Um combustível gasoso com análise volumétrica de de , de e de é queimado completamente com de ar teórico. Determine (b) a fração de vapor de água que condensaria caso os gases do produto fossem resfriados a e .
Passo 1
Fala, gente! Vamos começar sem enrolação! O primeiro passo de qualquer exercício de combustão é entender quais são os reagentes e os produtos. O enunciado diz que , e reagem com o ar que é formado por e . Logo, , , e são os reagentes. Como é dito que a combustão é completa com excesso de ar, , , e são produtos.
onde , , , , , , , são os coeficientes estequiométricos da reação.
Pra achar a fração de vapor de água condensada , temos que encontrar a quantidade total de de no produto. A fração é igual a quantidade de água condensada dividida pela quantidade total de de água.
No próximo passo, vamos começar nosso caminho pra encontrar .
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação com combustível misturado é determinar a quantidade de dos componentes que formam o combustível. Ou seja, temos que achar de de , a quantidade de de e a quantidade de de presentes dentro da mistura combustível. Ouçam bem essa dica que estou dando!
Achamos a quantidade de de , supondo que de combustível é queimado. A quantidade real de combustível queimado não vai interferir no cálculo de , então podemos assumir o valor que quisermos. Calculamos , multiplicando os de combustível pelos de no combustível.
Da mesma forma, achamos a quantidade de de , multiplicando os pelos de no combustível. A quantidade de de é encontrada, multiplicando os pelos de no combustível!
Substituindo essas informações na equação química de combustão, encontramos a seguinte reação.
Agora, vamos aprender a encontrar o coeficiente nos próximos passos, usando a porcentagem de ar teórico que o enunciado informa!
Passo 3
Para calcular , precisamos descobrir quanto vale a quantidade de ar teórico. é a quantidade de ar necessária pra fazer de combustível passar por uma combustão completa sem gerar nos produtos. Ou seja, é encontrada balanceando a equação de combustão abaixo.
onde , , e são os coeficientes estequiométricos da equação da combustão sem excesso de ar.
Como o ar é formado por e , pode ser obtido, somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Vamos calcular através do balanceamento dessa equação de combustão!
Pra quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade de do lado esquerdo deve ser igual à quantidade de do lado direito. Por isso, de dos reagentes deve ser igual a de dos produtos.
A quantidade de de é encontrada através do balanço de hidrogênio . Para a quantidade de ficar balanceada, os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
O coeficiente pode ser encontrado fazendo o balanço de oxigênio . Pra isso, os de presentes nos reagentes têm que ser iguais aos de dos produtos.
Substituindo na fórmula de :
Beleza, achamos o ar teórico ! Pra usar e encontrar o coeficiente , nós temos que usar um dado importante da questão! Veremos isso no próximo passo!
Passo 4
A questão nos informou que a combustão foi feita com de ar teórico. Com essa informação, somos capazes de achar a quantidade de ar usado na combustão.
Agora que vem o pulo do gato! Vamos usar a fórmula de pra achar o coeficiente !
Aeeee! Achamos o coeficiente da equação que queremos balancear! Agora nos resta calcular os outros coeficientes no próximo passo!
Passo 5
Substituindo o coeficiente na equação de combustão, encontramos:
Achamos o coeficiente , balanceando a quantidade de carbono dessa equação. Para a quantidade de ficar balanceada, de dos reagentes deve ser igual a de dos produtos.
Calculamos o coeficiente através do balanço de hidrogênio ! De acordo com esse balanço, os de dos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos.
Eba! Já achamos um dos termos que precisamos pra calcular ! Mas vamos continuar a achar os coeficientes, porque eles serão importantes no futuro!
Balanceando a quantidade de nitrogênio , conseguimos achar o coeficiente . Os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Com o balnço de oxigênio , achamos o último coeficiente . Os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Agora só resta achar no próximo passo pra poder cacular !
Passo 6
Quando o vapor d’água do produto começa a condensar a , sua pressão parcial fica igual à pressão de saturação da água a . Essa pressão pode ser encontrada na tabela termodinâmica de saturação da água como mostrado abaixo.
Se a gente dividir essa pressão parcial do vapor que está começando a condensar pela pressão total dos produtos , acharemos a fração de água no produto!
Cuidado! Não confunda com ! Calcular vai ser fundamental pra achar e . Existe outra forma de calcular a fração molar do vapor d’água nos produtos. Pra isso, nós dividimos a quantidade de de vapor d’água que ainda não foi condensada pela quantidade total de produtos que ainda não foram condensados.
A quantidade de de vapor d’água que ainda não foi condensada é igual à quantidade total de água nos produtos menos a quantidade de vapor que foi condensada .
Já a quantidade total de dos produtos que ainda não foram condensados é igual à quantidade total de produtos (soma de todos os coeficientes dos produtos) menos .
Susbtituindo os dados que temos:
Reorganizando essa equação, achamos o valor de .
Substituindo esse valor na fórmula de , achamos:
Prooooonto! Chegamos ao final desse exercício! Esse deu trabalho, né?