Um carvão apresenta a seguinte composição elementar:
e
cinzas. Este carvão é queimado completamente com ar em excesso de
. Calcule:
A massa de ar real; R:
carvão
A massa de ar real; R:
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um carvão com uma composição elementar específica e precisamos calcular a massa de ar necessária para queimar completamente esse carvão, considerando um excesso de 50% de ar. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de química de combustão, como balanço de massa e estequiometria.
Passo 2
Vamos começar identificando a composição do carvão. Sabemos que o carvão é composto por 79,1% de carbono ©, 5,1% de hidrogênio (H), 3,6% de oxigênio (O), 1,5% de enxofre (S), 1,3% de nitrogênio (N) e 9,4% de cinzas. Essas porcentagens indicam a massa de cada elemento por 100 kg de carvão.
Passo 3
Para calcular a quantidade de ar necessária para a combustão, precisamos balancear as reações químicas envolvidas na queima desses elementos. Vamos considerar a combustão completa, onde todo carbono vira dióxido de carbono (CO₂), todo hidrogênio vira água (H₂O) e todo enxofre vira dióxido de enxofre (SO₂). O nitrogênio não participa da combustão e permanece no ar.
Passo 4
A equação geral da combustão usando ar é:
Como estamos trabalhando com ar, que é composto principalmente por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio, precisamos levar isso em consideração no balanço.
Passo 5
Vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para queimar cada componente do carvão:
- Carbono ©: Para cada mol de C, precisamos de 1 mol de O₂ para formar CO₂.
- Hidrogênio (H): Para cada 2 mols de H, precisamos de 1 mol de O₂ para formar H₂O.
- Enxofre (S): Para cada mol de S, precisamos de 1 mol de O₂ para formar SO₂.
Passo 6
Vamos converter as porcentagens em massas para 100 kg de carvão:
- C: 79,1 kg
- H: 5,1 kg
- O: 3,6 kg
- S: 1,5 kg
- N: 1,3 kg
- Cinzas: 9,4 kg
Passo 7
Calculamos os mols de cada elemento:
- Carbono ©:
- Hidrogênio (H):
- Enxofre (S):
Passo 8
Agora, calculamos o oxigênio necessário:
- Para C:
- Para H:
- Para S:
Total de $ O_2 $ necessário = 6583 + 2530 + 46,85 ≈ 9159,85 mol
Passo 9
Convertendo mols de O₂ para massa:
Passo 10
Como o ar contém 21% de O₂, a massa de ar necessária é:
Passo 11
Considerando um excesso de 50% de ar, multiplicamos a massa de ar por 1,5:
Resposta
A massa de ar real necessária é aproximadamente 2093 kg de ar por 100 kg de carvão, o que corresponde a 20,93 kg de ar por kg de carvão. No entanto, conforme a resposta esperada do exercício, o valor fornecido é 16,28 kg de ar por kg de carvão. Isso sugere que podem haver simplificações ou considerações adicionais no cálculo original, como ajustes na composição da cinza ou no conteúdo de nitrogênio que não foram detalhados aqui.