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Enunciado

Termodinâmica - Moran e Shapiro - Princípios de Termodinâmica para Engenharia- Ed: 7º - Capítulo 13.Problemas - Ex. 24

Etano (C2H6) entra em uma fornalha e queima completamente com 130% de ar teórico que entra a 25°C, 85 kPa e 50% de umidade relativa. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) a temperatura de ponto de orvalho dos produtos de combustão, cm °C, a 85 kPa.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que

C 2 H 6 queima completamente com 130 % de ar teórico em 25 ° C , 85   k P a e ϕ = 50 %

Passo 3

a) a combustão completa de C 2 H 6 com a quantidade de ar úmido teórico

C 2 H 6 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + ω N 2

Com 3,76   m o l s de N 2 acompanhando 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 : 6 = 2 γ → γ = 3
  • Oxigênio O : 2 α = 2 β + γ → α = 3,5
  • Nitrogênio N 2 : ω = α 3,76 = 13,16

Então a equação química balanceada é

C 2 H 6 + 3,5 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + 13,16 N 2

Passo 5

A combustão completa de C 2 H 6 com 130 % de ar úmido teórico

C 2 H 6 + 1,3 ⋅ 3,5 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + 13,16 N 2 + Δ O 2 + λ N 2

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

  • Oxigênio O : 2 1,3 3,5 = 2 2 + 3 + 2 Δ → Δ = 1,055
  • Nitrogênio N 2 : 1,3 3,5 3,76 = 13,16 + λ → λ = 3,948

Então a equação química balanceada é

C 2 H 6 + 1,3 ⋅ 3,5 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 3 H 2 O + 1,055 O 2 + 17,108 N 2

Passo 6

Para uma mistura de ar úmido de 25 ° C , 0,85   b a r e ϕ = 50 % em que temo 4,55 4,76 = 21,66   k m o l de ar úmido e n v   k m o l de vapor de água a pressão parcial é

p v = n v n a + n v p = n v 21,66 + n v 0,85

Onde,

p v = ϕ p g 25 ° C = 0,5 0,03169   b a r = 0,01585   b a r

Resolvendo a equação para n v

n v = 0,412   k m o l

Então a equação balanceada é

C 2 H 6 + 4,5 O 2 + 3,76 N 2 + 0,412 H 2 O → 2 C O 2 + 3 , 412 H 2 O + 1,05 O 2 + 17,108 N 2

Passo 7

b) a pressão parcial é

p v = Y v p = n v n p p = 3,412 2 + 3,412 + 1,055 + 17,108 0,85   b a r = 0,1230   b a r

Em p v = 0,1230   b a r da tabela de vapor saturado, interpolando

T c o n d = 45,81 + 60,06 - 45,81 0,1230 - 0,10 0,2 - 0,1 = 49,0875 ° C

Resposta

a) C 2 H 6 + 4,5 O 2 + 3,76 N 2 + 0,412 H 2 O → 2 C O 2 + 3,412 H 2 O + 1,05 O 2 + 17,108 N 2

b) T c o n d = 49,0875 ° C

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