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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 22

Acetileno (C2H2) entra em um maçarico e queima completamente com 110% de ar teórico, que entra a 74°F (23,3ºC), 1 atm e 50% de umidade relativa. Obtenha a equação de reação balanceada e determine a temperatura de ponto de orvalho dos produtos, em ºT, a 1 atm.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que

C 2 H 2 queima completamente com 110 % de ar teórico com 74 ° F , 1   a t m e ϕ = 50 %

Passo 3

a) combustão completa de C 2 H 2 com a quantidade de ar úmido teórico

C 2 H 2 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + ω N 2

Onde 3,76   m o l s de N 2 acompanha cada mol de O 2 no ar

Passo 4

Aplicando o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Carbono C : β = 2
  • Hidrogênio H : 2 = 2 γ → γ = 1
  • Oxigênio O : 2 α = 2 β + γ → α = 2,5
  • Nitrogênio N 2 : ω = α 3,76 = 9,4

    • Então a equação química balanceada é

    C 2 H 2 + 2,5 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 1 H 2 O + 9,4 N 2

    Passo 5

    A combustão completa de C 2 H 2 com 110 % de ar úmido

    C 2 H 2 + 1,1 ⋅ 2,5 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 1 H 2 O + 9,4 N 2 + Δ O 2 + λ N 2

    Aplicando o princípio de conservação de massa oxigênio e nitrogênio, respectivamente

  • Oxigênio O : 2 1,1 2,5 = 2 2 + 1 + 2 Δ → Δ = 0 , 25
  • Nitrogênio N 2 : 1,2 2,5 3,76 = 9,4 + \ l a m b a → λ = 0,94

Então a equação química balanceada é

C 2 H 2 + 2,75 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 1 H 2 O + 9,4 N 2 + 0,25 O 2 + 0,94 N 2

Simplificando

C 2 H 2 + 2,75 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 1 H 2 O + 0,25 O 2 + 10,34 N 2

Passo 5

Para uma mistura de ar com 74 ° F , 1   a t m e ϕ = 50 % com qual 2,75 4,76 = 13,09   l b m o l de ar úmido e n v   l b m o l de vapor de água a pressão parcial é

p v = n v n a + n v p = n v 13,09 + n v 14,696   l b f / i n 2

Onde

p v = ϕ p g = 0,5 ⋅ 0,4153

Já que com 74 ° F e p g = 0,4153   l b f / i n 2

p v = 0,2079   l b f / i n 2

Resolvendo para n v temos

n v = 0,1878   l b m o l

Então, a equação balanceada é

C 2 H 2 + 2,75 O 2 + 3,76 N 2 + 0,1878 H 2 O → 2 C O 2 + 1 , 1878 H 2 O + 0,25 O 2 + 10,34 N 2

Passo 6

b) considerando os produtos de combustão a fração molar de vapor de água nos produtos é

y v = 1,1878 2 + 1,1878 + 0,25 + 10,34 = 0,0862

A pressão parcial é

p v = Y v p = 0,0862 ⋅ 14,696 = 1,267   l b f / i n 2

Com p v da tabela de vapor saturado, interpolando

T c o n d = 107,88 + 115,65 - 107,88 1,267 - 1,2 1,5 - 1,2 = 110 ° F

Resposta

a) C 2 H 2 + 2,75 O 2 + 3,76 N 2 + 0,1878 H 2 O → 2 C O 2 + 1,1878 H 2 O + 0,25 O 2 + 10,34 N 2

b) T c o n d = 110 ° F

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