Consideremos um carvão mineral cuja composição química, em porcentagem de peso, é a seguinte: carbono
, hidrogênio
, oxigênio
, nitrogênio
, enxofre
, umidade
, cinza
. Determinar a quantidade volumétrica de ar real necessária para a combustão de 1 Kg desse carvão mineral, considerando
de excesso de ar, em condições de
e 700 mmHg .
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado pede para a gente descobrir quanto ar real é necessário para queimar 1 kg de carvão com uma composição específica. A gente vai usar conceitos de combustão e estequiometria, além de aplicar a Lei dos Gases Ideais para considerar as condições de temperatura e pressão fornecidas. Vamos precisar saber a composição do carvão, balancear as reações de combustão e calcular o ar necessário com 50% de excesso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do carvão por peso:
- Carbono ©: 74%
- Hidrogênio (H): 5%
- Oxigênio (O): 5%
- Nitrogênio (N): 1%
- Enxofre (S): 1%
- Umidade: 9%
- Cinza: 5%
Como a umidade e a cinza não participam da combustão, vamos focar nos 74% de C, 5% de H, 1% de S, e os 5% de O, 1% de N que fazem parte do combustível.
Passo 3
Agora, vamos escrever as equações de combustão para os elementos que queimam:
-
Carbono:
-
Hidrogênio:
-
Enxofre:
O nitrogênio está presente no ar, mas não reage durante a combustão; ele apenas passa sem reagir.
Passo 4
Vamos calcular quanto de oxigênio (O₂) é necessário para queimar cada elemento:
-
Para o carbono:Molaridade do C: 12 g/molCada mol de C precisa de 1 mol de O₂:
-
Para o hidrogênio:Molaridade do H: 1 g/molCada 2 mol de H precisam de 1 mol de O₂:
-
Para o enxofre:Molaridade do S: 32 g/molCada mol de S precisa de 1 mol de O₂:
Passo 5
Agora, somamos todo o oxigênio necessário:
Esse é o oxigênio estocástico necessário para a combustão completa sem excesso.
Passo 6
O ar é composto por aproximadamente 21% de O₂ e 79% de N₂. Para encontrar os mols de ar necessários, usamos:
Agora, considerando 50% de excesso de ar:
Passo 7
Vamos converter os mols de ar para volume usando a Lei dos Gases Ideais:
Onde:
-
(vamos converter para atm: ) -
-
-
Resposta
A quantidade volumétrica de ar real necessária para a combustão de 1 kg do carvão mineral é aproximadamente 16.627 litros.