Etano é inicialmente misturado com oxigênio na proporção 80 % C2 H6 e 20 % O2. Esta mistura é queimada com 200 % de excesso de ar. 80 % do etano são transformados em CO2, 10 % em CO e 10% não são queimados.
Calcule a composição em base úmida do gás resultante da combustão;

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício sobre combustão de etano ( C2H6) misturado com oxigênio ( O2). A mistura inicial é 80% de etano e 20% de oxigênio. Essa mistura é queimada com 200% de excesso de ar. Na combustão, 80% do etano vira dióxido de carbono ( CO2), 10% vira monóxido de carbono ( CO) e 10% não queima. Nosso objetivo aqui é calcular a composição dos gases resultantes dessa combustão, considerando a umidade (base úmida).
Vamos precisar usar conceitos de estequiometria da combustão, entender o que significa excesso de ar e como calcular as quantidades de produtos formados.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa que temos 200% de excesso de ar. O excesso de ar é a quantidade de ar que é fornecida além do necessário para queimar completamente o combustível. Se temos 100% de excesso de ar, significa que dobramos a quantidade de ar em relação ao necessário. Então, 200% de excesso de ar significa que temos três vezes a quantidade de ar necessária para a combustão completa.

Passo 3

Agora, vamos considerar a composição da mistura inicial. Temos 80% de etano e 20% de oxigênio. Vamos supor que temos 100 mols dessa mistura para facilitar os cálculos:
  • C2H6: 80 mols
  • O2: 20 mols

Passo 4

Vamos ver como o etano se comporta na combustão:
  • 80% do etano vira CO2
  • 10% vira CO
  • 10% não queima
Então, de 80 mols de C2H6:
  • CO2: 80 times 0.8 = 64 mols
  • CO: 80 times 0.1 = 8 mols
  • C2H6 não queimado: 80 times 0.1 = 8 mols

Passo 5

Vamos balancear a combustão para determinar o consumo de oxigênio. A reação geral com combustão incompleta fica assim:
C2H6 + a,O2 b,CO2 + c,CO + d,H2O + e,C2H6
Já sabemos que:
  • b = 64 mols de CO2
  • c = 8 mols de CO
  • e = 8 mols de C2H6 não queimado
Agora, precisamos calcular a quantidade de H2O formada.
Cada mol de C2H6 produz 3 mols de H2O (pois há 6 hidrogênios que formam 3 moléculas de água). Então:
d = 80 times 0.8 times 3 = 192 mols de H2O

Passo 6

Agora, vamos calcular a quantidade de oxigênio consumido. A equação balanceada para a combustão completa de etano seria:
C2H6 + 72O2 2CO2 + 3H2O
Mas como a combustão está incompleta, ajustamos para os produtos que temos:
Para CO2:
C2H6 2CO2 implies 64 mols CO2 Rightarrow 642 = 32 mols de C2H6
Para CO:
C2H6 2CO implies 8 mols CO Rightarrow 82 = 4 mols de C2H6
Portanto, o total de C2H6 consumido é 32 + 4 = 36 mols.
Agora, vamos ver o oxigênio necessário para cada produto:
  • Para CO2: 2 times 32 = 64 mols de O2
  • Para CO: 1 times 4 = 4 mols de O2
Total de O2 consumido: 64 + 4 = 68 mols

Passo 7

Agora, vamos considerar o excesso de ar. Sabemos que temos 200% de excesso de ar, ou seja, três vezes o necessário para a combustão completa.
Primeiro, determinamos a quantidade de ar necessário:
Sabemos que o ar é composto por aproximadamente 21% de O2 e 79% de N2.
Quantidade de O2 fornecida: 200 times 0.2 = 40 mols de O2
Mas esperamos que seja 200% de excesso, então precisamos ajustar isso. O consumo total de O2 é de 68 mols, então:
Ar total fornecido = 3 times 68 = 204 mols de O2
Além disso, o nitrogênio trazido pelo ar é:
N2 = 204 times 7921 approx 770 mols de N2

Passo 8

Agora, vamos calcular o oxigênio que sobra:
Oxigênio fornecido: 204 mols
Oxigênio consumido: 68 mols
Oxigênio em excesso: 204 - 68 = 136 mols

Passo 9

Agora, vamos listar todos os componentes dos gases resultantes:
  • CO2: 64 mols
  • CO: 8 mols
  • C2H6 não queimado: 8 mols
  • H2O: 192 mols
  • O2 em excesso: 136 mols
  • N2: 770 mols

Passo 10

Agora, vamos somar todas as mols para encontrar o total:
64 + 8 + 8 + 192 + 136 + 770 = 1178 mols

Passo 11

Finalmente, vamos calcular a composição em porcentagem de cada componente na base úmida:
Porcenta>=m de CO2 = 641178 times 100 approx 5.44%
Porcenta>=m de CO = 81178 times 100 approx 0.68%
Porcenta>=m de C2H6 = 81178 times 100 approx 0.68%
Porcenta>=m de H2O = 1921178 times 100 approx 16.32%
Porcenta>=m de O2 = 1361178 times 100 approx 11.56%
Porcenta>=m de N2 = 7701178 times 100 approx 65.37%

Resposta

A composição em base úmida do gás resultante da combustão é aproximadamente:
  • CO2: 5,44%
  • CO: 0,68%
  • C2H6: 0,68%
  • H2O: 16,32%
  • O2: 11,56%
  • N2: 65,37%

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