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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 22

Álcool etílico ( C 2 H 5 O H ) é queimado com 70 % de excesso de ar. Calcule as frações molares dos produtos formados e dos reagentes e determine a massa de água e de oxigênio contido nos produtos por unidade de massa de combustível queimado.

Passo 1

Vamos assumir que a combustão é completa e que os produtos da reação de combustão serão: C O 2   , H 2 O , O 2   e   N 2 , apenas. Além disso, temos que as massas de C ,   H 2 , O 2 ,   N 2 e o ar são, respectivamente

12 ,   2 ,   32 ,   28   e   29   t o d o s   e m k g k m o l

Assim, nossa reação fica sendo

C 2 H 5 O H + x ⋅ O 2 + 3.76   N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + x ⋅ 3.76 N 2

Onde

0.5 + x = 2 + 1.5 → x = 3

Podemos então reescrever nossa equação como sendo

C 2 H 5 O H + 3 ⋅ O 2 + 3.76   N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + 3 ⋅ 3.76 N 2

Com a reação tendo 70 % de excesso de ar iremos escrevê-la como sendo

C 2 H 5 O H + 1.7 ⋅ 3 ⋅ O 2 + 3.76   N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + y O 2 + 1.7 ⋅ 3 ⋅ 3.76 N 2

0.5 + 1.7 ⋅ 3 = 2 + 1.5 + y → y = 2.1

Então,

C 2 H 5 O H + 5.1 ⋅ O 2 + 3.76   N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + 2.1 O 2 + 19.18 N 2

Nosso número total de mols será

N m = 2 + 3 + 2.1 + 19.18 = 26.28   k m o l

Passo 2

Dando prosseguimento à resolução vamos ter as seguintes frações molares

y C O 2 = N C O 2 N m = 2 k m o l 26.28   k m o l = 0.0761

y H 2 O = N H 2 O N m = 3   k m o l 26.28   k m o l = 0.1142

y O 2 = N O 2 N m = 2.1 k m o l 26.28   k m o l = 0.0799

y N 2 = N N 2 N m = 19.18   k m o l 26.28   k m o l = 0.7298

Passo 3

Fazendo o mesmo processo para os reagentes vamos ter

N m = 1 + 5.1 ⋅ 4.76 = 25.28   k m o l

Assim, as frações molares serão

y C 2 H 5 O H = N C 2 H 5 O H N m = 1 k m o l 25.28   k m o l = 0.0396

y a r = N a r N m = 5.1 ⋅ 4.76   k m o l 25.28   k m o l = 0.9603

Por fim, para concluirmos o exercício, vamos calcular a massa de água e oxigênio por unidade de combustível queimada

m H 2 O m C 2 H 5 O H = 3 ⋅ 18 k g 1 ⋅ 46 k g = 1.174 k g   H 2 O k g   C 2 H 5 O H

m O 2 m C 2 H 5 O H = 2.1 ⋅ 32 k g 1 ⋅ 46 k g = 1.461 k g   O 2 k g   C 2 H 5 O H

Resposta

y C O 2 = 0.0761

y H 2 O = 0.1142

y O 2 = 0.0799

y N 2 = 0.7298

y C 2 H 5 O H = 0.0396

y a r = 0.9603

m H 2 O m C 2 H 5 O H = 1.174 k g   H 2 O k g   C 2 H 5 O H

m O 2 m C 2 H 5 O H = 1.461 k g   O 2 k g   C 2 H 5 O H

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