Exercícios Resolvidos de Razão Ar-Combustível e Razão Combustível-Ar

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Enunciado

Propano C 3 H 8 é queimado completamente com quantidade estequiométrica de ar. Determine a razão ar-combustível em base mássica dessa combustão.

Passo 1

Fala, galera bonita! Partiu fazer um exercício de cálculo de razão ar-combustível?

Antes de entender o que o exercício pediu pra gente calcular, temos sempre que conhecer os reagentes e produtos da combustão. Nessa questão, C 3 H 8 reage com o O 2 e o N 2 do ar. Logo, O 2 , N 2 e C 3 H 8 são os reagentes. A combustão é completa e sem excesso de ar (quantidade estequiométrica de ar). Logo, não tem O 2 nos produtos! Os produtos são só: C O 2 , H 2 O e N 2 .

C 3 H 8 + a O 2 + 3,76   N 2 ⟶ b   C O 2 + c   N 2 + d   H 2 O

onde a , b , c e d são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão de 1   k m o l de C 3 H 8 .

Nós precisamos calcular esses coeficientes pra calcular a razão ar-combustível A C m a s s a em base mássica. A C m a s s a é a divisão entre a massa de ar m a r e a massa de combustível m c o m b .

A C m a s s a = m a r m c o m b

Repare que a quantidade de k m o l de combustível não foi dada pelo enunciado, porque essa quantidade não interfere no cálculo de A C m a s s a . Por isso, escolhemos usar 1   k m o l de C 3 H 8 !

Vamos iniciar o cálculo de A C m a s s a , determinando os coeficientes a , b e d no próximo passo (o coeficiente c não será necessário).

Passo 2

Para achar os coeficientes, precisamos balancear a equação de combustão.

Por exemplo, o coeficiente b é encontrado através do balanço de carbono C . Para a quantidade de C ficar balanceada, os 3   k m o l de C dos reagentes devem ser iguais aos b   k m o l de C dos produtos.

b = 3   k m o l

Já o coeficiente d é determinado por meio do balanço do hidrogênio H . Os 8   k m o l de H dos reagentes devem ser iguais aos 2 d   k m o l de H dos produtos.

2 d = 8

d = 4   k m o l

Por fim, achamos o coeficiente a , fazendo o balanço de oxigênio O . Os 2 a   k m o l de O dos reagentes têm que ser iguais aos 2 b + d   k m o l de O dos produtos.

2 a = 2 b + d

2 a = 2 × 3 + 4

a = 5   k m o l

Pronto! Achamos os coeficientes! Mas como conseguimos encontrar A C m a s s a a partir deles? Vamos descobrir isso no próximo passo!

Passo 3

Encontramos A C m a s s a a partir das massas m a r e m c o m b . Para achar a massa de ar m a r usada na combustão, temos que calcular a quantidade n a r de k m o l de ar presente na combustão. Como o ar é composto de O 2 e N 2 , a quantidade n a r de k m o l de ar é a soma entre os a de k m o l de O 2 do ar e os 3,76 a de k m o l de N 2 .

n a r = a + 3,76 a = 4,76 a

n a r = 4,76 × 5 = 23,8   k m o l

m a r é a quantidade n a r de k m o l de ar multiplicada pela massa molar M a r do ar. Em tabelas de gases ideais, vemos que M a r vale 28,97   k g / k m o l . Logo:

m a r = n a r M a r

m a r = 23,8 × 28,97 = 689,486   k g

A massa de combustível m c o m b é encontrada de forma muito parecida! Para achar m c o m b , multiplicamos a quantidade de k m o l do C 3 H 8 pela massa molar M C 3 H 8 do C 3 H 8 que vale 44,097   k g / k m o l segundo tabelas de gases perfeitos. Lembre-se que a quantidade de k m o l de C 3 H 8 vale 1   k m o l !

m c o m b = 1 × 44,097 = 44,097   k g

Substituindo m a r e m c o m b na fórmula de A C m a s s a :

A C m a s s a = m a r m c o m b

A C m a s s a = 689,486 44,097

A C m a s s a = 15,6

Boa, pessoal! Encontramos a razão ar-combustível em base mássica! Agora é comemorar!

Resposta

A C m a s s a = 15,6

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