Estequiometria da Combustão

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1ºsem / 2019 – Módulo Combustâo: 3 – ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO 
 
Balanço Material e Estequiometria da Combustão 
 
Durante uma transformação química de combustão, o “Balanço Material”, permite observar a 
conservação da massa e a “Estequiometria da reação” (consiste na relação entre as quantidades molares 
dos diversos constituintes de um sistema de combustão). 
No cálculo estequiométrico as relações entre quantidades, em mol, de reagentes e produtos, que 
participam da Combustão coincidem com a relação dos coeficientes na equação química de Combustão. 
A equação de Combustão é feita admitindo a combustão completa do combustível, portanto os 
produtos da combustão sempre será CO2 se o combustível possuir Carbono e H2O se possuir Hidrogênio. 
Os cálculos de interesse geralmente são: quantidade do oxigênio e de ar, volume e composição dos 
fumos, porcentagem de oxigênio e de ar em excesso e outros. Para efeito de cálculo: 
- Adotar, quando não fornecido, base de cálculo (BC), adequada. 
- Elaborar fluxograma do sistema, indicando as quantidades de entrada e de saída. 
- Escrever as equações de combustão, e em cada uma delas estabelecer relação entre as massas, ou mols 
ou ainda volumes, se as substâncias forem gasosas. 
É oportuno lembrar que: 
A relação molar é o que permite cálculo mais simples (corresponde a relação dos coeficientes da 
equação química ajustada). 
Quando tanto reagentes como produtos forem gasosos pode-se utilizar a proporção volumétrica que é 
dada pelos coeficientes da equação química balanceada desde que os volumes sejam considerados nas 
mesmas, condições de pressão e temperatura. 
 Composição do AR (gases) (% em volume) 
 
OXIGÊNIO 20,946% 
GASES NOBRES 0,932% 
NITROGÊNIO 78,084% 
GÁS CARBÔNICO 0,038% 
Observação: para a resolução de exercícios, o AR será considerado como uma mistura com a seguinte 
composição: %Voxigênio = 21 % e %Vnitrogênio ou inertes = 79% 
Para gases ou misturas de gases a composição volumétrica é igual a composição molar, portanto: 
noxigênio = 21 % . nAR ... 
nnitrogênio = 79 % . nAR ... 
noxigênio = 0,21 . nAR 
U N I V E R S I D A D ES A N T A C E C Í L I A 
 UNISANTA 
 
 
 
 = 
 
 
 
nnitrogênio = 0,79 . nAR 
2 
 
Nomenclatura do Oxigênio 
Durante o cálculo nos Sistemas de Combustão algumas expressões serão utilizadas: 
a) Oxigênio Estequiométrico 
É a quantidade de oxigênio calculada, necessário para a combustão completa do combustível. 
b) Oxigênio do Combustível 
É a quantidade de oxigênio presente no combustível antes da combustão. 
c) Oxigênio Teórico 
É 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 Excesso 
Verifica-se na prática que para provocar a combustão completa há necessidade de quantidade do 
comburente superior a teórica. A quantidade de oxigênio que excede a teórica constitui o oxigênio em 
excesso. O excesso é expresso em porcentagem em relação a quantidade de Oxigênio Teórico. 
IMPORTANTE: Ar em excesso é ar que contém o oxigênio em excesso e a porcentagem de Ar em excesso é 
igual a porcentagem de Oxigênio em excesso . 
e) Oxigênio Real 
É a quantidade de oxigênio introduzida na câmara de combustão. Pode ser calculada por: 
O2,real = O2,teórico + O2,excesso e ARreal é o ar que contém o oxigênio real: 
f) Oxigênio nos Fumos 
É 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 o 
combustível se transformou em CO2 , então o oxigênio nos fumos é exatamente o oxigênio em excesso. 
g) Oxigênio Consumido 
É 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 na câmara de combustão é a Combustão Completa ou seja todo o combustível se 
transformou em CO2 , então o oxigênio consumido é exatamente o oxigênio estequiométrico 
h) Oxigênio subtraído do meio ambiente 
É a quantidade de oxigênio subtraída do meio ambiente e pode ser calculada por: 
O2,subtraído = O2,real - O2,Fumos 
Obs 1: Quando a queima que ocorre na câmara de combustão é a Combustão Completa ou seja todo o combustível 
se transformou em CO2 , então o oxigênio subtraído é exatamente o oxigênio teórico . 
Obs 2: Quando o combustível não possui Oxigênio e sofre Combustão Completa o oxigênio subtraído é também o 
oxigênio consumido . 
ARreal = 
 
 
 
3 
 
Composição dos Fumos 
 
I) CO2 nos fumos: CO2(fumos) = CO2(combustível) + CO2(combustão) 
 
II) H2O nos fumos: H2O(fumos) = H2O(combustível) + H2O(combustão) 
 
III) Oxigênio nos Fumos: O2(Fumos) = O2(excesso) (somente para Combustão Completa) 
 
IV) Nitrogênio nos fumos: N2(fumos) = N2(real) + N2(combustível) 
 
Observação: O Nitrogênio não participa das reações ordinárias de combustão 
 
sendo: N2(real) = 0,79 AR(real) ou N2(real) = 
 
 
 O2(real) 
 
 
Exercícios Resolvidos 
 
1) Demonstrar que a porcentagem de ar em excesso coincide com a porcentagem de oxigênio em excesso. 
 
Demonstração: 
% AR excesso = 
 
 
 
Multiplicando-se numerador e denominador da equação acima por 0,21 resulta: 
% AR excesso = 
 
 
 (a) 
Como: = 0,21 . nAR,excesso e = 0,21 . nAR,teórico 
Substituindo na equação (a), temos: 
% AR excesso = 
 
 
 = % O2,excesso ............. 
 
2) Estabelecer a relação entre Oxigênio Real e Oxigênio Teórico numa combustão com 25% de AR em excesso. 
 
Solução: 
 
% AR,excesso = % O2,excesso = 25 % = 25 % 
 = = 
 
 
 = 1,25 . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 % AR excesso= % O2,excesso 
 
 
 
 = 1,25 
4 
 
Razões do Excesso de Comburente 
Para ocorrer combustão completa é necessário quantidade do comburente superior a teórica. O excesso é 
devido primordialmente a dois fatores. 
a) O excesso de ar diminui a dificuldade de contato íntimo entre o ar e os gases combustíveis ou partículas 
finamente divididas do combustível na câmara de combustão e aumenta a probabilidade de contato 
efetivo entre combustível e comburente. 
b) deslocar os equilíbrios químicos correspondentes as reações de combustão no sentido de máxima 
formação de produtos e libertação de calor. 
As reações de combustão são equilíbrios químicos em fase gasosa por exemplo: 
CO + ½ O2 CO2 + calor 
De acordo com o princípio de Le Chatelier, em temperaturas elevadas o equilíbrio se desloca para a 
esquerda aumentando a quantidade de CO (a cerca de 1500ºC a dissociação do CO2 é mensurável). 
Enquanto que o excesso do comburente(O2) provoca o deslocamento do equilíbrio para a direita, ou seja, 
no sentido de máxima formação de CO2 e liberação de calor. Contudo, devido a alta temperatura da 
combustão, tratando-se de reação de equilíbrio, mesmo com excesso adequado de oxigênio, haverá ínfima 
dissociação do CO2, reconstituindo parcialmente o CO, que sairá em pequenas quantidades nos fumos, 
juntamente com os outros gases de combustão. 
 
Consideraçõesanálogas valem para as reações: 
 
1H2(gás) + ½ O2(gás) 1 H2O(vapor) 
 
a dissociação do vapor de água é mensurável à 1700ºC 
 
1C(sólido) + ½ O2(gás) 1 CO(gás)) 
 
a formação de CO é mensurável à 2500ºC 
 
 
Ordem de Grandeza do Excesso de Oxigênio em Funções do Estado Físico do Combustível 
 
O controle do “ar em excesso” é vital à eficiência da combustão. Grande excesso compromete o 
rendimento, pois o ar extra também se aquece e ocorre perda de “calor sensível” nos fumos. Pequeno 
excesso pode redundar em combustão incompleta desperdiçando-se “calor latente” nos fumos, pois 
frações combustíveis como o CO, H2, etc. escapam sem queimar deixando de liberar calor. Portanto para 
evitar a perda de calor latente deve-se evitar a perda de combustível. O calor sensível deve ser o menor 
5 
 
possível, contudo suficiente para impedir condensações (Ponto de Orvalho) e não prejudicar a tiragem dos 
gases residuais. A análise dos gases residuais nos fornece elementos para controle e adequação do ar em 
excesso. A adequação do ar em excesso é função do estado físico, natureza e grau de subdivisão do 
combustível, do tipo de queimador, da câmara de combustão, das características construtivas da 
instalação e demais condições operacionais. Contudo pode-se estimar a porcentagem ótima ou correta do 
ar em excesso, conforme se trate de combustíveis gasosos (5% a 30%), líquidos (20% a 40%) ou 
sólidos(30% a 100%) respectivamente dentro das faixas. 
 
 
 
0 5 20 30 40 100 
 
 
1 - Nas reações de combustão consideradas no texto, admitimos ar seco (21% O2 e 79% N2) em mols ou 
volume) 
2 - No cálculo do oxigênio teórico deve se considerar combustão completa da totalidade do combustível, 
embora ela possa ter sido incompleta e ter ocorrido perdas do combustível. 
3- Se a quantidade de ar utilizada na combustão for insuficiente, para o cálculo da composição dos fumos, 
admite-se que: 
I - Todo hidrogênio queima, transformando-se em água: 
1H2 + ½ O2  1 H2O 
II - O carbono reage incompletamente, transformando-se em monóxido de carbono: 
1C + ½ O2  1 CO 
III - O oxigênio remanescente é então consumido na transformação de parte do CO em gás carbônico 
(CO2): 
1CO + ½ O2  1 CO2 
Portanto na queima de um combustível com carbono, com quantidade insuficiente de ar, resultará 
quantidade significativa de CO (tóxico e combustível). 
 
 
 
 
 
 
combustível gasoso combustível sólido 
combustível líquido 
6 
 
 
Exercícios Resolvidos 
A – Planejando a Combustão 
 
Neste tipo de exercício os cálculos são efetuados antes da combustão prevendo o que irá ocorrer na 
combustão. 
 
1) Um carvão mineral possui a seguinte composição porcentual em massa: carbono = 84%, hidrogênio = 
4,8%, oxigênio = 6,4% e cinzas = 4,8%. Admitindo-se a combustão completa do carvão, com 50% de ar em 
excesso, calcular por quilograma de carvão o número de mols: 
I – Oxigênio: (a) teórico e (b) real 
II – AR real 
III – Composição dos fumos: (a) na base úmida; (b) na base seca 
Dados: Massas Molares C = 12 g/mol H2 = 2 g/mol O2 = 32 g/mol 
 
Solução: 
BC = 1000 g Carbono Hidrogênio Oxigênio Cinzas 
% massa 84% 4,8% 6,4% 4,8% 
massa 840 g 48 g 64 g 48 g 
Massa Molar 12 g/mol 2 g/mol 32 g/mol - 
número de mols 70 mol 24 mol 2 mol - 
 
1 C + 1 O2  1 CO2 
70 mol 70 mol 70 mol O2,estequiométrico = 70 mol + 12 mol = 82 mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O O2,combustível = 2 mol 
24 mol 12 mol 24 mol 
 
O2,teórico = O2,estequiométrico - O2,combustível = 82 mol - 2 mol = (I a) 
 
 
% AR excesso= % O2,excesso = 50% = 
 
 
 = 0,50 
 
 
O2,excesso = % O2,excesso . O2,teórico = 0,50 . 80 mol = 40 mol 
 
 
O2,real = O2,teórico + O2,excesso = 80 mol + 40 mol = (I b) 
 
 
O2 = 21% . AR = 
 
 
 . AR ......... AR = 
21,0
O
,2
 
 
ARreal = 
 
 
 =
 
380,95 mol (II)
 
 
 
80 mol 
120 mol 
7 
 
Fumos da combustão 
 
CO2(fumos) = CO2(combustível) + CO2(combustão) = zero + 70 mol = 70 mol 
 
H2O(fumos) = H2O(combustível) + H2O(combustão)= zero + 24 mol = 24 mol 
 
N2(fumos) = N2(real) + N2(combustível) 
 
sendo: N2real = 0,79 AR,real = 0,79.571,43 mol = 451,43 mol 
 
ou N2,real = 
 
 
 O2,real = 
 
 
. 120 mol= 451,43 mol 
 
N2(fumos) = 451,43 mol + zero = 451,53 mol 
 
 
O2(fumos) = O2,excesso = 40 mol 
 
 
Sistema de Combustão (Relação Molar) 
 
 
 70 mol de C 70 mol de CO2 
 Combustível 24 mol de H2 Câmara 24 mol de H2O 
 2 mol de O2 451,43 mol de N2 
 de 40 mol de O2 
 120 mol de O2 
 451,43 mol de N2 Combustão resíduos: 48 g de cinzas 
 
 
Composição dos Fumos 
 
 
 a) Base Úmida:  = 585,43 mol (B.U.) b) Base Seca:  - H2O = 561,43 mol (B.S.) 
 
 
 % CO2 = 
 
 
 
 
 
 
% CO2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 % N2 = 
 
 
 
 
 
 
% N2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 % O2 = 
 
 
 
 
 
 
% O2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 % H2O = 
 
 
 
 
 
 
% H2O =  (vazio) 
 
 
fumos 
comburente 
8 
 
2) 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. 
 
Resolução : BC = 1 kg ; % Ar em Excesso = 68% 
 
Cálculos Preliminares: 
 C H2 O2,combustível N2 H2O,umidade Cinzas 
% 79,2 4 6,4 5,6 zero 4,8 
m 792 g 40 g 64 g 56 g zero 48 g 
M 12 g / mol 2 g / mol 32 g / mol 28 g / mol 18 g / mol - 
n 66 mol 20 mol 2 mol 2 mol - 
Cálculos Estequiométricos: 
 
1 C + 1 O2  1 CO2 
66 mol x y 
 x = 66 mol de O2 y = 66 mol de CO2 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 
20 mol x y 
 x = 10 mol de O2 y = 20 mol de H2O 
 
 
Balanço Material: 
 CO2 
 Combustível (1 Kg de carvão) Câmara Fumos H2O (vapor) 
 de O2 
 Comburente (Ar,real) Combustão N2 
 
 
I) Oxigênio Estequiométrico = 66 mol + 10 mol = 76 mol 
II) Oxigênio do Combustível = 2 mol 
III) Oxigênio Teórico = 76 - 2 = 74 mol ( Aa ) 
IV) Oxigênio Excesso = 0,68 . 74 = 50,32 mol 
V) Oxigênio Real = 74 + 50,32 = 124,32 mol ( Ab ) 
VI) Oxigênio nos Fumos = (124,32 + 2) - 76 = 50,32 mol ( Ad ) 
VII) Oxigênio Consumido = 76 mol 
VIII) Oxigênio subtraído do meio ambiente = 74 mol 
 
9 
 
Outros Cálculos: 
 
a).Nitrogênio Real = (79/21) . 124,32 = 467,68 mol 
 
b) Nitrogênio nos fumos = Nitrogênio Real + Nitrogênio do combustível = 467,68 + 2 = 469,68 mol ( Ae ) 
 
c) Ar Real = (100/21) . 124,32 = (100/79) . 467,68 = 592,0 mol ( Ac ) 
 
d) Água nos Produtos da combustão 
 
H2O (fumos) = H2O(combustão) + H2O (combustível) = 20 + zero = 20 mol 
 
m H2O = n . M = 20 . 18 = 360 g (Resp B) 
 
3) Num sistema de combustão queima-se 100 mol de metano (CH4) empregando-se 25% de ar em excesso. 
Considerando que todo o carbono se transformou em CO2, calcule: a) a quantidade de mols de oxigênio 
subtraído do meio ambiente; b) a porcentagem de oxigênio nos fumos. 
 
Resolução : BC = 100 mol ; % Ar em Excesso = 25% 
 
Cálculos Estequiométricos: 
 
1 CH4 + 2 O2  1 CO2 + 2 H2O 
 
100 mol 200 mol 100 mol 200 mol 
 
Balanço Material: 
Oxigênio Estequiométrico = 200 mol 
Oxigênio no Combustível = zero 
Oxigênio Teórico = 200 - zero = 200 mol 
Oxigênio Excesso = 
 
 
 • 200 = 50 mol 
Oxigênio Real = 200 + 50 = 250 mol 
Nitrogênio Real = 
 
 
 • 250 = 940,5 mol 
 
Cálculos dos fumos 
 
CO2 nos fumos = 100 mol 
H2O(v) nos fumos = H2O(combustão) + H2O(combustível) = 200 mol + zero = 200 mol 
Oxigênio nos fumos = Oxigênio Excesso = 50 mol 
Nitrogênio nos fumos = Nitrogênio Real + Nitrogênio do Combustível = 940,5 mol + zero = 940,5 mol 
 = 100 mol + 200 mol + 50 mol + 940,5 mol = 1290,5 mol 
 
 
10 
 
Respondendo as questões: 
 
a) Oxigênio subtraído do meio ambiente: O2,subtraído = O2,teórico = 200 mol 
 
b) Porcentagem de oxigênio nos fumos: % O2 = 
 
 
 = 0,039 = 
 
 
 = 3,9% 
 
 
4) Uma mistura gasosa combustível é queimado com 20,0% de ar em excesso (em volume) e possui a 
seguinte composição percentual em volume: 
 CO H2 C2 H4 C3H8 O2,combustível N2 
% ( em volume ) 20% 20% 20% 10% 20% 10% 
Calcular : 
A) a composição dos Fumos na Base Úmida e Seca admitindo que na combustão da mistura gasosa 
combustível todo o Carbono se transformou em CO2 . 
B) 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 . 
 
Resolução : 
 
1) Cálculos Preliminares : 
 
BC = 100 mol CO H2 C2 H4 C3H8 O2,combustível N2 
% ( em volume ) 20% 20% 20% 10% 20% 10% 
% ( em mol ) 20% 20% 20% 10% 20% 10% 
n 20 mol 20 mol 20 mol 10 mol 20 mol 10 mol 
 
2) Cálculos Estequiométricos : 
 
1 CO + 1/2 O2  1 CO2 
 
20 mol 10 mol 20 mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 
 
20 mol 10 mol 20 mol 
 
1 C2 H4 + 3 O2  2 CO2 + 2 H2O 
 
20 mol 60 mol 40 mol 40 mol 
 
1 C3 H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 
 
10 mol 50 mol 30 mol 40 mol 
Oxigênio Estequiométrico = 10 mol + 10 mol + 60 mol + 50 mol = 130 mol 
Oxigênio do Combustível = 20 mol 
Oxigênio Teórico = 130 - 20 = 110 mol 
Oxigênio Excesso = 0,20 . 110 = 22 mol 
Oxigênio Real = 110 + 22 = 132 mol 
Nitrogênio Real = (79/21) . 132 = 496,57 mol 
11 
 
A) Composição dos Fumos 
 
Gas Carbônico nos fumos = 20 + 40 + 30 = 90 mol 
 
Vapor de Água nos fumos = 20 + 40 + 40 = 100 mol 
 
Oxigênio nos Fumos = Oxigênio Excesso = 22 mol 
 
Nitrogênio nos Fumos = Nitrogênio Real + Nitrogênio Combustível = 10 + 496,57 = 506,57 mol 
 
A) Composição dos Fumos na Base Úmida e Seca 
 
∑ Fumos Base Úmida = 90 mol + 100 mol + 22 mol + 506,57 mol = 718,57 mol 
 
∑ Fumos Base Seca = 90 mol + 22 mol + 506,57 mol = 618,57 mol 
 
 Base Úmida Base Seca 
% CO2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 12,5% 
 
% CO2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 14,5% 
% H2O = 
 
 
 = 
 
 
 = 13,9% 
 
% H2O = =  
% N2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 70,5% 
 
% N2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 81,9% 
% O2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 3,1% 
 
% O2 = 
 
 
 = 
 
 
 = 3,6% 
 
B) Menor temperatura 
pvapor = XÁgua. Patm = 
 
 
 . 760 = 105,6 mmHg 
 
através da tabela de pressão de vapor da água em função da temperatura, temos: 
 
50ºC 92,51 mmHg 
tºC 105,6 mmHg 
55ºC 118,04 mmHg 
 
 
 
 = 
 
 
 ........................ t = 52,6ºC 
 
5) Um combustível gasoso possui a seguinte composição porcentual em volume: 
oxigênio = 5%, nitrogênio = 7%, dióxido de carbono = 8%, monóxido de carbono = 10% e eteno = 70%. 
Considerando-se a combustão completa de 100 mol desse combustível com 20% de ar em excesso, pede-
se em mol: 
a) o oxigênio e o ar teórico b) o oxigênio e o ar em excesso 
c) o oxigênio e o ar real d) o volume de ar real a 13ºC e 809,9 mmHg 
e) a composição dos fumos na base úmida e na base seca. 
Solução: 
Para misturas gasosas: 
 
em 100 mol da mistura tem-se 5 mol de O2 , 7 mol de N2 , 8 mol de CO2, 10 mol de CO e 70 mol de C2H4. 
 
 % Molar = % Volumétrica 
12 
 
Equações de Combustão 
O2 não queima é comburente; N2 não queima nas condições ordinárias de combustão;. CO2 não queima é 
agente extintor, portanto são combustíveis: 
 
1C2H4
 
+ 3O2
 
 2CO2
 
+ 2 H2O 
 
70mol 210 mol 140 mol 140 mol 
 
1CO
 
+ 
 
 O2
 
 1CO2
 
 
10mol 5 mol 10 mol 
 
O2,estequiométrico = 210 mol + 5 mol = 215 mol 
 
O2,teórico = O2,estequiométrico - O2,combustível = 215 – 5 = (a1) 
 
% AR excesso = % O2,excesso = 20% = 
 
 
 = 0,20 
 
O2,excesso = % O2,excesso . O2,teórico = 0,20 . 210 mol = (b1) 
 
 
O2,real = O2,teórico + O2,excesso = 210 mol + 42 mol = (c1) 
 
 
O2 = 21% . AR ............. O2 = 
 
 
 . AR ............... AR = 
21,0
O
,2
 
ARteórico = 
 
 
 =
 
1000 mol
 
(a2)
 
 
ARexcesso = 
 
 
 = 
 
200 mol
 
(b2)
 
 
ARreal = 
 
 
 =
 
1200 mol
 
(c2)
 
Volume de ar real à 13ºC e 809,9 mmHg 
 
Equação de Clapeyron: P . V = n .R .T 
n = 1200 mol P =809,9 mmHg T = 13 + 273 = 286 K 
 
R = 62,3 
 
 
 
 
Substituindo na Equação de Clapeyron, temos: 
 
809,9 mmHg . V = 1200 mol . 62,3 
 
 
 . 286 K .................... 
 
Fumos da combustão 
CO2(fumos) = CO2(combustível) + CO2(combustão) = 8mol + (140 mol + 10 mol) = 158 mol 
H2O(fumos) = H2O(combustível) + H2O(combustão) = zero + 140 mol = 140 mol 
N2(fumos) = N2(combustível) + N2(real) sendo: N2real = 0,79 AR,real = 0,79.1200 mol = 948 mol 
N2(fumos) = 7 mol + 948 = 955 mol 
O2(fumos) = O2,excesso = 42 mol 
 
 210 mol 
 42 mol 
 252 mol 
 V = 26400 L 
13 
 
Sistema de combustão (relação em mol) 
 
 5 mol de O2 
 7 mol de N2 Câmara 
 Combustível 8 mol de CO2 158 mol de CO2 
 10 mol de CO de 140 mol de H2O 
 70 mol de C2H4 955 mol de N2 
 Combustão 42 mol de O2 
 252 mol de O2 
 948 mol de N2 
 
Composição dos Fumos 
 
 
 a) Base Úmida:  = 1295 mol (B.U.) b) Base Seca:  - H2O = 561,43 mol (B.S.) 
 
 
% CO2 = 
 
 
 
 
 
 
 
% CO2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
% N2 =% N2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 % O2 = 
 
 
 
 
 
 
 
% O2 = 
 
 
 
 
 
 
 
 
 % H2O = 
 
 
 
 
 
 10,81% % H2O =  (vazio) 
 
6) Um produto orgânico líquido apresenta a seguinte composição em peso: 
Carbono = 60,0%Hidrogênio = 13,6%Oxigênio = 26,4% 
Esse produto deverá ser utilizado como combustível e admite-se um excesso de ar de 35%. Considerando a 
combustão de 50 Kg/hora desse combustível, determinar: 
a) o volume (em m3/h) de ar real a 27ºC e 1,0 atmosfera. 
b) o volume (em m3/h) de fumos totais desprendidos a 227ºC e 0,90 atm. 
Dados: Massas Molares C = 12 kg/kmol H2 = 2 kg/kmol O2 = 32 kg/kmol 
 
Solução: 
BC = 50,0 Kg/h Carbono Hidrogênio Oxigênio 
% m 60,0% 13,6% 26,4% 
m 30,0 kg/h 6,8kg/h 13,2 kg/h 
M 12 kg/kmol 2 kg/kmol 32 kg/kmol 
n 2,5 kmol/h 3,4kmol/h 0,41kmol/h 
 
1 C + 1 O2  1 CO2 
2,5 kmol/h 2,5 kmol/h 2,5 kmol/h O2,esteq = 2,5 kmol/h + 1,7 kmol/h = 4,2 kmol/h 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O O2,comb = 0,41kmol/h 
3,4 kmol/h 1,7 kmol/h 3,4 kmol/h 
 
fumos 
comburente 
14 
 
O2,teórico = O2,estequiométrico - O2,combustível = 4,2 kmol/h - 0,41 kmol/h = 3,8 kmol/h 
 
% AR excesso = % O2,excesso = 35% = 
 
 
 = 0,35 
 
O2,excesso = % O2,excesso . O2,teórico = 0,35 . 3,8 kmol/h= 1,33 kmol/h 
 
O2,real = O2,teórico + O2,excesso = 3,8 kmol/h + 1,33 kmol/h= 5,13 kmol/h 
 
ARreal = 
0,21
real2,O
 
= 
 
 
 = 24,4 kmol/h
 
 
 
 
 
N2,real = 
 
 
 O2,real = 
 
 
. 5,13 kmol/h= 19,3 kmol/h 
 
Equação de Clapeyron: P . V = n . R . T 
n = 24,4 kmol/h P = 1 atm T = 27 + 273 = 300 K 
 
R = 0,082 
 
 
 
 
Substituindo na Equação de Clapeyron, temos: 
 
 
1atm .V = 24,4 kmol/h. 0,082 
 
 
. 300K . (
 
 
) .(
 
 
) ......... 
 
 
Fumos da combustão 
 
 
CO2(fumos) = CO2(combustível) + CO2(combustão) = zero + 2,5kmol/h = 2,5kmol/h 
 
 
H2O(fumos) = H2O(combustível) + H2O(combustão) = zero + 3,4 kmol/h = 3,4 kmol/h 
 
N2(fumos) = N2(combustível) + N2(real) = zero + 19,3 kmol/h = 19,3 kmol/h 
 
O2(fumos) = O2,excesso = 1,33 kmol/h 
 
 = 2,5 kmol/h + 3,4 kmol/h + 19,3 kmol/h + 1,33 kmol/h = 26,53 kmol/h 
 
Equação de Clapeyron: P.V = n.R.T 
 
n = 26,53 kmol/h P =0,90 atm T = 227 + 273 = 500 K R = 0,082 
 
 
 
Substituindo na Equação de Clapeyron, temos: 
0,90 atm . V = 26, 53 kmol/h . 0,082 
 
 
 . 500K . (
 
 
) . (
 
 
) …. 
 
 
 
V = 600,2 m3/h 
V = 1208,6 m3/h 
15 
 
7) Determine a razão estequiométrica AR/COMBUSTÍVEL para a combustão do gás propano 
(C3H8) 
Resolução : 
 
Base de Cálculo: 1 mol de propano 
 
a) 1 C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 
 1 mol 5 mol 
 
Como: nAR = 
 
 
 nO2, temos: 
 
nAR = 
 
 
 . 5 = 23,8 mol, portanto: 
 
 
 
 
 
Outra solução: 
Sabendo que: 
 
 
 = 
 
 
 então temos: = 3,76 . 
 
A relação significa: no AR para cada 1 mol de O2 temos 3,76 mol de N2 
 
Com esta informação a equação de Combustão será representada por: 
 
a) 1 C3H8 + 5 (1O2 + 3,76 N2)  3 CO2 + 4 H2O + 18,8 N2 
 1 mol nAR 
 
nAR = 5 . (1 mol + 3,76 mol) = 23,8 mol , portanto: 
 
 
 
 
 
 
 
 
REAR/COMBUSTÍVEL = 
 
 
 
REAR/COMBUSTÍVEL = 
 
 
 
16 
 
B – Interpretando a Combustão 
 
Neste tipo de exercício os cálculos são efetuados com dados obtidos após a combustão interpretando o resultado 
da combustão. 
 
1) Um combustível com carbono e hidrogênio é queimado e a análise volumétrica dos fumos da combustão forneceu 
a seguinte composição porcentual na base seca: 
 
Produto CO2 O2 N2 
% em volume 12,0 3,6 84,4 
 
Determine a porcentagem em mol de vapor de água nos fumos. 
 
Resolução: BC = 100 mol de fumos secos recolhidos 
 
nN2,fumos = 84,4 mol ...... nN2,fumos = nN2,real 
 
nO2,real = 21
79
 nN2,real = = 21
79
 . 84,4 = 22,44 mol 
 
Cálculos que ocorreram na combustão: Cálculos antes da combustão: 
 
1 C + 1 O2  1 CO2 1 C + 1 O2  1 CO2 
 
12 mol 12 mol 12 mol 12 mol 12 mol 12 mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 1 H2 + 1/2 O2  1 H2O 
 
2X mol X mol 2X mol 2X mol X mol 2X mol 
 
Oxigênio Estequiométrico = (12 + X) mol 
 
Oxigênio no Combustível = zero 
 
Oxigênio Teórico = (12 + X) - zero = (12 + X) mol 
 
Como formou somente CO2 , o oxigênio nos fumos é o oxigênio em excesso: Oxigênio Excesso = 3,6 mol 
 
Oxigênio Real = Oxigênio Teórico + Oxigênio Excesso 
 
22,44 = (12 + X) + 3,6 ............... X = 6,84 mol 
 
H2O,fumos = 2 . X = 2 . 6,84 = 13,68 mol 
 
%Água nos fumos = 13,68 mol/113,68 mol = 0,1203 ......... 12,03% 
 
17 
 
2) Propano gasoso (C3H8) é queimado e a análise volumétrica dos fumos da combustão forneceu a seguinte 
composição porcentual na base seca: 
 
Produto CO2 CO O2 N2 
% em volume 9,6 2,4 3,6 84,4 
Determine a porcentagem de ar em excesso utilizado neste processo de combustão. 
Resolução: 
% em volume = % em mol 
BC = 100 mol dos fumos 
 
Produto CO2 CO O2 N2 
% em volume 9,6 2,4 3,6 84,4 
n 9,6 mol 2,4 mol 3,6 mol 84,4 mol 
 
Cálculo do propano gasoso (C3H8) 
 
1 C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 
X 9,6 mol X = 3,2 mol 
 
1 C3H8 + 3,5 O2  3 CO + 4 H2O 
Y 2,4 mol Y = 0,80 mol 
 
Para produzir 100 mol de fumos foi queimado: nC3H8 = 3,2 mol + 0,8 mol = 4,0 mol 
 
 
Cálculo do Oxigênio Estequiométrico (O2,esteq) 
 
1 C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 
4,0 mol Z 
 
Cálculo do Oxigênio Teórico (O2,teórico) 
O2,teórico = O2,esteq - O2,combustível = 20,0 mol – zero = 20,0 mol 
Obs: o combustível é constituído apenas de propano, não contem oxigênio 
Cálculo do Oxigênio Real (O2,real) 
O nitrogênio presente na ánalise provem totalmente do AR, portanto a quantidade de oxigênio presente no AR 
utilizado, será: 
nO2,real = 
 
 
 . nN2,real = 
 
 
 . 84,4 mol = 22,4 mol 
Cálculo do Oxigênio Excesso (O2,excesso) 
nO2,excesso = 22,4 – 20,0 = 2,4 mol 
Portanto: %O2,excesso = 
 
 
 = 0,120 = 
 
 
 = 12,0% 
Como a porcentagem de excesso de oxigênio é igual a porcentagem de excesso de ar, temos: 
Resposta: A porcentagem de excesso de ar é 12,0% 
 
Z = 20,0 mol 
18 
 
3) Um combustível com carbono e hidrogênio é queimado e a análise volumétrica dos fumos da combustão forneceu 
a seguinte composição porcentual na base seca: 
 
Produto CO2 CO O2 N2 
% em volume 9,6 2,4 3,6 84,4 
a) Determine a porcentagem em mol de vapor de água nos fumos. 
b) A relação molar entre carbono e hidrogênio no combustível 
 
Resolução: BC = 100 mol de fumos secos recolhidos 
 
nN2,fumos = 84,4 mol ...... nN2,fumos = nN2,real 
 
nO2,real = 21
79
 nN2,real = 21
79
 . 84,4 = 22,4 mol 
 
 Ocorreu na combustão: Antes da combustão: nC = 9,6 + 2,4 = 12 mol 
 
1 C + 1 O2  1 CO2 1 C + 1 O2  1 CO2 
 
9,6 mol 9,6 mol 9,6 mol 12 mol 12 mol 12 mol1 C + ½ O2  1 CO 1 H2 + 1/2 O2  1 H2O 
 
2,4 mol 1,2 mol 2,4 mol 2X mol X mol 2X mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 
 2X mol X mol 2X mol 
 
 
Oxigênio Estequiométrico = (12 + X) mol 
 
Oxigênio no Combustível = zero 
 
Oxigênio Teórico = (12 + X) - zero = (12 + X) mol 
 
Oxigênio Excesso = O2,fumos – O2,sobra da queima incompleta de C = 3,6 – [12 – (9,6 + 1,2)] = 2,4 mol 
 
Oxigênio Real = Oxigênio Teórico + Oxigênio Excesso 
 
22,4 = (12 + X) + 2,4 ............... X = 8,0 mol 
 
a) Porcentagem de Água nos fumos 
% H2O,fumos = 
 
 
 = 
 
 
 = 13,8% 
b) Relação molar entre carbono e hidrogênio 
nC = 12 mol de átomos , nH2 = 2.X = 2.8 = 16 mol de moléculas e nH = 32 mol de átomos 
portanto: 
 
 
 = 
 
 
 = 
 
 
 (propano) 
19 
 
4) Um hidrocarboneto gasoso, puro, alimenta a 20ºC e 1 atm um forno onde é queimado fornecendo fumos 
a 450ºC e 1 atm. A análise dos fumos na base seca forneceu em volume 10,8 % de CO2, 3,8% de O2 e o 
restante de nitrogênio. Calcular: 
a) A relação entre o Carbono e Hidrogênio do Combustível e se possível o nome e fórmula do combustível. 
b) A relação volumétrica (fumos/combustível), nas condições de operação. 
c) A vazão de fumos, em m3/min, sabendo-se que o combustível é alimentado a 210 kg/h. 
Resolução: 
a) Combustível: Hidrocarboneto (CXHY) e Fumos: BC = 100 mol 
Através da BC e da análise dos fumos na base seca temos: 
%VCO2 = 10,8% %VO2 = 3,8% %VN2 = 85,4% 
%nCO2 = 10,8% %nO2 = 3,8% %nN2 = 85,4% 
nCO2 = 10,8 mol nO2 = 3,8 mol nN2 = 85,4 mol 
 
Obs: nos fumos não existe CO, portanto ....... nO2,fumos = nO2,excesso = 3,8 mol 
nN2,fumos = 85,4 mol ................... nN2,fumos = nN2,real ................... nN2,real = 85,4 mol 
 
nO2,real = 21
79
 nN2,real = 21
79
 . 85,4 = 22,7 mol 
 
Cálculos na combustão, que ocorreram: 
1 C + 1 O2  1 CO2 
 
10,8 mol 10,8 mol 10,8 mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 
 
2X mol X mol 2X mol 
 
Oxigênio Estequiométrico = (10,8 + X) mol 
 
Oxigênio no Combustível = zero 
 
Oxigênio Teórico = (10,8 + X) - zero = (10,8 + X) mol 
 
Oxigênio Excesso = 3,8 mol 
 
Oxigênio Real = (10,8 + X) + 3,8 = (14,6 + X) mol = 22,7 mol .................. X = 8,1 mol 
 
1 H2 + ½ O2  1 H2O 
 
16,2 mol 8,1 mol 16,2 mol 
 
* 16,2 mol de moléculas H2 corresponde a 32,4 mol de átomos de H 
foram queimados 10,8 mol de átomos de C e 32,4 mol de átomos de H para obter 100 mol de fumos 
 
Portanto a razão entre átomos de C e H no hidrocarboneto é 
 
 
 = 
 
 
 e a fórmula minima é C1H3 
20 
 
** os hidrocarbonetos gasosos, nas condições ambientes contem no máximo 4 átomos de C por molécula 
Alcanos Gasosos (CnH2n+2) : CH4 ; C2H6 ; C3H8 ; C4H10 
Alcenos Gasosos (CnH2n) : C2H4 ; C3H6 ; C4H8 
Ciclanos Gasosos (CnH2n) : C3H6 ; C4H8 
Alcinos Gasosos (CnH2n-2) : C2H2 ; C3H4 ; C4H6 
Alcadienos Gasosos (CnH2n-2) : C3H4 ; C4H6 ........ etc 
Resposta (a) : De todos os hidrocarbonetos gasosos o único que apresenta a relação 1:3 entre átomos de 
carbono e átomos de hidrogênio é o gás etano C2H6 . 
 
b) relação volumétrica (fumos/combustível), nas condições de operação. 
1 C2H6 + 7/2 O2  2 CO2 + 3 H2O 
 
5,4 mol 18,9 mol 10,8 mol 16,2 mol 
 
fumos = 10,8 mol + 16,2 mol + 3,8 mol + 85,4 mol = 116,2 mol 
 CO2 H2O O2 N2 
P.V = n.R.T ................. V = 
 
 
 = 
 
 
 = 6889,03 L 
 
Combustível = 5,4 mol 
P.V = n.R.T ................. V = 
 
 
 = 
 
 
 = 129,74 L 
 
 
 
 = 
 
 
 = 53,1 
Resposta (b) : a relação entre os volumes de fumos e combustível nas condições de operação é 53,1 . 
 
c) vazão de fumos, em m3/min 
Através da BC, temos: A combustão de 5,4 mol de combustível produziu 116,2 mol de fumos (100 mol de 
fumos na base seca e 16,2 mol de vapor de água). 
 
 
 = 
 
 
 = 21,52 
MC2H6 = 30 g/mol 
ncombustível = 
 
 
 . ( 
 
 
 ) = 7000 mol/h 
nfumos = 21,52 . 7000 = 150629 mol/h 
P.V = n.R.T 
V = 
 
 
 = (
 
 
 L/h). (
 
 
) . ( 
 
 
 ) = 148,8 m3/min 
 
Resposta (c) : A vazão de fumos é 148,8 m3/min 
21 
 
Exercícios com respostas 
 
01 - De acordo com o estado f sico do combust vel, quais as porcentagens “ótimas” de ar em excesso 
preconizadas? 
Resposta: ver pag 5, “Ordem de Grandeza do Excesso de Oxigênio”. 
 
02 - Determinar a relação entre o número de mols de “ar real” e o número de mols de “ar teórico” na 
queima de um combustível líquido que se dá com 37% de oxigênio em excesso. 
Resposta: 1,37 
 
03 - Uma caminhonete movida a Óleo Diesel (C18H38 ; d = 0,84 g/cm
3) utiliza na queima 26% de ar em 
excesso. Admitindo que na combustão do Óleo Diesel todo o Carbono se transformou em CO2 , calcular: 
A) a quantidade de mols de oxigênio subtraído do meio ambiente por litro de Óleo Diesel queimado. 
B) a composição dos Fumos na Base Úmida e Seca. 
 
Respostas: 
 (A) 91 mol/L 
(B) CO2 H2O O2 N2 
BU 10,31% 10,88% 4,09% 74,68% 
BS 11,57%  4,59% 83,81% 
 
 
04 - Uma Mistura Gasosa Combustível (MGC) possui a seguinte composição percentual em volume: 
Monóxido de carbono (CO) = 20%, Hidrogênio (H2) = 20%, Eteno (C2H4) = 20%, oxigênio (O2) = 20%, 
propano (C3H8) = 10 % e nitrogênio (N2) = 10 %. Considerar combustão completa com % Ar Excesso = 
26% e BC = 500 mol da MGC. Calcule; 
a) o volume em m3 de O2 teórico, referido as CNTP. 
b) o volume de vapor d’água nos fumos a 177ºC e 934,5 mm de Hg. 
c) A massa de CO2 formada. 
Respostas: (a) 12,3 m3 (b) 15 m3 (c) 19,8 Kg 
 
05 - Consideramos separadamente a combustão completa de 1 mol de: 
a) álcool etílico (C2H5OH) e b) óleo diesel (admitir C16H32). 
O número de mols de O2 subtraído do meio ambiente na queima do ........................................ é 
............vezes maior que o subtraído na queima do....................................... . 
Respostas: óleo diesel - 8 - álcool etílico 
 
06 - Uma gasolina (admitir: C8H18 e d = 0,728 g/cm
3) é utilizada em automóvel. Qual a massa de água que 
sai pelo cano de escapamento por litro de combustível queimado nos seguintes casos: 
a) Combustão completa com % Ar (Excesso) = 30% b) Combustão incompleta com % Ar (Excesso) = 
5%, sendo que 80% de Carbono transforma-se em CO2 e os outros 20% em CO. 
Respostas: (a) 1034,5 g (b) 1034,5 g 
22 
 
07 - Numa estrada, um carro movido a gasolina (admitir: C8H18 e d = 0,728 g/cm
3), percorre uma média de 
10 Km por litro de combustível. Considerando-se combustão completa com 30% de ar em excesso, pede-
se: 
I) o número de mols de: 
a) oxigênio subtraído do meio ambiente por litro de gasolina queimada 
b) ar necessário à combustão completa por quilometro rodado 
II) o volume de CO2 à 227ºC e 0,82 atm lançado na atmosfera por litro de gasolina consumido. 
III) a composição dos fumos na base úmida e seca 
Respostas: (I a) 79,825 mol/L (I b) 49,415 mol/Km (II) 2554,40 L 
(III) CO2 H2O O2 N2 
BU 9,77% 10,99% 4,58% 74,66% 
BS 10,98%  5,15% 83,88% 
 
08 - Resolvero problema acima admitindo que com os 30% de ar em excesso apenas 90% do carbono se 
transformam em CO2, os restantes 10% de carbono são transformados em CO. 
Respostas: (I a) 77,271 mol/L (I b) 49,415 mol/Km (II) 2298,95 L 
 
(III) CO2 CO H2O O2 N2 
BU 8,75% 0,97% 10,94% 5,04% 74,30% 
BS 9,83% 1,09%  5,66% 83,42% 
 
 
09 - Admitindo-se que o querosene tenha composição média C14H30, e combustão completa com 25% de 
ar em excesso, por litro de querosene queimado, pede-se: 
A) o número de mols de : I) O2 teórico, II) Ar real 
B) a composição dos fumos nas bases úmidas e na base seca 
Dado: dquerosene = 0,792 g/mL 
Respostas: (A I) 86 mol (A II) 511,9 mol 
(III) CO2 H2O O2 N2 
BU 10,33% 11,07% 3,97% 74,63% 
BS 11,62%  4,46% 83,92% 
 
Exercícios de 10 a 15 de Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering - David M. Himmelblau 
10) Combustíveis para veículos a motor que não seja de gasolina estão sendo avaliados porque eles 
geram níveis inferiores de poluentes que a gasolina. Propano liquefeito tem sido sugerido como fonte de 
energia para veículos. Suponha que em um teste, 20 kg de C3H8 é queimado com 400 kg de ar para 
produzir 43,5 kg de CO2 e 10,5 kg de CO. Calcule as porcentagens de excesso de ar e oxigênio nos 
fumos? 
Dados: Massas Molares 
C3H8 AR (médio) CO2 CO 
44,0 g/mol 28,9 g/mol 44,0 g/mol 28,0 g/mol 
 
Resposta: 28% ; 5,82%% na base úmida e 6,68% na base seca. 
23 
 
 
11) A geração de biogás, rico em metano, é uma forma de evitar os elevados custos de eliminação de 
resíduos, e a sua combustão pode atender até 60% dos custos operacionais destas plantas, que obtêm 
energia a partir de resíduos. Na Comunidade Europeia (CE) as plantas de biogás são isentas de impostos 
de carbono e energia que as torna mais atraente. Na Europa já estão operando quatro projetos de 
demonstração à escala industrial. A figura abaixo mostra um processo de combustão considerando 
somente a combustão completa do metano. 
 
Dados: Massas Molares 
CH4 AR (médio) O2 CO2 N2 H2O 
16,0 g/mol 28,9 g/mol 32,0 g/mol 44,0 g/mol 28,0 g/mol 18,0 g/mol 
 
Calcular: 
a) A composição molar dos fumos. b) A massa dos fumos. 
Respostas: a) XCO2 = 0,09 ; XH2O = 0,18 ; XO2 = 0,01 ; XN2 = 0,72 e b) 316 Kg 
 
12) A principal vantagem da incineração catalítica dos gases odoríferos e outras substâncias 
problemáticas é o seu custo mais baixo. Incineradores catalíticos operam a temperaturas inferiores (500°C 
para 9OO°C em comparação com 1100°C a 1500°C, para instalações de incinerações térmicas) e gastam 
muito menos combustível. Como as temperaturas operacionais são mais baixos, materiais de construção 
não precisa ser tão resistente ao calor, o que reduz os custos de instalação e construção. 
Em um teste, um líquido é utilizado como um combustível (composição em massa: 88,2% de carbono (C) 
e 11,8% de hidrogênio (H)). O líquido é vaporizado e queimado com ar seco para produzir fumos com a 
seguinte composição na base seca : CO2 = 7,08% ; 02 = 3,86% ; N2 = 89,06% 
Como parte do projeto para o dispositivo de combustão contínua, determine quantos Kmol de gelo seco 
são produzidos por cada 100 kg do líquido de alimentação e qual foi a porcentagem de ar em excesso 
usada? 
 
Respostas: 7,35 Kmol e 19,5% 
 
13) Na combustão de heptano com oxigênio, é produzido CO2. 
Suponha que você deseja produzir 500 kg de gelo seco por 
hora, e que 50% do CO2 pode ser convertida em gelo seco, 
como mostrado na figura. Quantos quilogramas de heptano 
devem ser queimadas por hora? 
 
 
 
Resposta: 325 Kg 
 
 
 
 
24 
 
 
14) “A Fuel Cell in Every Car”é o título de um artigo na 
Chemical and Engineering News (March 5, 2001, p. 19). 
Em essência, uma célula de combustível é um sistema 
aberto, alimentado com combustível e ar e os produtos 
são eletricidade e resíduos. Figura abaixo é um desenho 
de uma célula de combustível, no qual um fluxo contínuo 
de ar (O2 e N2) e metano (CH4) produz eletricidade além 
de CO2 e H2O. Catalisadores e membranas especiais são 
necessárias para promover a oxidação do CH4. 
 
 
Baseado nos dados apresentados na figura acima, calcular a composição molar e a quantidade em Kmol 
dos produtos (P). 
Resposta: O2 = 1,5% (0,17Kmol) ; N2 = 72,1% (8,18Kmol) ; CO2 = 8,8% (1,0Kmol) ; H2O = 17,6% (2,0Kmol) 
e P = 11,35 Kmol 
15) Carbono puro é queimado em oxigênio puro. 
A análise molar dos gases de combustão revelou: CO2 = 75% ; CO =14 % ; O2 = 11% . 
Calcule a porcentagem molar do excesso de oxigênio usado? 
Resposta: 4,5% 
 
16) Um carvão possui a seguinte composição em massa: 
Componente Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Umidade Cinzas 
% massa 84,2 3,2 6,2 3,1 2,1 1,2 
 
Considerando-se que: são empregados 60% de ar em excesso, todo carbono se transformou em CO2 e o 
consumo de 1 kg de carvão, pede-se o número de mols de: 
a) oxigênio real. 
b) Número de mol de oxigênio nos fumos. 
c) Número de mol de oxigênio subtraído do meio. 
d) A porcentagem de água nos fumos. 
e) A menor temperatura para que o vapor d'água presente nos fumos não se condense na tubulação 
(considerar a pressão ambiente igual a 760 mm Hg). 
f) A massa de CO2 nos fumos. 
g) A massa de água nos fumos. 
 
Respostas: a) 121,97 mol b) 45,74 mol c) 76,23 mol d) 2,90 % e) 22,9oC f) 3087,5 g g) 309,6 g 
 
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17) Uma mistura gasosa possui a seguinte composição em volume: 
Componente Propano (C3H8) Etano (C2H6) Butano (C4H10) 
% v 60,0 10,0 30,0 
Considerando-se que: são empregados 15% de ar em excesso, todo carbono se transformou em CO2 e o 
consumo de 100 mol de mistura, pede-se: 
a) Número de mol de oxigênio real. 
b) Número de mol de oxigênio nos fumos. 
c) Número de mol de oxigênio subtraído do meio. 
d) A porcentagem de água nos fumos. 
e) A menor temperatura para que o vapor d'água presente nos fumos não se condense na tubulação 
(considerar a pressão ambiente igual a 700 mm Hg). 
f) A massa de CO2 nos fumos. 
g) A massa de água nos fumos. 
Respostas: a) 609,5 mol b) 79,5 mol c) 530 mol d) 13,5 % e) 50,4 oC f) 14,080 kg g)7,56 kg 
 
18) Uma mistura gasosa possui a seguinte composição em volume: 
Componente Propano (C3H8) Etano (C2H6) Metano (CH4) 
% v 10,0 70,0 20,0 
Calcular a quantidade de ar (em mol) para se obter uma combustão praticamente completa, utilizando-se 100 
mol de mistura gasosa. 
Resposta: qualquer valor acima de 1595,24 mol de ar. 
 
 
Exercícios Propostos 
 
1) Um carvão possui a seguinte composição em massa; C = 79,2%, H = 4,0%, O = 6,4%, N = 5,6% e 
cinzas não voláteis = 4,8%. São empregados 68% de ar em excesso. Dados: 
I) BC = 1 Kg do carvão de alimentação II) Todo carbono queimado é transformado em CO2. 
Pede-se: 
A) O número de mols de: a) O2 teórico, b) O2 real, c) O2,subtraído, d) O2 nos fumos, e) N2 nos fumos 
B) A massa em gramas de água nos produtos de combustão 
 
2) Um carvão possui a seguinte composição em massa; C = 79,2%, H = 4,0%, O = 6,4%, N = 5,6% e 
cinzas não voláteis = 4,8%. São empregados 68% de ar em excesso. Após a combustão observa-se, sem 
queimar, uma perda de 20% do carvão de alimentação que passa pelas aberturas da grelha. Dados: 
I) BC = 1 Kg do carvão alimentado II) Todo carbono queimado é transformado em CO2 
Pede-se: 
A) O número de mols de: a) O2 teórico, b) O2 real, c)O2,subtraído, d) O2 nos fumos, e) N2 nos fumos 
B) A massa em gramas de água nos produtos de combustão 
 
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3) Numa estrada, um carro movido a álcool etílico (C2H5OH), dálcool = 0,782 g/cm
3, percorre em média 8 Km 
por litro de combustível. Considerando-secombustão completa com 30% de ar em excesso, pede-se: 
A) O volume a 756,5 mmHg e 27ºC de: 
Aa) oxigênio subtraído do meio ambiente por litro de álcool consumido 
Ab) ar necessário à combustão completa por quilometro rodado 
B) a massa de CO2 lançada no ambiente por litro de álcool queimado 
Dados: 
I) Massas Molares: H = 1,0 g/mol , C = 12,0 g/mol , N = 14,0 g/mol e O = 16,0 g/mol 
II) composição volumétrica do ar: 21% O2 e 79% N2. 
 
4) Um carvão com 80% de carbono, 6% de umidade, em massa, e teores desprezíveis de oxigênio, enxofre 
e nitrogênio é queimado com ar seco, sem perdas,fornecendo fumos cuja análise de Orsat revela em mol 
12% de CO2, 2% de CO e 6% de O2 a pressão de 700 mmHg. Calcular a pressão parcial do vapor de água 
nos fumos. 
 
5) Uma caldeira queima óleo combustível seco. A composição dos fumos, em mol, que saem da chaminé é 11,2% de 
CO2, 0,4% de CO e 6,2% de O2. Admitindo que o óleo combustível seja constituído inteiramente de 
hidrocarbonetos e desprezando a formação de fuligem, calcular : 
a) Porcentagem molar de Ar em excesso b) Composição molar do Óleo Queimado 
 
6) Um turbojato opera a uma altitude onde a pressão barométrica é de 500 mmHg, utilizando um 
combustível líquido com carbono e hidrogênio. O ar é alimentado seco a -10ºC. A análise dos gases de 
combustão foi realizada a 20ºC e 750 mm Hg, dando o seguinte resultado em mol: 14,9% de CO2, 0,9% de 
O2 e 84,2% de N2. Nas condições de operação, avalie se foi adequado a quantidade de ar utilizada e 
calcule a relação (m3 de ar / kg de combustível). 
Exercícios de 7 a 10 de Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering - David M. Himmelblau 
7) A análise volumétrica de um gás de síntese revelou 6,4% CO2, 0,2% O2, 40,0% CO e 50,8% H2 (o 
restante é N2). O gás de síntese é queimado com 40% de excesso de ar seco. Qual é a composição 
volumétrica dos fumos (BU)? 
8) Um hidrocarboneto é queimado com excesso de ar. A análise de Orsat dos fumos na base seca, em 
mol, mostra 10,2% de CO2 , 1,0% de CO , 8,4% de O2 e 80,4% de N2. Qual é a composição molar do 
hidrocarboneto? 
9) Um gás natural que consiste inteiramente de metano (CH4) é queimado com ar enriquecido de oxigênio 
de composição volumétrica 40% de O2 e 60% de N2. A análise de Orsat dos fumos conforme relatado pelo 
laboratório é em mol CO2 = 20,2%, O2 = 4,1% e N2 = 75,7%. A análise relatada pode ser correta? Mostre 
todos os cálculos. 
10) Uma mistura gasosa que contém apenas o CH4 e N2 é queimado com ar seco, produzindo fumos cuja 
análise de Orsat apresentou em mol: CO2 = 8,7%, CO = 1,0%, O2 = 3,8% e N2 = 86,5%. Calcule a 
porcentagem molar de excesso de ar usado na combustão e a composição molar da mistura gasosa.