Uma mistura gasosa de propano e butano é queimada com excesso de ar. A análise de Orsat dos fumos revelou a seguinte composição: C O 2=10,4 % ; O 2=4,6 % ; C O=0,6 % e N 2=84,4 %). 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):
C₃H₈ + 5O₂ 3CO₂ + 4H₂O
Para o butano (C₄H₁₀):
C₄H₁₀ + 132O₂ 4CO₂ + 5H₂O

Passo 4

Agora, vamos considerar que estamos queimando uma mistura de propano e butano. Seja O2 necessário = 5a + 132b a quantidade de propano e a quantidade de butano na mistura.
A necessidade de oxigênio total para a combustão será:
á

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:
Ar teórico = 5a + 132b0,21 ó

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 Ar total = Ar teórico times (1 + lambda) .
Então, a quantidade total de ar usada é:
ó

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 ( lambda = ( O2 sobraO2 necessário ) times 100% ) é:
á

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:
O2 fornecido = O2 necessário times (1 + lambda) á
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:
lambda = ( O2 sobrandoO2 necessário ) times 100% á
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%.

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