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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 27

O butano ( C 4 H 10 ) é queimado com 200 % de ar teórico. Para uma combustão completa, quantos k m o l   de água devem ser aspergidos na câmara de combustão por k m o l de combustível, considerando que os produtos da combustão devem ter uma temperatura de orvalho de 60   ° C quando a pressão do produto é de 100   k P a ?

Passo 1

Vamos assumir para essa questão que a combustão é completa e essa combustão produzirá apenas C O 2 ,   H 2 O   ,   O 2   e   N 2 . Além disso, tomemos as massas de C , H 2 e do ar

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

Nossa equação pode ser escrita como

C 4 H 10 + 2 x ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + E O 2 + F N 2

Onde os coeficientes estequiométricos ainda não descobertos podem ser encontrados fazendo

2 ⋅ 2 x = 2 ⋅ 4 + 5 + 2 E   i

x = E   i i

2 x ⋅ 3.76 = F   ( i i i )

Resolvendo esse sisteminha encontramos: E = 6.5 ,   F . 48.8   e   x = 6.5 e, assim, podemos reescrever a equação como sendo

C 4 H 10 + 13 ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 6.5 O 2 + 48.8 N 2

Com a quantidade adicional de água vamos ter

C 4 H 10 + 13 ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 4 C O 2 + 5 + N v ⋅ H 2 O + 6.5 O 2 + 48.8 N 2

Passo 2

Seguindo com a resolução da nossa questão temos que a pressão parcial da água na mistura saturada do produto no ponto de orvalho é

P v , p r o d = P s a t @ 60 ° C = 19.95   k P a

Agora, nossa fração molar de vapor vai ser dada por

y v = P v , p r o d P p r o d = 19.95   k P a 100   k P a = 0.1995

Sendo assim, a quantidade de água que precisa ser pulverizada na câmara de combustão pode ser determinada a partir de

y v = N a g u a N t o t , p r o d → 0.1995 = 5 + N v 4 + 5 + N v + 6.5 + 48.8 → N v = 9.796   k m o l

Resposta

N v = 9.796   k m o l

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