Uma mistura gasosa de propano e butano é queimada com excesso de ar. A análise de Orsat dos fumos revelou a seguinte composição:
e
. Determinar a porcentagem de ar em excesso utilizada.
Passo 1
Então, temos um exercício de combustão envolvendo uma mistura de propano (C₃H₈) e butano (C₄H₁₀) queimada com ar em excesso. O que precisamos descobrir é qual foi a porcentagem de ar a mais (ar em excesso) utilizada nessa queima. Para resolver isso, vamos usar a análise de Orsat dos fumos, que nos dá as concentrações de CO₂, O₂, CO e N₂.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que na combustão completa, o propano e o butano reagem com o oxigênio (O₂) do ar para formar dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). Mas, como temos excesso de ar, também sobra oxigênio nos gases de escape.
Passo 3
Vamos escrever as equações de combustão balanceadas para o propano e o butano:
Para o propano (C₃H₈):
Para o butano (C₄H₁₀):
Passo 4
Agora, vamos considerar que estamos queimando uma mistura de propano e butano. Seja
a quantidade de propano e
a quantidade de butano na mistura.
A necessidade de oxigênio total para a combustão será:
Passo 5
O ar é composto por cerca de 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio. Então, para fornecer o oxigênio necessário, a quantidade de ar teórica (sem excesso) seria:
Passo 6
Mas como temos excesso de ar, a quantidade real de ar utilizada será maior. Vamos chamar a porcentagem de excesso de ar de
.
Então, a quantidade total de ar usada é:
Passo 7
Na análise de Orsat, o oxigênio sobrando nos fumos indica o excesso de ar. A concentração de O₂ nos fumos é de 4,6%.
Podemos relacionar isso com a quantidade de ar em excesso. A fórmula para calcular o excesso de ar (
) é:
Passo 8
Agora, precisamos calcular a quantidade de oxigênio fornecida e a quantidade realmente consumida na combustão.
Sabemos que a quantidade de O₂ fornecida é:
E a quantidade de O₂ sobrando nos fumos é 4,6%. Isso nos ajuda a encontrar
.
Passo 9
Finalmente, reorganizando a fórmula para encontrar a porcentagem de excesso de ar:
Usando os dados fornecidos na análise de Orsat, podemos calcular
.
Resposta
A porcentagem de ar em excesso utilizada na queima da mistura gasosa é de aproximadamente 21,83%.