Propano (C3 H8) entra em um maçarico e queima completamente com 180 % de ar teórico, que entra a 40^circ C, 1 atm e 60 % de umidade relativa.
© Determine a quantidade de água condensada, em kmol por kmol de combustível, se os produtos de combustão forem resfriados a 20^circ C e 1 atm .

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:
C3H8 + 5,O2 3,CO2 + 4,H2O
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 100%21% approx 4,76, mol de ar e 79% de Ar teórico = 5,O2 times 4,76,mol ar/mol O2 = 23,81, mol ar . Então, para cada mol de , temos:
Portanto, o ar teórico para a combustão completa do propano é:
ó

Passo 4

Como a combustão ocorre com 180% do ar teórico, o total de ar fornecido é:
Ar fornecido = 1,8 times 23,81, mol ar = 42,86, mol ar
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 Pressão parcial da água = 0,60 times 7,38,atm = 4,43,atm é aproximadamente . Com 60% de umidade relativa:
ãá

Passo 7

A molar fraction de chiH2O = pH2Optotal = 4,431 = 4,43 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 pH2O = Umidade Relativa times psat = 0,60 times 0,0738,atm = 0,0443,atm , então a pressão parcial da água é:
chiH2O = 0,04431 = 0,0443
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 Mol de H2O = 42,86, mol ar times 0,0443, mol H2O/mol ar approx 1,90, mol H2O 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 Total de H2O = 4,mol + 1,90,mol = 5,90,mol , 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:
chiH2O^final = 0,0234,atm1,atm = 0,0234,mol/mol
Então, a quantidade de Mol de H2O no vapor = 42,86,mol ar times 0,0234 approx 1,00,mol em vapor é:

Passo 13

A água que condensa é a diferença entre a quantidade total de água e a que permanece como vapor:
Água condensada = 5,90,mol - 1,00,mol = 4,90,mol Á

Resposta

A quantidade de água condensada é aproximadamente por kmol de combustível.

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