Lista de exercícios - Combustão

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Centro Tecnológico - CTC 
Departamento de Engenharia Química e de Engenharia de Alimentos - 
EQA 
Disciplina: EQA 5118 – Química Tecnológica B 
Profa. Dra. Elisângela Schneider 
 
Lista de Exercícios: 
I) Cálculos Estequiométricos da Combustão 
 
Exercício 1) Um combustível sólido apresenta a seguinte composição em porcentagem mássica: 
Carbono 72,0% 
Hidrogênio 4,8% 
Oxigênio 9,6% 
Nitrogênio 2,8% 
Enxofre 3,2% 
Umidade 5,4% 
Cinza 2,2% 
 
Tomando-se como base de cálculo 1 kg do combustível, e considerando-se a combustão com 
50% de ar em excesso, determine: 
a) O número de mols de oxigênio teórico. Resposta: 70 mols 
b) O número de mols de ar real. Resposta: 500 mols 
c) A massa de oxigênio nos gases residuais. Resposta: 1120 g 
d) A massa de nitrogênio nos fumos. Resposta: 11.088 g 
e) O volume de fumos liberados a 227oC e 1,0 atm. Resposta: 21.279 L 
 
 
 
 
 
Exercício 2) Um combustível líquido apresenta a seguinte composição (% em massa): 
Carbono Hidrogênio Oxigênio 
64,8% 13,6% 21,6% 
 
Deve-se efetuar a combustão completa de 1 kg desse combustível, utilizando-se oxigênio puro 
com 30% de excesso. Pede-se: 
a) A massa de oxigênio puro necessária. Resposta: 3.380 g 
 
Exercício 3) Considere a queima completa de 1 kg de álcool etílico (C2H5OH) com 20% de ar em 
excesso. Calcule: 
a) O volume de ar teórico a 27oC e 1,64 atm. Resposta: 4.658 L 
b) O número de mols de ar real. Resposta: 372,67 mols 
 
Exercício 4) Um gás apresenta a seguinte composição volumétrica H2 = 50%, CH4 = 30%, CO = 
9%, C2H2 = 4%, N2 = 5%, CO2 = 2%. Deve ser queimado com 16% de ar em excesso. Considerando 
a queima de 1 m3 desse gás medidos na CNTP, calcular: 
a) O volume de ar teoricamente necessário na CNTP. Resposta: 4,74 m3 
b) O volume de ar real captado a 27oC e 710 mm Hg. Resposta: 6,47 m3 
c) Volume de fumos liberados na CNTP. Resposta: 6,18 m3 
d) Volume de fumos liberados a 127oC e 720 mm Hg. Resposta: 9,56 m3 
 
Exercício 5) Os gases residuais da combustão de um combustível contendo apenas hidrogênio e 
carbono foram analisados no aparelho de Orsat e revelaram a seguinte composição: 15% CO2, 
5% de O2 e 80% de N2. Determinar: 
a) A porcentagem de ar em excesso utilizada. Resposta: 30,7% 
b) A composição em massa do combustível. Resposta: C = 97,2%, H2 = 2,8% 
 
Exercício 6) A análise dos fumos da combustão de um combustível gasoso, que não contém 
nitrogênio, é 4,6% de CO2, 3,08% de CO, 8,91% de O2 e 83,39% de N2. Calcular: 
a) A porcentagem de ar em excesso considerando combustão completa do combustível. 
Resposta: 49,8% 
b) A massa de hidrogênio queimada por mol de fumos secos. Resposta: 0,285 g 
c) A massa de combustível queimada por mol de fumos secos. Resposta: 1,207 g 
 
II) Estudo Térmico da Combustão 
 
Exercício 7) Considere um carvão com a seguinte composição em percentual mássico: 
Carbono 69,0% 
Hidrogênio 8,0% 
Oxigênio 7,2% 
Enxofre 4,8% 
Nitrogênio 1,4% 
Umidade 3,6% 
Cinza 6,0% 
 
Calcular: 
a) O PCS e o PCI pelos calores de combustão. Resposta: 8.093 kcal/kg – 7.652 kcal/kg 
b) O PCS pela relação entre PCS e PCI. Para tanto, utilize o PCI determinado no item a. Resposta: 
8.095 kcal/kg 
 
Exercício 8) Uma massa de 1 kg de carvão mineral apresentou a seguinte composição mássica: 
Carbono 600 g 
Hidrogênio 80 g 
Oxigênio 80 g 
Enxofre 10 g 
Nitrogênio 80 g 
Umidade 60 g 
Cinza 90 g 
 
Determinar: 
a) O valor estimado do poder calorífico superior, utilizando os calores de combustão das frações 
combustíveis do carvão. Resposta: 7.248 kcal/kg 
b) O valor do poder calorífico inferior utilizando a fórmula de Dulong: 
𝑃𝐶𝐼 = 81,4 (𝐶) + 290 𝐻 − 
𝑂
8
+ 25 (𝑆) − 6 (𝐻 𝑂) 
Resposta: 6.849 kcal/kg 
c) O poder calorífico superior, pela relação existente entre PCS e PCI, utilizando o PCI 
encontrado no item b. Resposta: 7.306 kcal/kg 
d) O poder calorífico inferior, pela fórmula de Dulong com coeficientes desenvolvidos: 
𝑃𝐶𝐼 = 8070 (𝐶) + 29000 𝐻 − 
𝑂
8
+ 2248 (𝑆) − 600 (𝐻 𝑂) 
Resposta: 6.804 kcal/kg 
 
Exercício 9) A composição percentual em massa de um combustível sólido é: 
Carbono 79,2% 
Hidrogênio 8,0% 
Oxigênio 3,2% 
Enxofre 3,2% 
Nitrogênio 2,0% 
Cinza 4,4% 
 
a) Determinar pelos calores de combustão o PCS e o PCI. Resposta: 9.049 kcal/kg, 8.630 kcal/kg 
b) Determinar pelas fórmulas de Dulong o PCS e o PCI: 
𝑃𝐶𝑆 = 81,4 (𝐶) + 345 𝐻 − 
𝑂
8
+ 25 (𝑆) 
𝑃𝐶𝐼 = 8070 (𝐶) + 29000 𝐻 − 
𝑂
8
+ 2248 (𝑆) − 600 (𝐻 𝑂) 
Resposta: 9.149 kcal/kg, 8.646 kcal/kg 
c) Determinar o valor do poder calorífico inferior desse combustível, pela relação existente 
entre PCS e PCI, utilizando o valor encontrado no item a para PCS. Resposta: 8.627 kcal/kg 
 
 
 
 
Exercício 10) Utilizando a fórmula de Gouthal, determinar o “poder calorífico superior” dos 
quatro carvões minerais cujas, “análises imediatas” são dadas a seguir: 
 
 Carvão A Carvão B Carvão C Carvão D 
Umidade (%) 12,0 2,0 10,0 2,0 
Matéria volátil (%) 25,0 25,0 18,0 23,0 
Carbono fixo (%) 47,0 66,0 57,0 70,0 
Cinza (%) 16,0 7,0 15,0 5,0 
Resposta (kcal/kg) 6.211,5 7.924,5 6.546 8.116 
 
 
Exercício 11) Utilizando a fórmula de Dulong, determinar o poder calorífico superior e o poder 
calorífico inferior do carvão mineral cuja análise elementar em massa é a seguinte: 
Carbono 74,0% 
Hidrogênio 5,0% 
Oxigênio 5,0% 
Enxofre 1,0% 
Nitrogênio 1,0% 
Umidade 9,0% 
Cinza 5,0% 
 
Resposta: 7.558 kcal/kg, 7.230 kcal/kg