Propano
entra em um maçarico e queima completamente com
de ar teórico, que entra a
, 1 atm e
de umidade relativa.
© Determine a quantidade de água condensada, em kmol por kmol de combustível, se os produtos de combustão forem resfriados a
e 1 atm .
© Determine a quantidade de água condensada, em kmol por kmol de combustível, se os produtos de combustão forem resfriados a
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! O enunciado fala sobre a queima completa de propano (
) com 180% do ar teórico. A gente precisa descobrir quanto de água vai condensar quando os produtos da combustão são resfriados de
a
. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria da combustão, cálculo de ar teórico, e propriedades dos gases e da água.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever a equação balanceada da combustão completa do propano:
Isso nos mostra que para cada mol de propano, precisamos de 5 mols de oxigênio (
).
Passo 3
Agora, vamos calcular o ar teórico necessário. Sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de
e 79% de
. Então, para cada mol de
, temos:
Portanto, o ar teórico para a combustão completa do propano é:
Passo 4
Como a combustão ocorre com 180% do ar teórico, o total de ar fornecido é:
Isso significa que estamos usando ar em excesso, o que é comum para garantir a completa combustão.
Passo 5
Vamos agora considerar as condições de entrada do ar:
,
e 60% de umidade relativa. A umidade relativa nos indica a presença de vapor d’água no ar fornecido. Para calcular a quantidade de vapor d’água no ar, usamos as propriedades da água e das condições dadas.
Passo 6
Primeiro, vamos encontrar a pressão parcial da água no ar úmido. A pressão de saturação da água a
é aproximadamente
. Com 60% de umidade relativa:
Passo 7
A molar fraction de
no ar úmido é:
No entanto, isso não é fisicamente possível porque a fração molar não pode exceder 1. Parece que houve um erro nos cálculos. Vamos reconsiderar as unidades e os valores corretos.
Passo 8
Desculpe pela confusão anterior. A pressão parcial deve ser calculada com base na pressão total. A pressão total é
, então a pressão parcial da água é:
Agora, a fração molar de
no ar úmido é:
Isso significa que em cada mol de ar úmido, temos 0,0443 mol de
.
Passo 9
Vamos calcular a quantidade de
no ar fornecido:
Então, temos 1,90 mol de água no ar fornecido.
Passo 10
Agora, vamos considerar a água formada na combustão. Da equação balanceada, para cada mol de
, são formados 4 mols de
. Além disso, temos a água que veio com o ar úmido:
Passo 11
Quando os produtos da combustão são resfriados a
e
, a capacidade do ar para reter vapor d’água diminui. Precisamos verificar a pressão de saturação da água a
, que é aproximadamente
.
Passo 12
A quantidade de água que permanece como vapor após o resfriamento é determinada pela pressão parcial da água:
Então, a quantidade de
em vapor é:
Passo 13
A água que condensa é a diferença entre a quantidade total de água e a que permanece como vapor:
Resposta
A quantidade de água condensada é aproximadamente
por kmol de combustível.