Determinado gás natural tem a seguinte análise molar:
; C2H6, 5,41%; C3H8, 1,87%; C4H10, 1,60%; N2, 10,50%. O gás é queimado com ar seco, gerando os produtos com uma análise molar feita em uma base seca: CO2, 7,8%; CO, 0,2%; O2, 7%; N2, 85%.
Determine o percentual de ar teórico.
Determine o percentual de ar teórico.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A gente tem um problema de combustão envolvendo gás natural com uma composição molar específica. A matéria aqui é Combustão e Análise de Produtos, e a gente precisa descobrir qual é o percentual de ar teórico usado nessa queima. Basicamente, queremos saber quanto ar (em porcentagem) foi necessário para queimar todo esse gás da melhor forma possível.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a composição do gás natural que está sendo queimado. Ele é composto por diferentes hidrocarbonetos e nitrogênio:
- Metano (
): 80,62% - Etano (
): 5,41% - Propano (
): 1,87% - Butano (): 1,60%
- Nitrogênio (
): 10,50%
Vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para queimar cada componente.
Passo 3
A combustão completa de cada hidrocarboneto gera dióxido de carbono (
) e água (
), enquanto o excesso de oxigênio e nitrogênio permanece nos produtos. Para cada molécula de hidrocarboneto, a reação de combustão é:
Vamos aplicar essa fórmula para cada componente do gás natural.
Passo 4
Vamos calcular a necessidade de oxigênio para cada componente:
-
Metano (
): Necessita 2 mols depor mol de . -
Etano (
): Necessita 3,5 mols depor mol de . -
Propano (
): Necessita 5 mols depor mol de . -
Butano (
): Necessita 6,5 mols depor mol de .
Passo 5
Agora, vamos calcular a quantidade total de oxigênio necessária por 100 mols de gás natural, utilizando as porcentagens de cada componente:
-
Metano:
-
Etano:
-
Propano:
-
Butano:
Somando tudo:
Passo 6
Sabemos que o ar é composto, aproximadamente, por 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Então, para cada mol de ar, temos 0,21 mols de
. Vamos calcular quantos mols de ar são necessários para fornecer os 2 mols de
:
Passo 7
O percentual de ar teórico é a relação entre o ar fornecido e o ar necessário para a combustão completa. Como calculamos que precisamos de 9,52 mols de ar para 2 mols de
, e considerando que estamos trabalhando com 100 mols de gás natural, o percentual de ar teórico é:
Resposta
O percentual de ar teórico necessário para a combustão é de aproximadamente 9,52%.