O etileno (C2H4) queima completamente com ar, e os produtos de combustão são resfriados à temperatura T e 1 atm. A razão ar–combustível em base mássica é AF.

(a) Determine, para AF = 15 e T = 70°F (21,1°C), o percentual de ar em excesso e a quantidade de vapor d’água condensada, em lb por lbmol de combustível.

(b) Plote a quantidade de vapor d’água condensada, em lb por lbmol de combustível versus T, variando de 70°F (21,1°C) a 100°F (37,8°C), para AF = 15, 20, 25, 30.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

a) a reação estequiométrica do etileno com o ar é dada abaixo

C 2 H 4 + 3 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 2 H 2 O + 11,28 N 2

A reação com o excesso de ar vai ser

C 2 H 4 + a O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 2 H 2 O + a - 3 O 2 + a ⋅ 3,76 N 2

A razão molar de ar e combustível

A F - = n a r n c o m b u s t í v e l = 4,76 a 1 = 4,76 a

A razão de ar e combustível

A F = A F - ⋅ M a r M c o m b u s t í v e l

Da Tabela A-2E para os pesos moleculares de elementos selecionados

M a r = 28,97   l n / l b ⋅ m o l

M c o m b u s t í v e l = 28,05   l b / l b ⋅ m o l

Substituindo para a razão ar combustível

A F = 4,76 a ⋅ 28,97 28,05 → 15 = 4,76 a ⋅ 28,97 28,05

→ a = 3,0512

Então, a equação da reação balanceada

C 2 H 4 + 3,0512 O 2 + 3,76 N 2 → 2 C O 2 + 2 H 2 O + 0,0512 O 2 + 11,4725 N 2

Passo 3

Calculando a porcentagem de excesso de ar

E = 3,0512 - 3 3 ⋅ 100 = 1,706 %

Passo 4

Calculando a pressão parcial de vapor a 70 ° F

p g 70 ° F = n v 2 n v 2 + n ú m i d o p

→ 0,3632   l b / i n 2 = n v 2 n v 2 + 2 + 0,0512 + 11,4725 14,7   l b f / i n 2

→ n v 2 = 0,3426   l b m o l

A quantidade de água condensada em l b m o l de combustível consumido

n f = n v 1 - n v 2 = 2 - 0,3426 = 1,6574 kmol de água kmol de combustível

Passo 5

a) Escrevendo o código no Engineering Equation Solver (EES), temos

AF = (4,76*a)*(28,97/28,05) "Razão Ar-Combustível"

AF = 30 "Razão Ar-Combustível Dada (variando de 15 a 30)”

"T = 70 [F]"

p = Pressure (Steam; T = T; x = 0)

n2 = 2+(a-3)+(3,76*a) "Total de mols dos produtos úmidos"

(n1/(n1+n2))*14,7=p "pressão parcial de vapor na condição final"

nf = 2 - n1 "quantidade de vapor de água condensada"

Passo 6

Plotando os valores de n f para os diferentes valores de T

Para A F = 15

Para A F = 20

Para A F = 2 5

Para A F = 30

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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