lista04-estequiometria da combustÃo

8/7/2019 lista04-ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO

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Química - 4ª Lista de Exercícios

Estequiometria da Combustão

Resumo Teórico : Rever antes de resolver os exercícios .- Composição do AR - IMPORTANTE : composição molar = composição volumétrica- Razão do Excesso de Oxigênio - Ordem de Grandeza do excesso de Oxigênio- IMPORTANTE : Porcentagem de Ar em excesso = Porcentagem de Oxigênio em excesso .- Nomenclatura do Oxigênio (utilize as denominações abaixo)

Nomenclatura do Oxigênio

a) Oxigênio EstequiométricoÉ a quantidade de oxigênio calculada , necessário para a combustão completa do combustível .

b) Oxigênio do CombustívelÉ a quantidade de oxigênio presente no combustível antes da combustão.

c) Oxigênio TeóricoÉ a mínima quantidade de oxigênio comburente introduzida na câmara de combustão, necessária

teoricamente à combustão completa do combustível . Pode ser calculada por :O2,teórico = O2,esteq - O2,combustível

d) Oxigênio ExcessoÉ a quantidade de oxigênio que excede a quantidade de Oxigênio Teórico , e é calculado em relação a

quantidade de Oxigênio Teórico .

e) Oxigênio RealÉ a quantidade de oxigênio introduzida na câmara de combustão . Pode ser calculada por :

O2,Real = O2,teórico + O2,excesso

f) Oxigênio nos FumosÉ a quantidade de oxigênio que sobra na câmara de combustão sem reagir e sai junto com os outros gases

da combustão .obs : Quando a queima que ocorre na câmara de combustão é a Combustão Completa ou seja todo ocombustível se transformou em CO2 , então o oxigênio nos fumos é exatamente o oxigênio em excesso.

g) Oxigênio ConsumidoÉ a quantidade de oxigênio efetivamente consumida na câmara de combustão e pode ser calculada por :

O2, consumido = (O2,real + O2,combustível) - O2,Fumos .obs:Quando a queima que ocorre na câmara de combustão é a Combustão Completa ou seja todo ocombustível se transformou em CO2 , então o oxigênio consumido é exatamente o oxigênio estequiométrico

h) Oxigênio subtraído do meio ambienteÉ a quantidade de oxigênio subtraída do meio ambiente e pode ser calculada por :

O2, subtraído = O2,real - O2,Fumos .obs : Quando a queima que ocorre na câmara de combustão é a Combustão Completa ou seja todo ocombustível se transformou em CO2 , então o oxigênio subtraído é exatamente o oxigênio teórico .

U N I V E R S I D A D E S A N T A C E C Í L I A

UNISANTA



Exercício 1 - resolvidoUm carvão possui a seguinte composição em massa :carbono = 79,2% ; hidrogênio = 4,0% ; oxigênio = 6,4% ; nitrogênio = 5,6% e cinzas = 4,8% .São empregados 68% de ar em excesso . Considerando-se como base de cálculo 1 Kg de carvão e que todo o carbonodesse carvão se transformou em CO2 , calcule : A) o número de mols de : (a) oxigênio teórico ; (b) oxigênio real ;(c) ar real ; (d) oxigênio nos fumos ; (e) nitrogênio nos fumosB) a massa de água nos fumos .

Resolução : BC = 1 kg ; % Ar em Excesso = 68%

1) Cálculos Preliminares :

C H2 O2,combustível N2 H2O,umidade Cinzas

% 79,2 4 6,4 5,6 zero 4,8

Massa 792 g 40 g 64 g 56 g zero 48 g

Massa Molar 12 g / mol 2 g / mol 32 g / mol 28 g / mol 18 g / mol -

N 66 mol 20 mol 2 mol 2 mol -

2) Cálculos Estequiométricos :

C + O2 p CO2

1 mol 1 mol 1mol

66 mol x y

x = 66 mol de O2 y = 66 mol de CO2

H2 + ½ O2 p H2O

1 mol 1/2 mol 1mol

2

0 mol x y

x = 10 mol de O2 y = 20 mol de H2O

3) Balanço Material :

CombustívelCO2

(1 Kg de carvão) Câmara H2O (vapor)

deFumos

O2

Comburente Combustão N2 (Ar)

a) Oxigênio Estequiométrico = 66 mol + 10 mol = 76 mol

b) Oxigênio do Combustível = 2 mol

c) Oxigênio Teórico = 76 - 2 = 74 mol ( Resp Aa )

d) Oxigênio Excesso = 0,68 . 74 = 50,32 mol

e) Oxigênio Real = 74 + 50,32 = 124,32 mol ( Resp Ab )



f) Oxigênio nos Fumos = (124,32 + 2) - 76 = 50,32 mol ( Resp Ad )

g) Oxigênio Consumido = 76 mol

h) Oxigênio subtraído do meio ambiente = 74 mol

Outros Cálculos :

a).Nitrogênio Real = (79/21) . 124,32 = 467,68 mol

b) Nitrogênio nos fumos = Nitrogênio Real + Nitrogênio do combustível

Nitrogênio nos fumos = 467,68 + 2 = 469,68 mol ( Resp Ae )

c) Ar Real = (100/21) . 124,32 = 592,0 mol ( Resp Ac )

d) Água nos Produtos da combustão

H2O (fumos) = H2O (combustão) + H2O (combustível)

H2O (fumos) = 20 + zero = 20 mol

m H2O = n . M = 20 . 18 = 360 g (Resp B)

Exercício 2Um carvão mineral possui a seguinte composição percentual em peso : carbono = 84,0% ; hidrogênio = 3,0% ;oxigênio = 6,4% ; nitrogênio = 2,8% ; umidade = 1,8% e cinzas = 2,0% .São empregados 50% de ar em excesso . Considerando-se como base de cálculo 1 Kg de carvão e que todo o carbonodesse carvão se transformou em CO2 , calcule : A) o número de mols de : (a) oxigênio teórico ; (b) oxigênio real ;(c) ar real ; (d) oxigênio nos fumos ; (e) nitrogênio nos fumosB) a massa de água nos fumos .C) Composição dos fumos na base úmida e seca .

Exercício 3Uma caminhonete movida a Óleo Diesel ( admitir : C18H38 ; d = 0,84 g / cm3 ) utiliza na queima 26% de ar emexcesso . Calcular :A) a quantidade de mols de oxigênio subtraído do meio ambiente por litro de Óleo Diesel queimado admitindo que na

combustão do Óleo Diesel todo o Carbono se transformou em CO2 .B) a composição dos Fumos na Base Úmida e Seca admitindo que na combustão do Óleo Diesel todo o Carbono setransformou em CO2 .

Exercício 4 Um combustível (mistura gasosa combustível ) possui a seguinte composição percentual em volume : monóxido decarbono (CO) = 20,0% ; hidrogênio (H2) = 20,0% ; Eteno ( C2H4) = 20,0% ; Propano ( C3H8) = 10,0% ;oxigênio (O2) = 20,0% ; nitrogênio (N2) = 10,0% é queimado com 20,0% de ar em excesso (em volume) .Calcular :A) o volume de oxigênio subtraído do meio ambiente a 27ºC e 760 mmHg por 100 mol de combustível (mistura gasosacombustível ) queimado admitindo que na combustão todo o Carbono se transformou em CO2 .B) a porcentagem em volume de Água nos Fumos admitindo que na combustão todo o Carbono se transformou em CO2 .C) a menor temperatura que os fumos devem ter ao sair através do escapamento para evitar que o vapor de água dos fumos se

condense dentro dos condutos de escape dos gases , à pressão de 760 mmHg .

Dados para a resolução dos exercícios :

a) Massas Atômicas : H = 1 ; C = 12 ; N = 14 ; O = 16

b) Pressões Máxima de Vapor da água

t(ºC) 5 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

P(mmHg) 6,5 23,8 31,8 42,2 55,3 71,9 92,5 118,0 149,4 187,5 233,7 289,1 355,1

c) Constante de Clapeyron R = 0,082 atm . L / mol . K = 62,3 mmHg . L / mol . K

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