Calcule o volume de ar, em excesso de 10 %, necessário para a combustão completa de um combustível gasoso com a seguinte composição volumétrica: 75 % CH4, 10 % C2 H6, 10 % C3 H8 e 5 % de H2. R: 12,44 L ar/ L combustível

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente precisa calcular o volume de ar em excesso (10%) necessário para a combustão completa de um combustível gasoso que tem uma mistura de gases específicos: 75% de metano ( CH4), 10% de etano ( C2H6), 10% de propano ( C3H8) e 5% de hidrogênio ( H2). Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria da combustão, que é como balancear as reações químicas para a queima completa dos combustíveis com oxigênio do ar.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que, para cada combustível, precisamos balancear a equação de combustão com o oxigênio ( O2) do ar para obter dióxido de carbono ( CO2) e água ( H2O). A equação geral da combustão completa é:
Combustível + Oxigênio Dióxido de Carbono + Água íêóÁ

Passo 3

Vamos começar com o metano ( CH4). A combustão completa do metano é:
CH4 + 2,O2 CO2 + 2,H2O
Isso mostra que cada molécula de metano precisa de 2 moléculas de oxigênio para queimar completamente.

Passo 4

Agora, para o etano ( C2H6):
C2H6 + 72,O2 2,CO2 + 3,H2O
Cada molécula de etano necessita de 72 moléculas de oxigênio.

Passo 5

Em seguida, para o propano ( C3H8):
C3H8 + 5,O2 3,CO2 + 4,H2O
Cada molécula de propano requer 5 moléculas de oxigênio.

Passo 6

Por último, para o hidrogênio ( H2):
2,H2 + O2 2,H2O
Duas moléculas de hidrogênio precisam de uma molécula de oxigênio.

Passo 7

Agora, vamos calcular o oxigênio necessário para cada componente do combustível. Considerando 1 litro de combustível total, temos:
  • Metano: 75% de 1 L = 0,75 L
  • Etano: 10% de 1 L = 0,10 L
  • Propano: 10% de 1 L = 0,10 L
  • Hidrogênio: 5% de 1 L = 0,05 L

Passo 8

Calculando o oxigênio necessário:
  • Metano: 0,75,L times 2 = 1,5,L de O2
  • Etano: 0,10,L times 72 = 0,35,L de O2
  • Propano: 0,10,L times 5 = 0,50,L de O2
  • Hidrogênio: 0,05,L times 0,5 = 0,025,L de O2
Total de O2 necessário:
1,5 + 0,35 + 0,50 + 0,025 = 2,375,L, O2

Passo 9

Sabemos que o ar atmosférico é aproximadamente 21% de oxigênio. Então, para encontrar o volume de ar necessário, dividimos o oxigênio necessário por 0,21:
2,375,L, O20,21 approx 11,31,L, ar

Passo 10

Agora, precisamos considerar o excesso de ar de 10%. Para isso, multiplicamos o ar calculado por 1,10:
11,31,L times 1,10 = 12,44,L, ar

Resposta

O volume de ar em excesso necessário é de 12,44 litros de ar por litro de combustível.

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