Hidrogênio (H2) entra em uma câmara de combustão com uma vazão mássica de 5 lbm/h (2,27 kg/h) e queima, com o ar entrando a 85ºF (29,4°C), 1 atm, com uma vazão volumétrica de 75 ft^3/min (2,12 m3/h). Determine o percentual de ar teórico utilizado.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

É dado que

H 2 entra em uma câmara de combustão a taxa de 5   l b / h e queima com ar entrando a 85 ° F = 545 ° R e 1   a t m com uma taxa de fluxo volumétrico de 75   f t 3 / m i n

E a porcentagem de ar teórico é dado por

% Ar teórico = A F - A F - t e o ⋅ 100

Passo 3

A combustão completa de H 2 com a quantidade de ar teórico

H 2 + α O 2 + 3,76 N 2 → H 2 O + γ N 2

Com 3,76   m o l s de N 2 acompanha cada mol de O 2 no ar

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

  • Hidrogênio H : 2 = 2 β → β = 1
  • Oxigênio O : 2 α = β → α = 0,5
  • Nitrogênio N 2 : γ = α 3,76 = 1,88

Então a equação química balanceada é

H 2 + 0,5 O 2 + 3,76 N 2 → H 2 O + 1,88 N 2

E a razão de ar teórico na base molar é

A F - t e o = 0,5 4,76 = 2,38

Passo 4

Para a reação atual, a taxa de vazão mássica do ar é

m ˙ a r = A v 2 v 2 = A v 2 R - / M T 2 = 75 ⋅ 14,7 ⋅ 144 1545 / 28,97 ⋅ 545 = 5,462   l b / m i n = 327,73   l b / h

Passo 5

Calculando a razão de ar e combustível na base de massa

A F = m a r m c o m b = 327,73 5 = 65,55 l b a r l b c o m b u s t í v e l

Razão de combustível e ar na base molar

A F - = A F M c o m b M a r = 65,55 l b a r l b c o m b u s t í v e l 2,018 l b a r l b c o m b u s t í v e l 28,97 l b a r l b c o m b u s t í v e l

= 4,57 l b a r l b c o m b u s t í v e l

Passo 6

Resolvendo para a porcentagem de ar teórico

% Ar teórico = A F - A F - t e o ⋅ 100 = 4,57 2,38 ⋅ 100 = 192 %

Resposta

% Ar teórico = 192 %

Ver Outros Exercícios desse livro