Propano (
) é queimado com
de excesso de ar durante um processo de combustão. Admitindo combustão completa, determine a razão ar/combustível.
Passo 1
O enunciado pede: determinar a razão ar/combustível quando o propano (
) é queimado com
de excesso de ar, admitindo combustão completa.\n
Informações dadas e hipóteses que vamos usar (tudo explícito):
Informações dadas e hipóteses que vamos usar (tudo explícito):
- Combustível: propano, fórmula
. - Excesso de ar:
(ou seja, em fração). - Combustão completa (todos os C →
e H → ). - Vamos usar a composição do ar seco como
em volume de e de , o que corresponde, em termos práticos de estequiometria, a mol de acompanhado de mol de (pois ). - Usarei massas molares inteiras simples para facilitar contas de prova:
, , , logo g·mol ; g·mol ; g·mol .
Nada mais será assumido.
Passo 2
Balanceamento da reação de combustão completa. Escrevemos a reação genérica:
Explicando: para cada molécula de
temos
átomos de C →
, e
átomos de H →
. Agora balanceamos o oxigênio:
tem
O cada, total
;
tem
O cada, total
. Soma de átomos de O no produto:
. Cada mol de
tem
átomos de O, portanto o número de mols de
necessários é
Logo a equação balanceada é
Passo 3
Determinar o ar estequiométrico (em mols de ar por mol de combustível).
Explicação da ligação entre e ar: uma vez que cada mol de
no ar vem acompanhado de
mol de
, cada mol de
corresponde a
mol de “ar” no sentido de mols de mistura seca. Portanto, para
mol de
necessários por mol de
temos:
Explicação da ligação entre
Isso é a razão ar/combustível em base molar para condição estequiométrica.
Passo 4
Converter a razão molar em razão mássica (a forma mais usual de “razão ar/combustível”). Vou calcular a massa de ar requerida para 1 mol de
.\n
Uma forma direta e prática (boa para prova): calcule a massa total do ar necessária considerando mol de
e os respectivos
mol de
por mol de
. A massa do ar necessária por mol de combustível é:
Uma forma direta e prática (boa para prova): calcule a massa total do ar necessária considerando
Substituindo números:
Calcule passo a passo:
g (massa do
), e
g (massa do
acompanhante). Soma:
A massa do combustível por mol é
Logo a razão ar/combustível estequiométrica em massa é
Em unidades de kg·ar/kg·combustível isso é
(pois factor escala se cancela).
Passo 5
Incluir o excesso de ar. Definição prática de excesso de ar: se o excesso é
, a fração multiplicativa sobre o ar estequiométrico é
. Portanto a razão ar/combustível real (com excesso) é
Substituindo:
Isto significa
kg de ar por kg de combustível (ou
g de ar por g de combustível), quando o ar é
em excesso.
Passo 6
Para registro completo (útil para prova): também podemos dar a razão em base molar com excesso. Já tínhamos ar estequiométrico
mol ar / mol combustível; com
de excesso torna-se
Você pode memorizar o procedimento: (i) balancear para achar mols de
por mol de combustível; (ii) transformar
em mols de ar usando
mol de ar por mol de
; (iii) passar para massa usando massas molares; (iv) multiplicar por
excesso (em fração) para o ar fornecido.