Enunciado

Metano ( C H 4 ) é queimado com ar seco. A análise volumétrica dos produtos em base seca é de 5,20% de C O 2 , 0,33% de CO, 11,24% de O 2 e 83,23% de N 2 . Determine

  1. a razão ar/combustível
  2. a porcentagem de ar teórico utilizado.

Passo 1

Vamos assumir que:

A combustão está completa.

Os produtos de combustão contêm apenas C O 2 , C O , O 2 e N 2

Sabemos que as massas molares de C , H 2 e do ar são 12 kg/kmol, 2 kg/kmol e 29 kg/kmol,, respectivamente.

Passo 2

Considerando 100 kmol de produtos secos, a equação da combustão pode ser escrita como:

x C H 4 + a [ O 2 + 3.76 N 2 ] → 5.20 C O 2 + 0.33 C O + 11.24 O 2 + 83.23 N 2 + b H 2 O

Os coeficientes desconhecidos x , a e b são determinados a partir de balanços de massa:

N 2 :   3.76 a = 83.23 → a = 22.14

C : x = 5.20   + 0.33 → x = 5.53

H :   4 x = 2 b → b = 11.06

E então,

5.53   C H 4 + 22.14 [ O 2 + 3.76 N 2 ] → 5.20 C O 2 + 0.33 C O + 11.24   O 2 + 83.23 N 2 + 11.06 H 2 O

A equação de combustão para 1 kmol de combustível é obtida dividindo-se a equação acima por 5.53:

C H 4 + 4.0 [ O 2 + 3.76 N 2 ] → 0.94 C O 2 + 0.06 C O + 2.03 O 2 + 15.05 N 2 + 2 H 2 O

Passo 3

Na letra a, a razão ar-combustível é determinado a partir da sua definição:

A F = m a r m c o m b = 34.5   k g   a r k g   c o m b

Passo 4

E na letra b, para encontrar a porcentagem de ar teórico usado, precisamos conhecer a quantidade teórica de ar, que é determinada a partir da equação teórica da combustão do combustível:

C H 4 + a t h [ O 2 + 3.76 N 2 ] → C O 2 + 2 H 2 O + 3.76   a t h N 2

O 2 :   a t h = 1 + 1 → a t h = 2.0

Então, a porcentagem de ar teórico utilizado é:

m a r , a c t m a r ,   t e r m o = N a r ,   a c t N a r , t e r m o = 200 %

Resposta

A F = 34.5   k g   a r k g   c o m b

m a r , a c t m a r ,   t e r m o = = 200 %

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