2,0 pontos - ENADE (2014). O petróleo, contendo alto teor de enxofre, quando queimado em um forno industrial, admitindo-se combustão completa e, usando uma determinada quantidade de ar em excesso, gera 100 kmol / h de um gás de combustão, contendo 5,0 % de O2 e 80,0 % de N2, entre outros. Considerando que a composição do ar tem 80 % de nitrogênio e 20 % de oxigênio, o percentual de ar em excesso utilizado na combustão é
a) 5,0 %
b) 20,0 %
c) 25,0 %
d) 33,3 %
e) 44,4 %

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre a queima do petróleo com alto teor de enxofre em um forno industrial. A gente vai precisar usar conceitos de estequiometria da combustão, entender a composição do ar e calcular o excesso de ar na combustão. Basicamente, precisamos descobrir qual a porcentagem de ar que está sendo usada a mais em relação ao necessário para a queima completa do combustível.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a composição do ar que é usado na combustão. O ar é composto por 80% de N2 e 20% de O2. Isso significa que para cada 1 mol de O2, temos 4 mols de N2 (já que 20% de O 2 implica 80% de N 2, o que é uma relação de 1:4).

Passo 3

Agora, vamos olhar para o gás de combustão gerado, que é de 100 , kmol/h, contendo 5% de O2 e 80% de N2. Isso significa que temos:
  • O2: 5,% de 100 , kmol/h = 5 , kmol/h
  • N2: 80,% de 100 , kmol/h = 80 , kmol/h

Passo 4

A presença de O2 no gás de combustão indica que houve excesso de ar, ou seja, mais ar foi usado do que o necessário para a combustão completa do combustível. Nosso objetivo é encontrar essa porcentagem de excesso de ar.

Passo 5

Sabemos que, para cada 1 mol de O2 que entra na combustão, temos 4 mols de N2 acompanhando. Então, a quantidade total de ar usada pode ser expressa como a soma do O2 mais a N2:
Total de ar = O2 + N2 = 5 , kmol/h + 80 , kmol/h = 85 , kmol/h

Passo 6

Agora, vamos calcular a quantidade de ar teórica necessária para a combustão completa do combustível. Se não houvesse excesso, todo o O2 seria consumido na reação, então o ar teórico seria apenas a quantidade necessária para fornecer o oxigênio consumido.
Vamos supor que o ar teórico é Ateo e o ar real é Areal = 85 , kmol/h. O excesso de ar ( % de excesso) pode ser calculado pela diferença entre o ar real e o ar teórico, dividido pelo ar teórico.

Passo 7

Para encontrar a relação entre ar real e teórico, sabemos que o ar real tem 5 , kmol/h de O2 sobrando, ou seja, esse é o excesso.
Então, o ar teórico seria o ar real menos o excesso:
Ateo = Areal - Excesso de O2
Ateo = 85 , kmol/h - 5 , kmol/h = 80 , kmol/h

Passo 8

Agora, para calcular o percentual de excesso de ar:
% de excesso = ( Areal - AteoAteo ) times 100% = ( 85 - 8080 ) times 100% = 580 times 100% = 6,25%

Resposta

O percentual de ar em excesso utilizado na combustão é de aproximadamente 6,25%. Entretanto, como essa opção não está nas alternativas, o valor mais próximo é 5,0% (alternativa a).

Exercícios relacionados