Gás natural contendo uma mistura de metano, etano, propano e butano é queimado em um forno com excesso de
ar. Sabe-se que um fluxo de 100 kmol/h desse gás natural contém 94,4% de moles de metano, 3,40% de moles de
etano, 0,60% de moles de propano e 0,50% de moles de butano com 17% de excesso de ar atmosférico. A taxa de
fluxo molar requerida de oxigênio é

Question

Gás natural contendo uma mistura de metano, etano, propano e butano é queimado em um forno com excesso de
ar. Sabe-se que um fluxo de 100 kmol/h desse gás natural contém 94,4% de moles de metano, 3,40% de moles de
etano, 0,60% de moles de propano e 0,50% de moles de butano com 17% de excesso de ar atmosférico. A taxa de
fluxo molar requerida de oxigênio é Alternativa A: 37,1 kmol ar/h. Ou Alternativa B: 207 kmol ar/h. Ou Alternativa C: 986 kmol ar/h. Ou Alternativa D: 1153 kmol ar/h.

Qconcursos · Accepted Answer

Alternativa [D] 1153 kmol ar/h. ```html
Tema Central da Questão:

Essa questão aborda o cálculo da taxa de fluxo molar de oxigênio necessária para a combustão de um gás natural em um forno com excesso de ar. Para resolver essa questão, é essencial compreender os conceitos de estequiometria e combustão, além de estar familiarizado com a análise de misturas gasosas e a utilização de ar em excesso.

Resumo Teórico:

A combustão é uma reação química em que um combustível reage com um oxidante, liberando calor. No caso do gás natural, os componentes principais (metano, etano, propano e butano) são hidrocarbonetos que reagem com o oxigênio do ar para formar dióxido de carbono e água. A estequiometria da combustão completa desses hidrocarbonetos pode ser expressa pelas equações químicas gerais:

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
  C2H6 + 3.5O2 → 2CO2 + 3H2O
  C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
  C4H10 + 6.5O2 → 4CO2 + 5H2O

Com base nessas equações, pode-se calcular a quantidade de oxigênio necessária para a combustão completa de cada componente. O excesso de ar é o que é fornecido além do necessário para a combustão estequiométrica.

Justificativa da Alternativa Correta (D - 1153 kmol ar/h):

Para encontrar a taxa de fluxo molar de oxigênio, primeiro calculamos a quantidade estequiométrica de oxigênio necessária:

Metano (CH4): 94,4 kmol x 2 = 188,8 kmol O2
  Etano (C2H6): 3,4 kmol x 3.5 = 11,9 kmol O2
  Propano (C3H8): 0,6 kmol x 5 = 3 kmol O2
  Butano (C4H10): 0,5 kmol x 6.5 = 3,25 kmol O2

Total de oxigênio estequiométrico necessário = 188,8 + 11,9 + 3 + 3,25 = 206,95 kmol O2/h.

Com 17% de excesso de ar, a taxa total de oxigênio necessária será 206,95 x 1,17 = 242,13 kmol O2/h.

Como o ar atmosférico contém aproximadamente 21% de oxigênio, a quantidade total de ar requerida é 242,13 / 0,21 = 1153 kmol ar/h, que corresponde à alternativa D.

Análise das Alternativas Incorretas:

A - 37,1 kmol ar/h: Muito abaixo da quantidade calculada, ignorando a necessidade estequiométrica e o excesso.
  B - 207 kmol ar/h: Próximo à quantidade estequiométrica de O2, mas não considera a conversão para o fluxo total de ar e o excesso.
  C - 986 kmol ar/h: Subestima a quantidade de ar necessária, não reflete o cálculo correto com o excesso.

Estratégias de Interpretação:

Ao resolver questões de química envolvendo combustão, sempre comece determinando a composição do gás e a estequiometria da reação. Lembre-se de incluir o excesso de ar na sua análise e converter oxigênio necessário para ar total usando a proporção atmosférica de 21% de oxigênio.

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