Uma mistura gasosa combustível apresenta a seguinte composição em volume: CH 450 %, C2H6 40% e O2 10% a CNTP. Considerando a combustão desta mistura gasosa com 15 % de ar em excesso, determinar o volume de fumos total (contendo vapor de água) medido a 200^circ C e 700 mmHg , e a composição percentual dos fumos na base seca (correspondente à análise de Orsat) e na base úmida, correspondente à combustão de 1,0 m^3 da mistura gasosa a CNTP.

Passo 1

Beleza, vamos lá! Temos um exercício sobre combustão de uma mistura gasosa. O enunciado nos dá a composição da mistura em volume: CH4 50%, C2H6 40% e O2 10% a CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão). Precisamos calcular o volume total dos fumos após a combustão com 15% de ar em excesso, além de determinar a composição percentual dos fumos na base seca (Análise de Orsat) e na base úmida, considerando a queima de 1,0 m³ da mistura gasosa a CNTP. Para resolver isso, vamos usar conceitos de estequiometria de combustão, leis dos gases e análise de composição de gases.

Passo 2

Primeiro, vamos escrever as reações de combustão para cada componente da mistura:
  1. Metano ( CH4):
CH4 + 2,O2 CO2 + 2,H2O
  1. Etano ( C2H6):
C2H6 + 72,O2 2,CO2 + 3,H2O
  1. Oxigênio ( O2): Não reage na combustão, apenas permanece no produto.

Passo 3

Vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para a combust��o completa de 1,0 m³ da mistura gasosa.
A mistura é:
  • CH4: 50% de 1,0 m³ = 0,5 m³
  • C2H6: 40% de 1,0 m³ = 0,4 m³
  • O2: 10% de 1,0 m³ = 0,1 m³
Agora, calculamos o oxigênio necessário para cada componente:
  1. Metano:
0,5,m^3,CH4 times 2,m^3,O2m^3,CH4 = 1,0,m^3,O2
  1. Etano:
0,4,m^3,C2H6 times 72,m^3,O2m^3,C2H6 = 1,4,m^3,O2
Total de O2 necessário:
1,0 + 1,4 = 2,4,m^3,O2

Passo 4

Considerando que já temos 0,1 m³ de O2 na mistura, a quantidade adicional de ar necessária é:
2,4,m^3 - 0,1,m^3 = 2,3,m^3,O2
Sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de O2 e 79% de N2. Portanto, o volume de ar necessário para fornecer 2,3 m³ de O2 é:
2,3,m^3,O20,21 approx 10,95,m^3,ar
Com 15% de excesso de ar, o ar total fornecido será:
10,95,m^3 times 1,15 approx 12,59,m^3,ar

Passo 5

Agora, vamos determinar a quantidade de cada componente nos produtos da combustão.
Produtos:
  • CO2 proveniente de CH4: 0,5 m³ CH4 gera 0,5 m³ CO2
  • CO2 proveniente de C2H6: 0,4 m³ C2H6 gera 0,8 m³ CO2
  • H2O proveniente de CH4: 0,5 m³ CH4 gera 1,0 m³ H2O
  • H2O proveniente de C2H6: 0,4 m³ C2H6 gera 1,2 m³ H2O
  • O2 excedente: o ar fornecido possui 12,59 m³, dos quais 2,3 m³ são usados para a combustão, então sobra:
12,59,m^3 - 2,3,m^3 = 10,29,m^3,O2
  • N2 do ar: 12,59 m³ × 0,79 ≈ 9,96 m³ N2
Total de produtos:
CO2: 0,5 + 0,8 = 1,3,m^3
H2O: 1,0 + 1,2 = 2,2,m^3
O2: 10,29,m^3
N2: 9,96,m^3
Total:
1,3 + 2,2 + 10,29 + 9,96 = 23,75,m^3

Passo 6

Agora, precisamos calcular o volume dos fumos a 200°C e 700 mmHg. Usaremos a Lei dos Gases Ideais para ajustar as condições de temperatura e pressão.
Primeiro, convertemos as condições:
  • Temperatura:
T1 = 0°C = 273,15,K
T2 = 200°C = 473,15,K
  • Pressão:
P1 = 1,atm = 760,mmHg
P2 = 700,mmHg
Usando a relação:
V1T1 times P2P1 = V2
V2 = V1 times T2T1 times P1P2
V2 = 23,75,m^3 times 473,15273,15 times 760700 approx 23,75 times 1,732 times 1,086 approx 44,7,m^3

Passo 7

Vamos agora determinar a composição percentual dos fumos na base seca e na base úmida.
Base Seca (Análise de Orsat):
Na base seca, ignoramos o vapor de água ( H2O). Então, os volumes são:
CO2: 1,3,m^3
O2: 10,29,m^3
N2: 9,96,m^3
Total na base seca:
1,3 + 10,29 + 9,96 = 21,55,m^3
Percentuais:
CO2: 1,321,55 times 100 approx 6,03%
O2: 10,2921,55 times 100 approx 47,7%
N2: 9,9621,55 times 100 approx 46,27%
Base Úmida:
Na base úmida, consideramos todo o volume dos produtos, incluindo a água. Então:
CO2: 1,3,m^3
H2O: 2,2,m^3
O2: 10,29,m^3
N2: 9,96,m^3
Total na base úmida:
1,3 + 2,2 + 10,29 + 9,96 = 23,75,m^3
Percentuais:
CO2: 1,323,75 times 100 approx 5,47%
H2O: 2,223,75 times 100 approx 9,26%
O2: 10,2923,75 times 100 approx 43,28%
N2: 9,9623,75 times 100 approx 41,93%

Resposta

O volume total dos fumos medido a 200^circC e 700 mmHg é de aproximadamente 44,7,m^3. A composição percentual dos fumos na base seca (Análise de Orsat) é aproximadamente 6,03% de CO2, 47,7% de O2 e 46,27% de N2. Na base úmida, correspondente à combustão de 1,0,m^3 da mistura gasosa a CNTP, a composição é aproximadamente 5,47% de CO2, 9,26% de H2O, 43,28% de O2 e 41,93% de N2.

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