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
de um gás de combustão, contendo
de
e
de
, entre outros. Considerando que a composição do ar tem
de nitrogênio e
de oxigênio, o percentual de ar em excesso utilizado na combustão é
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
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
e 20% de
. Isso significa que para cada 1 mol de
, temos 4 mols de
(já que 20% de O
implica 80% de N
, o que é uma relação de 1:4).
Passo 3
Agora, vamos olhar para o gás de combustão gerado, que é de
, contendo 5% de
e 80% de
. Isso significa que temos:
-
: de = -
: de =
Passo 4
A presença de
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
que entra na combustão, temos 4 mols de
acompanhando. Então, a quantidade total de ar usada pode ser expressa como a soma do
mais a
:
Total de ar =
+
=
+
=
Passo 6
Agora, vamos calcular a quantidade de ar teórica necessária para a combustão completa do combustível. Se não houvesse excesso, todo o
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
e o ar real é
. 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
de
sobrando, ou seja, esse é o excesso.
Então, o ar teórico seria o ar real menos o excesso:
Passo 8
Agora, para calcular o percentual de excesso de ar:
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).