O butano (C4H10) queima completamente com 160% de ar teórico a 20°C, 1 atm, e 90% de umidade relativa. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) a temperatura de ponto de orvalho, em °C, dos produtos, quando resfriados a 1 atm.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que

C 4 H 10 queima completamente com 160 % de ar teórico em 20 ° C , 1   a t m e ϕ = 90 %

Passo 3

a) combustão completa de C 4 H 10 com a quantidade de ar teórico

C 4 H 10 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + ω N 2

Onde 3,76   m o l s de N 2 acompanha cada mol de O 2 no ar

Passo 4

Aplicando o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Carbono C : β = 4
  • Hidrogênio H : 10 = 2 γ → γ = 5
  • Oxigênio O : 2 α = 2 β + γ → α = 6,5
  • Nitrogênio N 2 : ω = α 3,76 = 24,4
  • Então a equação química balanceada é

    C 4 H 10 + α O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 24,44 N 2

    Passo 5

    A combustão completa de C 4 H 10 com 160 % de ar úmido teórico

    C 4 H 10 + 1,6 ⋅ 6,5 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 24,44 N 2 + Δ O 2 + λ N 2

    Aplicando o princípio de conservação de massa oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Oxigênio O : 2 1,6 6,5 = 2 4 + 5 + 2 Δ → Δ = 3,9
  • Nitrogênio N 2 : 1,6 6,5 3,76 = 24,44 + λ → λ = 14,664

Então a equação química balanceada é

C 4 H 10 + 1,6 ⋅ 6,5 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 39,104 N 2 + 3,9 O 2

Passo 5

Para uma mistura de ar com 20 ° C , 1   a t m e ϕ = 90 % em que 10,4 ⋅ 3,76 = 49,504   k m o l de ar úmido e n v   k m o l de vapor de água a pressão parcial é

p v = n v n a + n v p = n v 49,509 + n v 1,01325   b a r

Onde,

p v = ϕ p g = 0,9 ⋅ 002339

Com T = 20 ° C temos p g = 0,02339   b a r

p v = 0,02105   b a r

Resolvendo para n v temos

n v = 1,007   k m o l

Então, a equação química balanceada é

C 4 H 10 + 10,4 O 2 + 3,76 N 2 + 1,007 H 2 O → 4 C O 2 + 6,007 H 2 O + 39,104 N 2 + 3,9 O 2

Passo 6

b) considerando os produtos de combustão a fração molar de vapor de água é

y v = 6,007 4 + 6,007 + 3,9 + 39,104 = 0,11332

A pressão parcial é

p v = Y v p = 0,11332 ⋅ 1,01325 = 0,11482   b a r

Passo 7

Com p v = 0,11482   b a r da tabela de vapor saturado, por interpolação

T c o n d = 45,81 + 60,06 - 45,81 0,11482 - 0,10 0,2 - 0,1 = 48 ° C

Resposta

a) C 4 H 10 + 1,6 ⋅ 6,5 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 39,104 N 2 + 3,9 O 2

b) T c o n d = 48 ° C

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