Analise de Orsat

7/23/2019 Analise de Orsat

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Anlise dos Fumos de uma Combusto(aparelho de Orsat)

objetivo

Destina-se a anlise quantitativa de misturas gasosas, proveniente da

absoro seletiva dos gases componentes dos fumos de uma combustopor solues absorvedoras adequadas.

princpio

Deve ser conhecida previamente a composio do combustvel, parapoder prever quais componentes gasosos que se formam pela oxidaodeste, e assim selecionar solues que absorvam, cada uma, umdeterminado componente gasoso.

A mistura de gases da amostra posta sucessivamente em contato comsolues absorventes adequadas. A diferena de volume aps cadaabsoro, sob presso constante, fornece o volume do componenteabsorvido.

Sendo a amostra de 100 mL de fumos aos volumes absorvidos j indicama porcentagem volumtrica (ou molar) dos componentes.

solues absorventes gs absorvido

1) hidrxido de potssio ( a 30%) CO2, SO

2

2) H2SO4fumegante ou gua de bromo CnHm (hidrocarbonetos insaturados)

3) pirogalato de potssio O2

4) cloreto cuproso amoniacal CO


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descrio do aparelho

1 Uma bureta eudiomtrica, onde so lidos os volumes gasosos. Estacomunica-se por meio de um tubo de borracha com um frasco nivelador, no qualcoloca-se soluo saturada de cloreto de sdio ( que impede a solubilizao dosgases na gua), gotas de cido sulfrico ( que absorve o gs amnia desprendido

da soluo de cloreto cuproso amoniacal), e um indicador, como o metil-orange,cuja colorao torna mais ntida a separao lquido-gs, e que indica oesgotamento de cido sulfrico no frasco ( pela reao com amnia).

A bureta eudiomtrica graduada em dcimos de mL, de zero a 100 mL. resfriada por meio de camisa de gua.

2 Pipetas ou frascos de Orsat, geralmente cheias de tubos de vidro queapresentam uma grande superfcie para passagem da amostra de gases.

Cada pipeta unida por um tubo em U a outra pipeta na qual impelida a

soluo absorvente quando a amostra de gases empurrada na pipeta com tubosde vidro pela soluo contida no frasco nivelador e na bureta.

As pipetas de recebimento da soluo absorventes so vedadas por meio debales de borracha, a fim de manter a presso interna constante dentro doaparelho.

3 Tubulaes de vidro e torneiras convenientemente dispostas que comunicamo eudimetro com os frascos de absoro e com o exterior. A torneira para oexterior apresenta duas posies de abertura, possibilitando comunicar oaparelho com o tubo de borracha para a tomada de amostra ou com a atmosfera

depois de fechar a entrada da amostra.

Apresenta ainda uma posio de fechamento completo do aparelho.


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funcionamento

a preparo das pipetas de absoro

Deve-se elevar as solues absorventes at uma marca de referncia nocapilar.

Para isso opera-se do seguinte modo:

eleva-se o frasco nivelador at que a soluo saturada do cloreto de sdioatinja a marca de 100 mL da bureta eudiomtrica, deixando-se aberta atorneira que a comunica com o exterior.

A seguir fecha-se essa torneira e abre-se a que a pe em contato com umadas pipetas de absoro.

Abaixando-se cuidadosamente o frasco nivelador e controlando omovimento dos nveis lquidos por presso com os dedos sobre o tubo de

borracha que liga o frasco nivelador com a bureta eudiomtrica, faz-secom que a soluo se eleve at o trao de referncia. Fecha-se em seguidaa torneira.

Faz-se o mesmo com as demais pipetas.

b tomada de amostra de fumos:

Eleva-se o frasco nivelador at a soluo de cloreto de sdio atingir aparte superior do eudimetro, colocando a torneira de trs posies naposio de comunicao com o exterior. Fecha-se ento esta torneira.

A seguir liga-se a canalizao ou o recipiente que contm o gs a serexaminado com a torneira de trs posies e colocando esta na posio deabertura para tomada de amostra e fechamento para o exterior, abaixa-se ofrasco nivelador at que a soluo de cloreto de sdio atinja a marcaozero do eudimetro.

Repete-se 3 a 4 vezes essa operao, afim de eliminar todo o ar doaparelho, deixando-o cheio apenas com os fumos a analisar. Na ltimatomada deve-se nivelar o frasco nivelador com o nvel da soluo dentro

do eudimetro no ponto zero do eudimetro, a fim de se ter a pressoatmosfrica tambm internamente no aparelho.

Aps o nivelamento na marca zero do eudiometro, fecha-se a torneira detrs posies, mantendo a amostra de fumos dentro do aparelho.


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c absoro de gases

Abre-se a torneira que comunica o eudiometro com a pipeta de absoro.A ordem de passagem da amostra de fumos deve ser: 1 na soluo dehidrxido de potssio (KOH), 2 na soluo de pirogalato de potssio e 3na soluo de cloreto cuproso amoniacal.

As solues devem ser usadas nessa ordem rigorosa, pois, o pirogalato depotssio sendo fortemente alcalino pode absorver tambm o CO2assimcomo o O2, e o cloreto cuproso amoniacal, pode absorver o O2assimcomo o CO.

Elevando-se o frasco nivelador faz-se com que a mistura entre em contatocom a soluo absorvente. Abaixa-se o frasco nivelador e a misturagasosa retorna ao eudimetro.

Repete-se a operao at obter leitura de volume constante.

Em geral a passagem na soluo de KOH deve se repetir por 3 a 4 vezes,a passagem no pirogalato de potssio de 10 a 12 vezes.

A leitura do volume absorvido do componente da mistura (CO2, O2ouCO) efetuada igualando os nveis de soluo no frasco nivelador e na

bureta eudiomtrica ( a fim de igualar as presses interna e externa aoaparelho) e lendo diretamente na escala do eudimetro o volumeabsorvido em mL ( que corresponde % volumtrica).

Deve-se notar que o volume lido aps passagem pela soluo de KOH

volume de CO2, o volume lido aps passagem pelo pirogalato de potssio o ( volume de CO2+ volume de O2) e o volume lido aps passagem pelocloreto cuproso amoniacal o ( volume de CO2+ volume de O2+ volumede CO).

Por diferenas sucessivas obtm-se os volumes de CO2, de O2e de CO. Ovolume de N2 considerado como sendo:

VN2= 100 ( Vco2+ Vo2+ Vco)


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observaes

1 as solues absorventes nunca devero ultrapassar o trao de referncia daspipetas, o que implicaria em desmontagem do aparelho para limpeza. Da, anecessidade de cuidadoso manejo do frasco nivelador.

2 a anlise de Orsat, d resultados em base seca, isto , fumos isentos devapor de gua.

A explicao desse fato a seguinte: uma vez que a anlise realizada emtemperatura constante, a presso de vapor dgua tem um valor fixo durante todaa anlise, e consequentemente a frao molar do vapor de gua na mistura

permanecer constante durante o ensaio.

Se, pela absoro de um ou mais constituintes, o volume da mistura for reduzidade um certo valor, o vapor de gua presente ser condensado at que, na misturaresultante, sua presso parcial seja igual a presso de vapor a temperatura

considerada.

A quantidade que se condensa exatamente igual a presso de vapor atemperatura considerada. A quantidade que se condensa exatamente igual aque estava associada com o constituinte absorvido.

Em outras palavras, a presso total da mistura seca permanece constante durantetoda a anlise, e igual a presso atmosfrica menos a presso de vapor de gua atemperatura considerada.

Em conseqncia tudo se passa como se em anlise, houvesse uma mistura

gasosa seca, a uma presso menor do que a presso atmosfrica.

3 no caso de necessitar conhecer o contedo de umidade nos fumos, intercala-se na entrada um tubo em U contendo slica-gel ou cloreto de clcio, paraabsorver a umidade. No caso de fumos tirados diretamente de chamin, coloca-se um tubo em U com l de vidro para reter poeiras.


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clculo da porcentagem de ar em excesso

1 Considerando o volume de 100 mL de fumos analisados, obtm-se a anlisede Orsat, ou seja, %CO2, %O2, %CO e %N2. Considerando ser mistura gasosa a% pode ser tomada como % molar.

Portanto, tomando como base de clculo 100 moles de fumos, tem-se asquantidades molares dos componentes iguais aos valores numricos dasporcentagens.

Tem-se, portanto, os nmeros de moles de CO2, de O2, de CO e de N2, ou seja,n CO2, n O2, n CO e n N2.

A quantidade de nitrognio dos fumos permite calcular a quantidade de oxignioque foi alimentada na combusto, utilizando a relao de 21 moles de O2para 79moles de N2, existente no ar. Portanto:

nO2 real (alimentado) = n N2 7921

2 A quantidade de oxignio que pode ser determinada constitui a quantidadeque formou o CO2, a quantidade que formou o CO e a quantidade que saiu nosfumos (determinada pela absoro com pirogalato de potssio). Considerando asreaes de combusto:

C + O2 CO2: 1 mol de CO2provm de 1 mol de O2

C + O2 CO: 1 mol de CO provm de mol de O2

Portanto:

nO2 encontrado = n O2 CO2+ n O2CO + nO2 fumos

3 A quantidade de O2que reage com o H2para formar H2O (vapor) a qual no determinada pelo aparelho de Orsat pode ser obtida pela diferena:

n O2 H2O = n O2 real nO2 encontrado

4 Se for necessrio determinar a quantidade de gua formada, basta usar a

estequiometria da reao:H2+ O2H2O.

n H20 = 2 x n O2 H2O


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5 A quantidade de O2 teoricamente necessrio calculada considerando acombusto completa de todo o carbono e de todo hidrognio.A estequiometria das reaes de combusto:

H2 + O2 H2O

C + O2 CO

C + O2 CO2

Permite estabelecer a relao: nC total= n CO+ n CO2Portanto:

n O2 terico = n O2 H2 + n O2 C

6 A quantidade de O2em excesso ser a diferena entre o O2real (alimentado)e o O2terico:

nO2 excesso = n O2 real n O2 terico

Deve-se notar que o O2 em excesso no coincide com o O2 nos fumos(determinado pelo aparelho de Orsat), pois o O2em excesso considerado comoum excesso em relao ao oxignio terico. A diferena entre o O2nos fumose o O2 terico exatamente igual a quantidade de O2 para queimar o COexistente nos fumos. Assim:

n O2 fumos n O2 excesso = n O2 CO nos fumos

O oxignio nos fumos ser igual ao oxignio em excesso quando no houver oCO nos fumos.

7 A porcentagem em excesso de oxignio ser determinada em relao aquantidade terica de oxignio (necessria para combusto completa). Assim:

- se para a quantidade terica de oxignio (nO2 terico) existe um excessode (n O2real n O2 terico) em 100 haver a % de excesso de O2.


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EXEMPLO DE CLCULO

3d. Os fumos provenientes da queima de um hidrocarboneto gasoso, analisados no Aparelhode Orsat, seguindo os mesmos procedimentos usados no laboratrio, deram os dados abaixo,em volume de fumos secos lidos no eudimetro, aps absoro total de cada um doscomponentes gasosos dos fumos:

volume lido no eudimetro aps a absoro total pela soluo dehidrxido de potssio........................................................................ 90mL

volume lido no eudimetro aps a absoro total pela soluo depirogalato de potssio........................................................................ 85

mLvolume lido no eudimetro aps a absoro total pela soluo decloreto cuproso amoniacal ................................................................ 80

mLa) determinar a porcentagem de ar em excesso utilizada na combusto;

b) determinar a porcentagem em massa de carbono e de hidrognio no combustvel.

Inicialmente, deve-se obter os resultados da anlise, a partir das leituras fornecidas. Paratanto, deve-se levar em conta que foram coletados 100 mL de fumos.

Desta forma, se aps absoro total pela soluo de hidrxido de potssio restaram 90 mL demistura, pode-se concluir que havia 10 mL de CO2na mistura inicial.

Sabe-se que a soluo de hidrxido de potssio tambm absorve o SO2 alm do CO2, porm ainformao do enunciado, que o combustvel era um hidrocarboneto, permite concluir que nohavia SO2 na mistura inicial.

Assim, obtm-se o primeiro resultado da anlise:

Porcentagem em volume de CO2 = 10 %A leitura realizada aps absoro total pela soluo de pirogalato de potssio permiteconhecer a quantidade de O2na mistura analisada.

Porcentagem em volume de O2 = 90 85 = 5 %

A leitura realizada aps absoro total pela soluo de cloreto cuproso amoniacal permiteconhecer a quantidade de CO na mistura coletada.

Porcentagem em volume de CO = 85 80 = 5 %

Subtraindo-se de 100 a quantidade dos componentes determinados, obtm-se a quantidade de

N2na mistura.

Porcentagem em volume de N2 = 100 (10 + 5 + 5) = 80 %

Os clculos podem ser feitos com auxlio de uma tabela auxiliar, na qual, na primeira linhaso colocados os componentes dos fumos, na ordem em que foram absorvidos, acrescentando-se uma coluna para o carbono.

Na primeira coluna so colocados os componentes dos fumos, na mesma ordem,acrescentando-se uma linha para os totais.


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CO2 O2 CO N2 C

CO2O2CON2

Os clculos so feitos adotando-se uma base de clculos de 100 mol de fumos, j que osresultados foram obtidos em porcentagens volumtricas, as quais so numericamente iguais s

porcentagens molares, para misturas gasosas mantidas a presso e temperatura constantes,como no caso.

Inicialmente coloca-se na diagonal principal da tabela, os resultados da anlise.

CO2 O2 CO N2 CCO2 10O2 5CO 5N2 80

A seguir completa-se a tabela com informaes obtidas nas reaes de formao doscomponentes dos fumos.

C + O2 CO2

De acordo com a reao, se foram formados 12 mol de CO2 porque reagiram 12 mol decarbono e 12 mol de O2.

C + O2 CO

Der acordo com a reao, se formaram-se 3 mol de CO nos fumos, porque reagiram 3 molde carbono e 1,5 mol de O2.

Tais informaes so colocadas na tabela, na linha e coluna correspondentes, procedendo-se a

soma de cada coluna.

CO2 O2 CO N2 CCO2 10 10 10O2 5CO 2,5 5 5

N2 80 10 17,5 5 80 15

O clculo do numero de mols de O2 alimentado feito com base na proporo de O2 e N2existente no ar e ainda com base na quantidade de N2 encontrada nos fumos.21 mol de O2 79 mol de N2

n O2 real 80 mol de N2

1) n O2 real = 8079

21 = 21,3 mol

O clculo do nmero de mols de oxignio terico feito levando-se em conta que ocombustvel um hidrocarboneto.

Assim, deve-se somar a quantidade de oxignio necessria para queimar totalmente todo ocarbono que aparece na tabela, mais a quantidade necessria para queimar totalmente todo ohidrognio.


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A quantidade necessria para o carbono calculada com base na reao a seguir.

C + O2 CO2

Na tabela pode-se notar a existncia de 15 mol de carbono, e pela reao so necessrios 15mol de oxignio.

A quantidade de oxignio para a queima do hidrognio a que desaparece na anlise. a

diferena entre o numero de mols de oxignio alimentado no processo (n O2 real) e o nmerode mols que aparece na tabela. Assim:

n O2 p/H2 = 21,3 17,5 = 3,8 mol

2)n O2 terico = 15 + 3,8 = 18,8 mol

A seguir, determina-se o nmero de mols de oxignio em excesso. subtraindo-se o nmero demols de oxignio terico do nmero de mols de oxignio real alimentado.

3) n O2 excesso = n O2 real n O2 terico = 21,3 18,8 = 1,5 mol

A porcentagem de ar em excesso numericamente igual porcentagem de oxignio em

excesso, devido a proporo fixa de oxignio e nitrognio admitida para a composio do arno estudo da combusto.

A seguir, calcula-se a porcentagem de ar em excesso.

4) %O2excesso = 01016,5

4,5 = 27,27% = %Ar excesso

Para determinar a composio porcentual em massa do combustvel, deve-se calcular asmassas de carbono e hidrognio existentes em 100 mol de fumos.

m carbono = nmero de mols de carbono x massa molar do carbono

m carbono = 15 x 12 = 180 g

Para o clculo da massa de hidrognio considera-se o nmero de mols de oxignio consumidona reao abaixo, que foi determinado no clculo do nmero de mol de oxignio terico.

H2 + O2 H2O1 mol 0,5 mol n H2 3,8 mol

n H2 =0,5

3,8 = 7,6 mol

m hidrgnio = nmero de mols de hidrognio x massa molar do hidrognio

m hidrgnio = 7,6 x 2 = 15,2 g

m combustvel = 180 + 15,2 + 195.2 g

%PC = %92,2100195,2

180=

%PH = %8,7100195,2

15,2=

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