MEC417_AULA03_4_exerc_1

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1) Considere a combustão completa do metano (CH4) com ar (79%v N2 e 21%v O2). 
Se a razão ar-combustível em massa é igual a 15 kgar/kgcomb, responda: a 
combustão é rica ou pobre? 
2) Considere a combustão completa do etileno (C2H4) com ar (79%v N2 e 21%v O2). 
Se a razão ar-combustível em massa é igual a 10 kgar/kgcomb, responda: a 
combustão é rica ou pobre? 
3) Etanol (C2H5OH) é queimado em um motor usando razão de equivalência () 
igual a 0,8. Calcule a razão real ar-combustível em massa e molar e o excesso ou 
falta de oxidante. 
4) Gasolina (C8H18) é queimada em um motor usando razão de equivalência () 
igual a 0,7. A máquina está trabalhando sob condições rica ou pobre? Calcule a 
razão real ar-combustível em massa e molar e o excesso de oxidante. 
5) Etanol (C2H5OH) é queimado com 30% de excesso de ar. Calcule a razão ar-
combustível em massa e molar e a razão de equivalência nesta combustão. 
6) Uma mistura de 75% de gasolina (C8H18) e 25% de etanol (C2H5OH) é queimada 
em uma máquina usando razão de equivalência de 0,75. Calcule a razão ar-
combustível molar e mássica e a porcentagem de excesso de ar usado. Calcule a 
taxa de emissão de CO2 em ton de CO2 por m
3 de combustível (admita a massa 
específica do etanol de 0,79 ton/m3 e a massa específica da gasolina de 0,75 
ton/m3). 
7) Um composto possui a seguinte composição em massa feita pela análise 
imediata de C: 87,2% e H: 12,8%. Esse composto é queimado em um motor 
usando razão de equivalência de 0,9. Calcule a razão ar-combustível mássica e a 
porcentagem de excesso de ar. 
8) A combustão de óleo diesel ocorre na presença de 25% de ar em excesso. A 
análise imediata do combustível é C: 86,4%p, H: 12,6%p e S:1%p. Calcule a razão 
ar-combustível em massa e a razão de equivalência (). Considerando a massa 
específica do óleo diesel como 0,835 ton/m3, calcule a quantidade de CO2 
produzida nesta reação por m3 de combustível queimado. 
9) Você é o Engenheiro Mecânico de uma indústria de açúcar e álcool. A caldeira da 
empresa trabalha atualmente com gás natural, porém a empresa está pensando em 
cortar gastos. Uma das soluções dadas pelo seu chefe foi de trocar o gás natural por 
bagaço de cana que está estocado no pátio e te pede para fazer a memória de 
cálculo da substituição. Considere que a composição volumétrica do ar é de 79% de 
N2 e 21% de O2; a fração molar média do bagaço de cana, sem cinzas e incluindo 
umidade, é 0,268 C, 0,239 H, 0,099 O e 0,394 H2O; com o bagaço de cana a caldeira 
precisará trabalhar com excesso de ar de 30%. Através da análise energética, você 
descobre que para cada quilograma de gás natural usado na caldeira, há a 
necessidade de usar 3,5 kg de bagaço de cana. Faça o procedimento para o balanço 
de átomos, a razão ar/combustível molar e a razão ar/combustível mássica. Qual a 
diferença entre a quantidade de ar usada na queima com gás natural e com o 
bagaço na situação real? Considere a composição do gás natural como sendo 
88,56%v de CH4; 9,17%v de C2H6; 0,42%v de C3H8; 1,2%v de N2 e 0,65%v de CO2. 
Considere a reação de combustão do gás natural com 5% de excesso de ar. 
Exercício 1) Considere uma mistura metano-ar definida como 1 CH4 + x(1 O2 + 3,76 N2). 
Para esta mistura, os limites inferior e superior de flamabilidade são: 
 
 
Determine: (a) o valor de x no LIF e no LSF; (b) a razão ar-combustível em massa. 
Exercício 2) Considere uma mistura etano-ar definida como 1 C2H6 + x(1 O2 + 3,76 N2). 
Para esta mistura, os limites inferior e superior de flamabilidade são: 
 
 
Determine: (a) o valor de x no LIF e no LSF; (b) a razão ar-combustível em massa. 
Exercício 3) Considere uma mistura monóxido de carbono e ar definida como 1 CO + x(1 
O2 + 3,76 N2). Para esta mistura, os limites inferior e superior de flamabilidade são: 
 
 
Determine: (a) o valor de x no LIF e no LSF; (b) a razão ar-combustível em massa. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Exercício 4) Considere um cilindro com volume de 10 m3, que contém uma mistura de 
metano (CH4) com ar no limite inferior de flamabilidade, a 15 bar. Considere outro cilindro 
de 10 m3 contém uma mistura de propano (C3H8) e ar, também no limite inferior de 
flamabilidade e a 15 bar. Se misturarmos o conteúdo dos dois cilindros em um recipiente 
de 20 m3, calcule o limite inferior de flamabilidade dessa nova mistura, a 25ºC. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Exercício 5) Considere um cilindro com volume de 7 m3, que contém uma mistura de 
etileno (C2H4) com ar no limite inferior de flamabilidade, a 7 bar. Considere outro cilindro 
de 5 m3 contém uma mistura de acetileno (C2H2) e ar, também no limite inferior de 
flamabilidade e a 15 bar. Se misturarmos o conteúdo dos dois cilindros em um recipiente, 
calcule o limite inferior de flamabilidade dessa nova mistura, a 25ºC. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 475 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Considere gás liquefeito de petróleo (50%v propano e 50%v butano) como combustível e o ar 
(79%v N2 e 21%v O2) como oxidante. As massas mínima e máxima de GLP que formam uma 
mistura inflamável homogênea em 1 metro cúbico de ar, a 1 atm e 25ºC, pode ser calculada a 
partir do conhecimento dos limites de flamabilidade inferior e superior dos dois gases. Da tabela 
temos: 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2. 
Considere gás de síntese (60%v monóxido de carbono e 40%v hidrogênio) como combustível e o 
ar (79%v N2 e 21%v O2) como oxidante. Quais serão as massas mínima e máxima de gás de 
síntese que formam uma mistura inflamável homogênea em 1 metro cúbico de ar, a 1 atm e 25ºC. 
Os limites de flamabilidade dos dois gases são: 
Tabela 2.1: Limites de flamabilidade de alguns combustíveis em ar (GasNet, 2014). 
Composto Fórmula LIF [%] * LSF [%] ** PE *** 
Monóxido de Carbono CO 12,5 74,2 29,58% 
Hidrogênio H2 4 75 29,58% 
Metano CH4 5 15 9,50% 
Etano C2H6 3 12,4 5,66% 
Etileno C2H4 3,1 32 6,54% 
Acetileno C2H2 2,5 80 7,75% 
Propano C3H8 2,1 9,5 4,03% 
Propileno C3H6 2,4 11 4,46% 
n-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
iso-Butano C4H10 1,6 8,4 3,13% 
n-Pentano C5H12 1,4 7,8 2,56% 
iso-Pentano C5H12 1,4 8,3 2,56% 
n-Hexano C6H14 1,25 6,9 2,16% 
n-Heptano C7H16 1 6 1,87% 
n-Octano C8H18 0,95 3,2 1,65% 
* LIF: Limite Inferior de Flamabilidade; ** LSF: Limite Superior de Flamabilidade. *** PE: Percentual estequiométrico considerando o ar 
como 21%v de O2 e 79%v de N2.