8
A quantidade de
no gás seco é simplesmente o restante do total seco:
Explicação: assumimos que todo esse
vem do ar (o nitrogénio não reage), então
no exaustor =
fornecido pelo ar.
Passo 9
Agora calculo a composição do ar enriquecido (fração molar de
e
). O ar fornecido tinha
mol de
e
mol de
. A fração molar de
no ar é:
Convertendo para porcentagem:
Explicação: a composição do ar é simplesmente quantos mols de
por total de mols de ar (
).
Passo 10
Resumo prático e incentivo: portanto o ar enriquecido tem aproximadamente
de
em molaridade (muito mais que o ar atmosférico normal
). Mandando bem até aqui — você conseguiu montar balanços simples de massa/mol para descobrir a composição do comburente a partir da análise do gás de saída!