LISTAS OPERAÇÕES UNITÁRIAS 3

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UNIVERSIDADE DO AMAZONAS 
FACULDADE DE TECNOLOGIA 
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
Setor Sul do Campus Universitário - Bloco H, Av. Gal. Rodrigo Octávio Jordão Ramos, 3000 – Coroado 
69077-000 Manaus, AM. Fone/Fax: (092) 3647-4035/4028 
 
FTQ013 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS III 
LISTA 1 
1. Um 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 carbono desse 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 fumos; B) a massa de água nos fumos. 
Resp: 
A) Número de mol 
a) O2 teórico = 0,074 kmol 
b) O2 real = 0,12432 kmol 
c) Ar real = 0,592 kmol 
d) O2 nos fumos = 0,12432 – 0,074 = 0,05032 kmol 
e) N2 nos fumos = 0,4714 kmol 
B) Massa de água nos fumos 
a) 0,02 kmol x 18 kg/kmol = 0,36 kg 
2. Um 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 carbono desse 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 fumos; 
B) a massa de água nos fumos; C) Composição dos fumos na base úmida e seca. 
Resp: 
A) Número de mol 
a) O2 teórico = 0,0755 kmol 
b) O2 real = 0,11325 kmol 
c) Ar real = 0,53907 kmol 
d) O2 nos fumos = 0,11325 – 0,0755 = 0,03775 kmol 
e) N2 nos fumos = 0,42782 kmol 
B) Massa de água nos fumos 
a) 0,001 kmol x 18 kg/kmol + 0,016 x 18 kg/kmol = 0,306 kg 
C) Composição dos fumos 
Base seca: CO2 – 0,07 kmol - 0,1307 
 N2 – 0,42782 kmol - 0,7982 
 O2 – 0,03775 kmol - 0,0705 
 ----------- 
 0,53557 kmol 
Base úmida: CO2 – 0,07 kmol - 0,0832 
 H2O – 0,306 kmol - 0,3636 
 N2 – 0,42782 kmol - 0,5084 
 O2 – 0,03775 kmol - 0,0448 
 ----------- 
 0,80382 kmol 
 
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3. Uma caminhonete movida a Óleo Diesel (admitir: C18H38; d = 0,84 g/cm3) utiliza na queima 26% de ar em 
excesso. 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 se transformou em CO2. 
Resp: 
A) 90,94 mol de O2/L de C18H38 
B) Composição em base seca 
CO2 – 18 kmol – 0,1158 
N2 – 130,284 kmol – 0,8382 
O2 – 7,15 kmol - 0,046 
 -------------------- 
 155,434 kmol 
Composição em base úmida 
CO2 – 18 kmol - 0,1032 
H2O – 19 kmol - 0,1089 
N2 – 130,284 kmol - 0,7469 
O2 – 7,15 kmol - 0,041 
----------------- 
174,434 kmol 
 
4. Um combustível (mistura gasosa combustível) possui a seguinte composição percentual em volume: 
monóxido de carbono (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 gasosa combustível) 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 as questões 1 a 4. 
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 23,8 31,8 42,2 55,3 71,9 92,5 118, 149, 187, 233, 289, 355,
 c) Constante de Clapeyron: R = 0,082 atm.L/mol.K = 62,3 mmHg.L/mol.K 
Resp: 
A) 2706 L O2/100 mol de fuel 
B) 13,73% 
C) Desconsiderar este item. 
 
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5. Um óleo combustível com a seguinte análise final (% em peso/peso) deve ser queimado com 15% de 
excesso de ar num forno. 
Elemento % (peso/peso) 
Carbono 84,6 
Hidrogênio 10,9 
Enxofre 0,7 
Oxigênio 3,8 
Total 100,0 
Assumindo completa combustão, determine: 
(i) A massa de ar requerida para queimar 1 kg de combustível; 
(ii) A massa de gás (fumos) produzido pela combustão de 1 kg de óleo combustível; 
(iii) A composição do gás combustível (%v/v); 
(iv) O volume de gás (fumos) produzido (a 300 ºC e 1 atm) a partir de 1 kg de óleo combustível (R = 
0,03697 m3.atm/K-1.kmol-1). 
A composição do ar é assumida ser 23,3 % peso/peso de oxigênio e 76,7% peso/peso de nitrogênio. 
Resp: 
(i) 13,18 kg 
(ii) 15,69 kg 
(iii) C – 0,3936 
H – 0,5919 
S – 0,00122 
O – 0,01326 
(iv) V = 11,41 m3 
6. Assumindo a combustão completa, escreva uma equação de equilíbrio estequiométrico para 1 mol de um 
álcool arbitrário CxHyOz. Determine o número de moles de ar necessário para queimar 1 mol de combustível. 
����: 
��	
�
��
� 4,76�� � � 4⁄ � � 2⁄ � 
7. Considere uma mistura estequiométrica de isoctano e ar. Calcular a entalpia da mistura à temperatura de 
estado-padrão (298,15 K) e uma base por kmol de combustível (kJ/kmolmix), numa base de massa por mistura 
(kJ/kgmixt). 
Resp: 
a) ���� � !" #$�%$⁄ & � �'()*++$ 
b) ,- ./ � �($+00 �� � !" #$�%$⁄ 
c) , ./ � �%(1* �� �2 ./⁄ 
8. Um forno de fusão de vidro está queimando eteno (C2H4) em oxigênio puro (não ar). O forno opera a uma 
razão de equivalência de 0,9 e consome 30 kmol/h de eteno. Determine a taxa de entrada de energia. Expresse 
seu resultado em kW. Determine a taxa de comsuption de O2 em kmol/h e kg/s. 
Resp: 
3& 45 � %%*(+ �6 
7&85 9( � %** � !" ,⁄ , 5 9( � *, $$: �2/� 
 
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9. Determine a temperatura da chama adiabática para a combustão de pressão constante de uma mistura 
estequiométrica de propano-ar assumindo reagentes a 298,15 K, sem dissociação dos produtos e calorias 
constantes constantes avaliadas a 298,15 K. 
����: <3= � ($1: > 
10. Considere um combustível que é uma mistura equimolar de propano (C3H8) e gás natural (CH4). Escreva 
a reação de combustão estequiométrica completa para este combustível queimando com ar e determine a razão 
estequiométrica de combustível-ar em base molar. Além disso, determine a combustão da relação molar ar-
combustível em uma proporção equivalente, Φ, de 0,8. 
Resp: 
3& 45 � %%*(+ �6 
7& 85 9( � %** � !" ,⁄ , 5 9( � *, $$: �2/� 
 
 
 
 
 
 
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LISTA 1 
1. Considerando os mesmos dados do exemplo 1, mostre que a energia líquida disponível 
na câmara de combustão cai para 14,72 MW, se o mesmo carvão apresentar 20% de 
umidade na sua composição química. 
2. No interesse de substituir o óleo combustível por carvão pulverizado, na unidade 
geradora de vapor apresentada no exemplo 2, pede-se: 
a) O consumo de carvão pulverizado. 
b) O volume mínimo recomendado para a câmara de combustão. 
 
3. Considerando os mesmos dados do exemplo 2, mas admitindo agora que as perdas de 
calor aumentem de 10 para 15%, pede-se para estimar o consumo adicional de óleo 
combustível. 
4. Uma caldeira a vapor queima gás natural com a seguinte composição volumétrica: 
CH4 = 90% 
C2H6 = 6% 
N2 = 3% 
CO2 = 1% 
Determine o volume de ar necessário para uma queima estequiométrica do 
combustível em m3 de ar/m3 de combustível.