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Enunciado

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

O butano (C4H10) queima completamente com o ar. A razão de equivalência é de 0,9. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) o percentual de ar em excesso.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

a) escrevendo a combustão completa do Butano ( C 4 H 10 ) com a quantidade teórica de ar

C 4 H 10 + α t e o O 2 + 3,76 N 2 → α C O 2 + b H 2 O + c N 2

Aplicando o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio pra achar os valores das constantes

  • Carbono C : a = 4
  • Hidrogênio H : 10 = 2 b → b = 5
  • Oxigênio O 2 : α t e o = a + b / 2 = 4 + 5 / 2 = 6,5
  • Nitrogênio N 2 : c = α t e o ⋅ 3,76 = 24,44

Substituindo os valores das constantes na equação balanceada

C 4 H 10 + 6,5 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 24,44 N 2

Passo 3

Escrevendo a expressão para a razão equivalente

Razão Equivalente = Razão de combustível e ar a base molar atual Razão de combustível e ar a base molar teórica = F A - a t u a l F A - t e o

→ F A - a t u a l = 0,9 F A - t e o

Passo 4

Achando a razão teórica de combustível e ar na base molar

F A - t e o = mols de combustível mols de ar

Ar consiste de 1   m o l de O 2 e 3,76   m o l s de N 2 , total de ar 4,76   m o l s

Substituindo 1   k m o l para mols de combustível e 6,5 ⋅ 4,76 k m o l para os mols de ar

F A - t e o = 1   k m o l C 4 H 10 6,5 ⋅ 4,76   k m o l a r = 0,03232   k m o l   c o m b / k m o l   a r

Passo 5

Achando a razão de ar combustível na base molar

A F - t e o = 1 F A - t e o = 1 0,03232 = 30,94   k m o l a r k m o l C 4 H 10

Passo 6

Achando a razão atual de combustível e ar

F A - a t u a l = 0,9 F A - t e o = 0,9 ⋅ 0,03232 = 0,02909 k m o l C 4 H 10 k m o l a r

A razão de ar e combustível na base molar

A F - a t u a l = 1 F A - a t u a l = 1 0,02909 = 34,376 k m o l a r k m o l C 4 H 10

Passo 7

Achando α a t u a l

α a t u a l = A F - a t u a l 4,76 = 34,376 4,76 = 7,222

Então, a equação da reação balanceada é

C 4 H 10 + 7,222 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 24,14 N 2 + 0,722 O 2 + 3,01 N 2

Passo 8

b) Achando a porcentagem de excesso de ar

% = A F - a t u a l - A F - t e o A F - a t u a l = 34,376 - 30,94 34,376

∴ % = 9,99 %

Resposta

a) C 4 H 10 + 7,222 O 2 + 3,76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + 24,14 N 2 + 0,722 O 2 + 3,01 N 2

b) % = 9,99 %

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