Combustíveis de veículos alternativos à gasolina vem sendo avaliados por gerarem menor quantidade de poluentes em comparação à gasolina. O propano comprimido tem sido sugerido como combustível para veículos. Suponha que em um teste, 20 kg de
são queimados com 400 kg de ar para produzir 44 kg de
e 12 kg de CO. Qual o percentual de excesso de ar?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos 20 kg de propano (
) queimados com 400 kg de ar, gerando 44 kg de dióxido de carbono (
) e 12 kg de monóxido de carbono (CO). A pergunta é: qual é o percentual de excesso de ar nessa combustão?
Pra resolver isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de massa na combustão e entender como calcular o excesso de ar. Basicamente, vamos comparar o ar usado na prática (400 kg) com o ar necessário para uma combustão completa e ideal, que chamamos de ar estequiométrico.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que, na combustão completa, o propano reage com o oxigênio (
) do ar para formar
e
. Porém, no nosso caso, também está sendo formado CO, o que indica que a combustão não foi totalmente completa.
A equação simplificada da combustão do propano é:
Mas já que temos os produtos formados (
e CO), podemos usar os dados fornecidos para fazer os balanços necessários.
Passo 3
Vamos fazer o balanço de carbono primeiro. O propano tem 3 átomos de carbono, então 20 kg de
contêm uma certa quantidade de carbono que se distribui entre
e CO.
Calculando a massa molar:
-
: -
: - CO:
Massa de carbono no propano:
Onde 36 g de C em 44 g de propano.
Agora, massa de carbono nos produtos:
Total de carbono nos produtos:
Aqui vemos que a massa de carbono nos produtos é maior que a do propano consumido, o que indica que houve erro nos cálculos ou na interpretação dos dados fornecidos. Vamos reconsiderar.
Na verdade, a massa de carbono no propano é:
Massa de carbono em
:
Massa de carbono em CO:
Total de carbono nos produtos:
Parece que há um excesso de carbono, o que não faz sentido. Provavelmente, houve um erro nos dados fornecidos ou na interpretação. Vamos ajustar e seguir com os cálculos corretos.
Passo 4
Para evitar confusões, vamos considerar a estequiometria correta da combustão. A combustão completa do propano é:
Mas como na nossa reação foram formados CO também, vamos ajustar a equação para combustão incompleta:
Sabemos que:
- De 20 kg de
, saem 44 kg de e 12 kg de CO.
Vamos calcular os moles de cada componente:
Moles de
:
Moles de
:
Moles de CO:
Agora, vamos escrever os balanços de carbono e oxigênio.
Balanço de carbono:
Isso confirma que há uma inconsistência nos dados fornecidos. No entanto, para fins de cálculo do excesso de ar, vamos supor que os dados estejam corretos e procederemos com os cálculos baseados no ar fornecido.
Passo 5
Para calcular o excesso de ar, precisamos primeiro determinar o ar estequiométrico, ou seja, o necessário para a combustão completa.
Sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de
e 79% de
em massa.
Massas de oxigênio necessárias para a combustão completa de 20 kg de
:
A estequiometria completa requer 5 moles de
por mole de
.
Então:
Portanto, o ar estequiométrico necessário é:
Passo 6
Agora, comparamos o ar fornecido no teste (400 kg) com o ar estequiométrico (346,33 kg) para encontrar o excesso de ar.
Excesso de ar:
Resposta
O percentual de excesso de ar é aproximadamente 15,62%.