Aula 1 a 3

Fontes renovveis e no renovveis

Combusto

Combustveis

Comburente

Complementos de Qumica aplicada

Prof. Andr Almeida

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP

ENGENHARIA PRODUO E MECATRONICA

Energia: fontes

renovveis



Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho.

Fontes de energia, portanto, so elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: os msculos, o sol, o fogo, o vento etc.

Depois da prpria fora humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi o fogo (de 50 000 a.C).

A utilizao da fora do vento, principalmente para a navegao, deve ter comeado em torno do ano 2 000 a.C.

O aproveitamento da gua, da fora hidrulica para mover moinhos, iniciou-se em torno do sculo II a.C.

A partir do ano 1000 d.C. comea a explorao mais intensa do carvo mineral (a hulha, inicialmente).

Por volta do final do sculo XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petrleo e, conseqentemente, um notvel desenvolvimento nas exploraes petrolferas.

Histrico



Em meados do sculo XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fisso nuclear (obteno da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial.

A enorme participao das fontes no-renovveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia.

Devero coexistir vrias fontes de energia, principalmente as renovveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biolgica que devero conhecer uma maior expanso nas prximas dcadas.

Na rea da engenharia, a administrao da energia tornou-se uma das principais funes do engenheiro, j que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composio do custo da produo, alm da interao com todos os processos que envolvem a gerao, a transformao, a conservao e o uso racional da energia.

A Qumica esto afetos: o processo de Combusto, que continua sendo o principal processo de gerao de energia usado pela humanidade alm da Corroso e Proteo contra a Corroso que se traduz num processo de conservao de energia.

Histrico



Cerca de 99 % da energia trmica utilizada pelos ecossistemas provm das radiaes solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra.

O restante da energia obtido de fontes primrias e transformado pelo homem em outras formas, como energia mecnica, eltrica, energia trmica e qumica.

Os recursos energticos primrios so classificados em renovveis e no renovveis.

Fontes de energia

Fontes renovveis

Energia limpa

1% da gerao mundial

Proposta brasileira para 10% at 2010



Vdeos 1



Uma das alternativas para a produo de energia eltrica o aproveitamento das variaes do nvel das mars, em lugares onde a diferena grande.

Neste sculo, o aproveitamento das mars para gerar energia eltrica uma das alternativas estudadas.

As usinas que aproveitam as variaes de nvel entre as mars so chamadas de usinas maremotrizes.

No momento, a maior parte das usinas existentes em escala semi-experimental que mostraram ser anti-econmico esse tipo de aproveitamento.

So poucos os locais que permitem aproveitar de forma econmica esse tipo de energia.

Energia das mars



O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado h muitos anos nas regies vulcnicas constituindo assim uma outra forma de energia alternativa.

Abrem-se buracos fundos no cho at chegar aos reservatrios de gua e vapor que pode atingir os 370 C, so drenados at superfcie por meio de tubulao apropriada.

Atravs da tubulao o vapor conduzido at central eltrica normal, o vapor faz girar as lminas da turbina.

A energia mecnica da turbina ento transformada em energia eltrica por

meio do gerador.

Energia Geotrmica



Aps passar pela turbina o vapor conduzido para um tanque de resfriamento. A gua condensada novamente canalizada para o reservatrio subterrneo, onde ser naturalmente aquecida pelas rochas quentes, mantendo-se a produo.

Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades energticas de cerca de 60 milhes de pessoas em 21 pases.

A gua aquecida geotermicamente utilizada para piscicultura, agricultura, aquecimento de casas, processos industriais (secagem de madeira e de alimentos) e etc.

Energia Geotrmica



A energia solar tambm pode ser usada para produzir eletricidade.

Alguns sistemas solares, como o que est na figura, usam um refletor alto e cncavo como uma parablica para focar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a gua ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade.

O problema do sistema solar eltrico que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou noite no se gera energia eltrica.

Alguns sistemas so duplos, ou seja, durante o dia a gua aquecida pelo sol e noite usa-se gs natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade.

Energia Solar



Atribui-se o nome de biogs (tambm conhecido como gs dos pntanos) mistura gasosa combustvel, resultante da fermentao anaerbica da matria orgnica.

De qualquer forma, esta mistura essencialmente constituda por metano (CH4), com valores mdios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dixido de carbono (CO2), com aproximadamente 35 a 45% de sua composio.

O seu poder calorfico est diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa.

A produo do biogs naturalmente encontrada em pntanos, aterros e esgotos entre outros.

Atualmente, existem duas situaes possveis para o aproveitamento do biogs.

Energia de biogs



O primeiro caso consiste na queima direta (aquecedores, foges, caldeiras).

O segundo caso diz respeito converso de biogs em eletricidade. Isto significa que o biogs permite a produo de energia eltrica e trmica.

Em So Paulo o biogs chegou a ser utilizado, experimentalmente, em caminhes de coleta de lixo.

Pode ser considerada uma das fontes energticas mais econmicas e de fcil aquisio pelas pequenas propriedades rurais e pode ser usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de gua, geladeira,

fogo, lampio, lana-chamas entre outros.

Numa anlise global, o biogs um gs incolor, geralmente inodoro (se no contiver demasiadas impurezas ) e insolvel em gua.

Devido a presena do metano, um gs combustvel, sendo o seu poder calorfico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m3, quando a proporo em metano aproximadamente 60 %.

Energia de biogs



um gs de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente ao butano e ao propano, traz menores riscos de exploso j que sua acumulao se torna mais difcil.

O biogs, em condies normais de produo, devido ao seu baixo teor de monxido de carbono (inferior a 0,1 %) no txico. Por outro lado, o metano obtido muito corrosivo devido s impurezas que contm.

Energia de biogs



o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de energia: a cana-de-acar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai lcool), diversos tipos de rvores (lenha e carvo vegetal), alguns leos vegetais (mamona, amendoim, soja, dend), etc

Provavelmente as principais fontes de energia do sculo XXI sero de origem biolgica, produzidas a partir da biotecnologia.

Trata-se de matria vegetal produzida pelas radiaes solares, por meio da fotossntese. Pode ser queimada no estado slido, como no caso da lenha, ou ser convertida em combustvel gasoso ou lquido como metanol e etanol.

A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produo de monxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, so aspectos desvantajosos.

Energia de biomassa


http://ambiente.dec.uc.pt/~andrecc/biomassa3.jpg

No Brasil, na dcada de 70, em conseqncia da crise do petrleo, foi desenvolvido o Prolcool, com a produo de lcool etlico carburante a partir da cana de acar.

O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagao de cana, resduos agrcolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte queimada a cu aberto, gerando poluio ambiental.

Desse modo, a mesma fonte de combustvel atende a duas finalidades: produz o vapor e a energia eltrica.

Energia de biomassa



A energia cintica do vento uma fonte de energia abundante e renovvel, limpa e disponvel em todos os lugares.

A utilizao desta fonte para a gerao de eletricidade, em escala comercial, teve incio h pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em energia mecnica e eltrica.

No Brasil, o aproveitamento dos recursos elicos tem sido feito tradicionalmente com a utilizao de cata-ventos multips para bombeamento de gua.

O vento forte pode rodar as lminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da gua o vento que faz girar a turbina).

A ventoinha da turbina est ligada a um eixo central que contm em cima um fuso rotativo. Este eixo chega at uma caixa de transmisso onde a velocidade de rotao aumentada.

Energia Aelica



O gerador ligado ao transmissor produz energia eltrica.

A capacidade instalada no Brasil no chega atualmente a 25 MW, com turbinas elicas de mdio e grande porte conectado rede eltrica.

Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrs na praia de Soledade, no municpio de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas elicas que juntas vo gerar 1,8 MW.

Energia Aelica



Apesar de o hidrognio ser uma grande fonte de energia, a idia do seu uso como combustvel passou a ser cogitada a partir da dcada de 1970, com a crise provocada pelo aumento do preo do petrleo.

A crise e os nveis alarmantes de poluio ambiental mobilizaram a comunidade internacional, trazendo tona a converso eletroqumica de energia, com o uso de clulas a combustvel.

So sistemas eletroqumicos que convertem a energia qumica diretamente em energia eltrica, a partir de um combustvel (hidrognio) e um oxidante (oxignio).

So sistemas que apresentam inmeras vantagens, tais como: alta eficincia, operao limpa e silenciosa, resposta rpida de carga, confiabilidade, manuteno reduzida e flexibilidade quanto ao combustvel.

O grande problema do uso desse tipo de combustvel o custo da produo do mesmo, que pode ser feita a partir de carvo ou gs natural, calor e eletricidade.

Gs hidrognio



Alm disso, apresenta balano energtico negativo, ou seja, a quantidade de energia gerada na sua queima menor que a quantidade gasta na sua produo. Assim, somente a produo em larga escala poder viabilizar seu uso de forma ampla.

Outro problema o fato de ser altamente explosivo.

Muitos estudos so desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar, manusear e disponibilizar esse combustvel.

Gs hidrognio



Produzida por quedas dgua, a energia hidrulica permite o acionamento de turbinas que movimentam geradores eltricos, produzindo energia em grande ou pequena escala.

Hoje, um quinto de toda energia eltrica do mundo produzido pelo aproveitamento dos cursos de gua. Mais de 90% da energia que o Brasil consome provm do uso da energia hidrulica.

Energia hidreltrica

1 - Reservatrio (Montante) 5 - Sala de Comando 9 - Tomada d'gua

2 - Barragem de Terra 6 - Subestao 10 - Turbina

3 - Barragem de Concreto 7 - Vertedouro 11 - Eixo da Turbina

4 - Casa de Mquinas 8 - Sada dgua (Jusante) 12 - Gerador



As centrais hidreltricas de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental, j que requerem grandes inundaes de terras com modificao do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades.

Mesmo assim, a preferncia atual por hidreltricas no existe por acaso. Sua atratividade est na energia mais barata, j que o combustvel a gua.

Em mdia o custo de U$ 500 para cada quilowatt ( KW ) instalado. Isso significa em torno de U$ 16 o MWh, bem diferente dos quase U$ 32 da energia das

termoeltricas movidas a gs natural (fonte ANEEL).

Energia hidreltrica



Energia: fontes no

renovveis



Mistura de hidrocarbonetos parafnicos, aromticos e naftnicos.

O petrleo originou-se de restos de plantas e animais marinhos inferiores, que se acumularam no fundo de antigos mares, e foram soterrados por movimentos da crosta terrestre.

Encontra-se confinado em grandes profundidades no sub-solo dos continentes e dos mares.

Alm dos combustveis automotivos e industriais que so obtidos, o petrleo fonte de matrias primas para as indstrias de produtos qumicos, de fertilizantes, pesticidas, tintas, plsticos, fibras sintticos remdios e muitas outras.

Os principais pases produtores de petrleo so a Rssia, a Arbia Saudita, o Ir, o Kuwait, o Iraque e os Emirados rabes.

Petrleo



Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas mundiais at hoje conhecida.

Suas ocorrncias localizam-se em So Paulo (Trememb), Paran, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Cear, Maranho e Amazonas.

Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcria impregnada com substncias orgnicas combustveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um resduo fssil de natureza sedimentar mais recente que o petrleo.

Os produtos obtidos do xisto so mais caros que os similares obtidos dos derivados de petrleo.

Xisto betuminoso



Alcatro bruto de hulha

O alcatro um produto lquido, mais ou menos viscoso de composio varivel e muito complexa e de cor preta.

originrio do processo de coqueificao do carvo, onde as partes volteis do carvo so separadas durante o aquecimento formando gases.

Essa massa de gases contm alcatro, arrastado ou em forma de vapor, que condensado e decantado formando o alcatro de hulha.

Dois tipos de produtos so obtidos pela destilao do alcatro: produtos puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes ltimos constituem a frao mais importante.

Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatro, ele tem grande valor na indstria qumica, j que seus derivados tm muitas aplicaes nas mais variadas reas.

Alcatro



Alcatro de madeira

Subproduto da queima da madeira para a produo de carvo, o alcatro obtido a partir da recuperao dos gases eliminados durante o processo de carbonizao.

Antes eliminado como fumaa na atmosfera, ele condensado e transforma-se em matria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso a substituio dos derivados de petrleo, produtos de origem fssil no-renovveis.

Ele o responsvel, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em diversos embutidos, alm de ser empregado tambm na fabricao de balas e biscoitos.

Alcatro



Constitudo de metano misturado com hidrocarbonetos parafnicos (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formaes geolgicas petrolferas.

Apresenta poder calorfico da ordem de 8.500 a 9.000 kcal/m3.

Utilizado tambm como matria prima para uma srie e de snteses qumicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre.

Este gs pode ser liquefeito a baixas temperaturas para ser transportado em navios.

Atualmente o maior produtor a Rssia.

O rendimento do gs natural bastante alto enquanto seu o custo baixo quando se compara com outras fontes.

O gs natural uma fonte de energia limpa, confivel e eficiente. um dos combustveis preferidos para gerao de energia. Liquefeito, seguro e fcil de transportar.

O transporte feito em tanques especiais que podem viajar com segurana por milhares de quilmetros.

Gs natural



resultante da transformao da madeira de florestas soterradas h milhes de anos, sujeitas ao da presso, temperatura e bactrias.

So os combustveis slidos mais importantes, com especial destaque para a hulha.

Quanto maior o grau de transformao sofrido pela madeira, mais carbono e menos hidrognio e oxignio possui o carvo.

Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e hidrognio (quando livre), do melhor rendimento trmico.

O oxignio e o nitrognio no contribuem para a queima, sendo que o oxignio diminui o rendimento trmico.

O enxofre e o fsforo embora gerem calor, so prejudiciais pelo fato de produzirem substncias txicas e corrosivas (SO2 e P2O5).

Carves de boa qualidade so apenas britados aps extrao, de forma a uniformizar sua granulometria.

Carves fsseis



A presena de elevados teores de enxofre, como no caso dos carves brasileiros, pode at impedir sua utilizao na forma como extrado, obrigando a um refino do mesmo.

O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS2), o que pode acarretar uma diminuio do ponto de fuso das cinzas, com a possibilidade de formao de um aglomerado vtreo que impede a combusto do carvo.

O refino do carvo aps sua extrao consiste na colocao do carvo britado em grandes quantidades de gua, para que pedaos de matria mineral e de pirita se separem por densidade.

Carves fsseis



Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina trmica na qual o calor produzido por reao de fisso nuclear.

O combustvel mais utilizado o urnio 235, cuja ocorrncia na natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urnio 238 corresponde a 99,3%.

Em apenas 50 anos de desenvolvimento a energia nuclear aumentou sua participao na produo de energia mundial partindo de um valor extremamente pequeno, 0,1 %, para um valor substancial de 7%.

Em 1997 havia 437 reatores em operao no mundo, com uma potncia instalada de 340 GW. Desse total, 28% esto nos EUA, 18% na Frana e 12 % no Japo.

No final de 2002, segundo dados da Agncia Internacional de Energia Atmica, havia em operao 441 usinas nucleares em 34 pases, perfazendo uma capacidade instalada lquida de 358 GW.

Os impactos ambientais e os acidentes de Chernobyl em 1986 e de Tokaimura no Japo em 1999, que mostraram as letais conseqncias radiativas dessa tecnologia, parecem agir como freio na evoluo do uso da energia nuclear.

Energia nuclear



Energia nuclear



No Brasil, a participao da energia nuclear no atinge 1% do valor total. A experincia brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto tcnica como economicamente.

A capacidade da usina Angra I de 657 MW, enquanto Angra II est prevista para gerar 1300 MW.

Uma das desvantagens mais importantes o lixo nuclear, para o qual no existe tratamento sem risco de contaminao, pelo menos at o momento, e que permanece radiativo por milhares de anos.

A produo de lixo txico pelos pases industrializados estimada em 300 milhes de toneladas por ano.

Participao da energia nuclear na produo de energia eltrica

Energia nuclear



Energia nuclear

Litunia 80% Rep. Coria 39 % Canad 12 %

Frana 78 % Hungria 36 % Romnia 10 %

Blgica 57 % Japo 35 % Argentina 7 %

Rep. Eslovaca 55 % Alemanha 30 % frica do Sul 6 %

Bulgria 47 % Finlndia 30 % Brasil 4 %

Sucia 46 % Espanha 26 % Holanda 4 %

Ucrnia 46 % Rep. Checa 25 % ndia 4 %

Armnia 41 % Reino Unido 22 % Mxico 4 %

Eslovnia 41 % Estados Unidos 20 % Paquisto 3 %

Sua 40 % Rssia 16 % China 1 %



Combusto



Combusto uma reao qumica, mais especificamente como sendo uma reao

de oxidao a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de

ativao, obtida normalmente pela elevao de temperatura em um ponto de

combustvel;

Assim sendo, para que ocorra uma reao de combusto, devem estar presentes

simultaneamente, o combustvel, o comburente e a energia de ativao;

O calor liberado pela reao em um ponto do combustvel serve como energia de

ativao e o processo se torna autoativante e continua at o trmino de todo o

combustvel;

Toda combusto uma reao de oxidao-reduo (transferncia de eltrons);

O combustvel atua sempre como fonte de eltrons;

O comburente recebe e fixa os eltrons cedidos pelo combustvel, agindo como

oxidante.

Combusto



Genericamente pode-se representar a reao de combusto da seguinte forma:

Combusto



Combusto

Combustvel + comburente combusto

Hidrocarbonetos + O2 Produtos

As reaes de combusto so exotrmicas, liberam

grandes quantidades de energia (na forma de luz ou

calor), que possui vrias aplicaes: iluminao,

funcionamento de motores, cozimento dos alimentos, etc.

Os produtos dependem do tipo de combusto que

ocorre.

Reao de combusto



De forma geral, a reao de combusto se d em fase gasosa.

Combustveis lquidos so previamente vaporizados. A reao de combusto se d entre o vapor

do liquido e o oxignio intimamente misturado.

No caso de combustveis slidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de a reao ocorrer

na interface slido - gs.

necessria a difuso do oxignio atravs dos gases produzidos na combusto (os quais

envolvem o slido), para atingir a superfcie do combustvel;

Alm disso, a superfcie fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa mais uma

dificuldade para o contato combustvel - comburente.

De forma simples podemos representar o processo de combusto da seguinte maneira:

Reao de combusto



Tipos de combusto



Dependendo das quantidades relativas combustveis e comburentes alimentadas no processo, podem ocorrer trs tipos de combusto:

Incompletas: quando a quantidade de oxignio alimentada menor que quantidade estequiometricamente necessria, para oxidar totalmente todas as fraes do combustvel. formao de carbono na forma de fuligem (C) e gua.

Teoricamente completa: quando a alimentao de oxignio feita com a quantidade estequiomtrica necessria, para oxidar totalmente todas as fraes do combustvel. Formao de monxido de carbono (CO) e gua (H2O)

Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxignio maior que a quantidade estequiomtrica necessria para oxidar totalmente todas as fraes do combustvel. Produz gs carbnico (CO2) e gua na forma de vapor (H2O).

A composio dos fumos varia de acordo com o tipo de combusto, nos permitindo ter uma indicao da combusto obtida.

Tipos de combusto



Nas combustes teoricamente completas verifica-se a presena de pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezvel (ou nula) de oxignio. Em combustes completas haver a presena de oxignio nos fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustvel queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezvel (ou nula) de CO.

Tipos de combusto



Combustveis



Combustvel qualquer substncia capaz de produzir de maneira fcil e econmica,

energia trmica por reao qumica ou nuclear;

Geralmente so materiais carbonceos que reagem facilmente com o oxignio do ar,

produzindo calor em grande quantidade.

1.Classificao dos combustveis:

Slidos:

Naturais: carves fsseis, madeira, lenha;

Preparados: coque, carvo vegetal, resduo industrial;

Lquidos:

Naturais: petrleo cru, gasolina natural;

Preparados: lcool, querosene, leo diesel, gasolina;

Gasoso:

Naturais: gs natural;

Preparados: GLP, gases derivados de petrleo;

Combustveis



1.Principais Caractersticas dos Combustveis mais Comuns 1.1. Combustveis Slidos 1.1.1. Lenha Perdeu a importncia como combustvel industrial:

- Baixa rentabilidade trmica - Crescente interesse como fonte de celulose

Aps corte teor de umidade oscila: 50 e 70%; Seca ao ar teor reduz cerca de 15% PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg; Baixo poder calorfico Pirlise* Resduo: carvo vegetal PCI = 7200 a 8000 Kcal/Kg (15% volteis, 8% de cinzas);

Produtos destilveis: cido pirolenhoso e alcatro ( matrias primas cido actico, metanol, acetona...).

OBS.: * Pirlise ruptura da estrutura molecular original pela ao do calor.

Combustveis



1.1.2. Carves fsseis

Consideradas: rochas orgnicas combustveis;

Combustveis Slidos mais importantes (destaque: Hulha);

Resultante: transformao da madeira (florestas) soterrada a milhes de anos;

Sujeitas a ao: presso, temperatura e bactrias;

> grau transformao sofrida pela madeira + C e - H e O possui o carvo;

% C na composio: funciona como escala da evoluo da transformao da madeira.

Combustveis



Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H melhor rendimento trmico;

S e P: produz substncias txicas e corrosivas (SO2 e P2O5);

Carvo de boa qualidade: aps extrao so apenas britados (uniformizar

granulometria);

Carves brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua utilizao

na forma como extrado refino;

Refino: consiste na colocao do carvo britado em grandes quantidades de gua, para

que pedaos de matria mineral e pirita se separem por densidade.

a) Hulhas: so carves que apresentam maior interesse como combustvel industrial.

Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirlise grande quantidade de

destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compresso.

Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque frivel.

Combustveis



Hulhas gordas de chama longa: do grande volume de gases combustveis. O coque obtido utilizado como combustvel. So as preferidas para fabricao do gs de hulha

combustvel;

Hulhas gordas de chama curta: do coque de alta resistncia a compresso. So as

mais adequadas para as coquerias de siderrgicas;

Hulhas magras de chama longa: do chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em

fornos quando se necessita de aquecimento radiante;

Hulhas magras de chama curta: So as que possuem o maior poder calorfico.

Adequadas para fornos industriais e para produo de vapor de gua;

Carvo: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar que

sofra combusto lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso deixado em silos

(para secagem ao ar).

Combustveis



1.1.1. Coque:

O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do ar) denomina carbonizao ou decomposio trmica do carvo faz que haja o desprendimento das matrias volteis produzindo:

Combustvel gasoso: gs de hulha (constitudo de hidrocarbonetos parafnicos, hidrognio e pequenas quantidades de CO, CO2 e Hidrocarbonetos insaturados;

Combustvel lquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e leos combustveis do alcatro da hulha;

Combustvel slido dito coque: constitudo pelo carbono fixo e pelas cinzas do carvo;

Coque metalrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre 1.100 e 1.300C e o gs produzido usado para aquecer forno de coqueificao; Poder calorfico: 7.000 Kcal/Kg O coque pode ser usado: como combustvel e nos altos fornos para reduo do minrio de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistncia a compresso e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fsforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro).

Combustveis



1.2. Combustveis Lquidos

Os combustveis lquidos podem ser classificados nos seguintes grupos:

1-Petrleo e seus derivados 2-Derivados do alcatro de hulha ou do linhito 3-Destilados dos xistos betuminosos 4-Hidrocarbonetos sintticos 5-lcool etlico

1.2.1. Derivados do Petrleo

1.2.1.1 Gasolina

Mistura de hidrocarbonetos contendo: 6 -12 tomos de carbono;

Pode ser: Natural ou Petrleo;

Poder calorfico: 11.000 Kcal/Kg;

Ponto de fulgor - 40 C (gasolina automotiva) e - 46 C (gasolina de aviao);

Combustveis



ndice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina. Mede o poder anti-detonante da mesma;

Este ndice medido em motor padro, variando-se a relao de compresso at que ocorra a pr-detonao ou batida de pinos;

A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano que apresenta pr-detonao com a mesma relao de compresso que a gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos dar o ndice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso-octano e 20% de heptano, a gasolina em teste ser 80;

Esse mtodo se baseia na conveno de que:

- Iso-octano: possui poder anti-detonante igual a 100 (melhor comportamento) - Heptano: possui poder anti-detonante igual a 0 (pior comportamento)

A partir da mistura dos mesmos, obtm-se os valores intermedirios de octanagem;

Combustveis



O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adio:

- de combustveis msciveis com a gasolina (ex: lcool etlico, benzol, gasolinas naturais...);

- de produtos aditivos especiais: chumbo tetra-etila (no caso da gasolina de aviao, que possuem ndice de octana de 140 ou 160).

Curiosidades:

Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum?

A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas vlvulas e no pisto) deixa resduos, sujeiras que so uma espcie de goma. Com o passar do tempo, o acmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar, que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a eficincia do carro. Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo no aumenta a potncia da gasolina. A grande diferena da gasolina aditivada para a gasolina comum, que a aditivada possui uma espcie de detergente. Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acmulo de mais resduos, assim a sujeira vai junto com o combustvel e tambm queimada. (fonte: http://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htm)

Combustveis


http://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htm

1.2.1.2 Querosene

Primeiro derivado do petrleo de valor comercial;

Mistura de hidrocarbonetos contendo: 14 - 19 tomos de carbono;

Incolor, menos voltil que a gasolina;

Excelente poder de solvncia;

Importncia: turbinas de avio a jato, alguns motores de combusto interna;

84% de C e 16% de H em massa;

Ponto de fulgor 40C;

Poder calorfico: 11.500 Kcal/Kg.

Combustveis



1.2.1.3 leo Diesel Empregado: motores de compresso; combustvel industrial; gerao de energia; Poder calorfico: 10.100 Kcal/Kg; Ponto de fulgor 38 C (diesel automotivo), 60 C (diesel martimo) e 100 C (biodiesel segundo ANP); ndice de Cetanas (Cetanagem): ndice que descreve as caractersticas de ignio do combustvel leo diesel, ou seja, quanto maior for o nmero de cetanas, menor ser o retardo de ignio e por conseguinte melhor ser sua capacidade de incendiar-se; leos com ndice de cetanas superior a 50 so empregados em motores diesel de alta velocidade. Para velocidades mdias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade aceitam leos com ndice 25; Cetano um hidrocarboneto parafnico (alcano) de frmula qumica CH3(CH2)14CH3 (C16H34) usado como padro na avaliao das propriedades ignitoras do diesel (o nmero de cetano).

Combustveis


http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrocarbonetohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Parafinahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Alcanohttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_qu%C3%ADmicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_qu%C3%ADmicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_qu%C3%ADmicahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Dieselhttp://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmero_de_cetano&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmero_de_cetano&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmero_de_cetano&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmero_de_cetano&action=edit&redlink=1http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=N%C3%BAmero_de_cetano&action=edit&redlink=1

1.2.2. Derivados do Alcatro

Benzeno (C6H6) - principal

Poder calorfico: 10.500 Kcal/Kg ndice de octano = 88 Principal utilizao: aditivo para gasolina

1.2.3. Destilados de Xistos betuminoso

Fornecem por destilao seca at 12% de produtos condensveis (20% tipo gasolina e 50% do tipo leo diesel).

1.2.4. Hidrocarbonetos sintticos

Utilizados: Processo de sntese;

Obtm-se: hidrocarbonetos parafnicos (baixo poder anti-detonante).

Combustveis



1.2.5. lcool Etlico

Brasil: > produtor de etanol (Nos ltimos trinta anos, a produo de etanol da cana-de-acar avanou para 17 milhes de metros cbicos, com perspectivas de atingir 35,7 milhes de metros cbicos em 2012-2013);

Matrias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo sacarino (frica), trigo (Europa)...

Poder calorfico: 6.500 Kcal/kg;

Ponto de fulgor 13C;

Exige menor quantidade de ar para combusto;

lcool etlico anidro (isento de gua): utilizado na faixa de 20 a 25% em mistura com a gasolina;

lcool etlico hidratado: utilizado como combustvel automotivo (em mdia 95% etanol + 5% gua); Alto poder anti-detonante.

Combustveis



1.3. Combustveis Gasosos

Na temperatura ambiente e na presso atmosfrica, apresentam numerosas vantagens sobre os demais combustveis:

1.Maior facilidade na reao de combusto 2.Maior facilidade de regular a entrada de ar 3.Maior extenso da chama 4.Maior facilidade de transporte 5.Maior facilidade de pr-aquecimento 6.Ausncia de cinzas

So sempre misturas gasosas;

Composio varia: - forma de produo (combustveis preparados) ou - fonte de obteno (no caso de combustveis naturais)

Combustveis



Os constituintes mais comuns so os da tabela a seguir:

Destaques:

1.3.1. Gs natural: Combustvel fssil: Metano (CH4) + Hidrocarbonetos Parafnicos (etano, propano e outros mais pesados) Ocorre: formaes geolgicas petrolferas. Possui aplicaes domsticas, industriais e automotivas.

Poder calorfico: 8.993 Kcal/kg;

Combustveis



Incolor e inodoro, o gs natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de vazamento, por ser mais leve que o ar. Para inflamar preciso que seja submetido a uma temperatura superior a 620C. Alm disso, o gs natural queima com uma chama quase imperceptvel. Por questes de segurana, o gs natural comercializado odorizado com enxofre.

1.3.2. Gs liquefeito de petrleo (GLP): Propano (C3H8) + Butano (C4H10)

Utilizado: Combustvel industrial, domstico... So mais densos que o ar e em caso de vazamento, tendem a se depositar apresentando o perigo de exploso e/ou asfixia.

Poder calorfico: 11.500 Kcal/kg; OBS.: Normalmente comercializado em botijes no estado lquido, tornando-se gasoso presso atmosfrica e temperatura ambiente na hora de sua utilizao em fogo. Por ser um produto inodoro por natureza, um composto base de enxofre adicionado, dando-lhe um cheiro bastante caracterstico para facilitar a deteco de possveis vazamentos.

Combustveis



1.3.3. Gs de hulha: Obtido: destilao seca da hulha, em ausncia de ar, resultando ainda um resduo combustvel coque. Uma tonelada de hulha gera em mdia 300 a 350 m3 de gs. Poder calorfico: 4.000 a 5.000 Kcal/m3, 50 Kg de alcatro, 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de guas amoniacais (fonte de NH3).

1.3.4. Gs de ar: Gs Pobre, devido seu baixo poder calorfico (1.200 a 1.600 kcal/m3. Obtido: Oxidao parcial do carbono, a partir do coque, carves minerais ou vegetais;

1.3.5. Gs de gua: Apresenta em mdia: CO2 5,1%; CO 40,2%; H2 50%; CH4 0,7 % e N2 4,0% em volume. Poder calrico: 2500 a 2700 Kcal/m3. Obtido: injeo de vapor de gua sobre carvo incandescente;

1.3.6. Gases carburados: Gs de gua ou gs misto enriquecido com vapores de hidrocarbonetos, obtidos craqueamento de um leo combustvel pesado. Poder calorfico: 5.400 Kcal/m3;

Combustveis



1.3.7. Gs de alto forno: Possui cerca de 30% de CO e pequena quantidade de H. Resultante: utilizao parcial do CO para reduo do minrio de ferro dentro do alto forno. CO produzido pela queima do coque com insuficincia de oxignio durante o processo. Poder calorfico: 900 Kcal/m3 (utilizado na prpria siderrgica, misturado ao gs de coqueira); 1.3.8. Gs de tratamento de esgoto: Produzido: durante a digesto anaerbica dos esgotos municipais. Contm 65 80% de metano (CH4) e poder calorfico: 5.800 a 6.500 Kcal/m3.

Combustveis



Composio qumica dos

combustveis



2. Composio dos combustveis:

2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrognio.

So muito freqentes na composio dos combustveis respondendo pela gerao de calor e pela funo redutora;

Podem estar presentes na forma isoladas (substncia simples) ou combinados na forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH4 etc);

Reaes de combusto: carbono

C(grafite) + O2 CO2 + 94 kcal (reao completa) C(grafite) + CO2 2 CO + 40,8 kcal (reao parcial pela falta de O - endotrmica) C(grafite) + O2 CO + 26,6 kcal (reao incompleta)

Reaes de combusto: hidrognio

H2(gs) + O2 H2O (vapor) + 57,8 kcal H2(gs) + O2 H2O (lquido) + 68,3 kcal

Combustveis



Composio dos combustveis:

2.2. Elementos Secundrios: O, N, S e P.

Reaes de combusto: Oxignio

A presena de oxignio nos combustveis acarreta sistematicamente uma reduo na gerao de calor;

Combustveis oxigenados geram menos quantidade de calor;

Em suma, indesejvel e desvantajosa a presena desse elemento na constituio dos combustveis.

C + O2 CO2 + 94 kcal (reao completa) CO + O2 CO2 + 69,9 kcal CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 200 kcal CH4O + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O + 160 kcal

Admite-se que o oxignio presente em um combustvel, anule por oxidao parcial, preferencialmente o hidrognio em lugar do carbono; ou como se a parte do C e do H2 do combustvel tivesse sido queimada previamente pelo O2 de constituio

Combustveis



Reaes de combusto: nitrognio

O nitrognio apresenta grande inrcia qumica, caracterizada por uma baixa tendncia de combinao, inclusive nos processos usuais de combusto;

O nitrognio presente num combustvel no se oxida durante o processo de combusto e assim, em nada contribui para a gerao de calor;

Entretanto o nitrognio como uma espcie material possui massa, e sua presena no combustvel aumenta a massa total do mesmo;

O Poder Calorfico de um combustvel a relao entre a quantidade de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustvel queimada:

Conclui-se que a presena deste elemento contribui apenas para o aumento da

massa (ou de volume), desvantajosa, pois acarreta uma diminuio do Poder Calorfico do combustvel.

Combustveis

queimadovolumemassa

QPC

gerado

)(



Reaes de combusto: enxofre

Durante uma combusto, o enxofre presente em um combustvel, se oxida de acordo com as reaes:

S + O2 SO2 + 72 kcal S + 3/2 O2 SO3 + 105,5 kcal

Ento, sob o aspecto energtico, no h dvida que a presena de enxofre apresenta interesse, porm, paralelamente, h um aspecto altamente negativo que anula esta vantagem e torna a presena desse elemento inconveniente. So os produtos da sua oxidao;

Tanto o SO2 como o SO3 so substncias extremamente txicas e corrosivas, constituindo-se em poderosos agentes poluentes;

Mesmo sob condies favorveis de umidade do ar externo o SO2 reage com a gua presente nos produtos da combusto, formando o cido sulfuroso (H2SO3). O SO3 d origem ao cido sulfrico (H2SO4).

SO2 + H2O H2SO3 SO3 + H2O H2SO4

Combustveis



Reaes de combusto: fsforo

O fsforo presente no combustvel se oxida de acordo com a reao:

P4 + 5 O2 P4O10 + 360 kcal

O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o cido fosfrico (H3P04) que sendo corrosivo, torna indesejvel a presena de fsforo no combustvel. P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4

Combustveis



Calculo das fraes do elementos combustveis no processo de combusto Dedues , formulaes e exerccios

Combustveis



Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrognio a parcela j queimada, chamando de:

Conveno: HT (hidrognio total) a quantidade total de hidrognio presente no combustvel;

HC (hidrognio combinado) a parcela oxidada pelo oxignio do combustvel; e

HL (hidrognio livre) a quantidade de hidrognio til para o processo de combusto.

A quantidade de hidrognio de um combustvel pode ser representado por: O clculo das quantidades de hidrognio livre e combinado num combustvel feito pela frmula e na reao da gua que produto formado na oxidao do hidrognio.

Combustveis

LCT HHH



Assim para efeito de gerao de calor na combusto, considera-se que cada tomo de O presente na formula do combustvel anule 2 tomos de H, ento a relao fica:

Combustveis



Mol (quantidade de matria): origina-se do latim monte e pilha;

Por definio quantidade de matria de um sistema que contm tantas entidades elementares (partculas = tomos, molculas, ons, eltrons entre outras partculas) quantos tomos existentes em um elemento qumico.

Onde m a massa em gramas e M.M a massa molar em g/mol.

Massa molar do: H2 = 2 O2 =32 => Cte S = 32 H2O = 18

Combustveis

]/.[.

][

molgMM

gmn



EXEMPLO:

Combustveis



Combustvel

H2 H2 livre

H2combinado

C

S

O2

etc

Comburente

Ar N2 79%

O2 21%

Fumos

H2O Combinado

Formada

CO2

SO2

etc

IMPORTANTE: Como cada tomo de Oxignio anula (reage) com dois tomos de Hidrognio do prprio combustvel (combinado) e o hidrognio restante que considerado til para o processo de combusto (livre), para o clculo da quantidade de gua, pode-se dizer que: H o Hidrognio livre produzir nos fumos, a gua formada; H o Hidrognio combinado produzir nos fumos, a gua combinada; H o Hidrognio total produzir gua total presente nos fumos; ( se o combustvel possui gua na forma de umidade, tambm deve ser considerada)

Combustveis



Combustveis



EXEMPLO DE CLCULO

Combustveis



1) O que energia e qual o papel do engenheiro? 2) O que so fontes renovveis? 3) Quais a vantagens e desvantagens das seguintes fontes renovveis: a) energia das mars b) energia geotrmica c) energia solar d) energia de biogs e) energia de biomassa f) energia aelica g) gs hidrognio h) energia hidreltrica 4) O que so fontes no renovveis e d alguns exemplos. 5) O que combusto? 6) Quais so os tipos de combusto? 7) O que so combustveis e como so classificados?

1 Lista



8) O que so elementos elementares e secundrios de um combustvel e quais as suas influncias? 9) Deduzir as equaes de massa e quantidade de matria (mol) da relao de hidrognio livre e

combinado. Dados: HL = HC + HL 10) Um combustvel apresenta a seguinte composio em 1kg: Para 1kg de combustvel, pede-se: a) a quantidade de matria e em massa, as quantidades de hidrognio livre e conbinado; b) as massas de gua formada, combinada e total nos fumos da combusto; c) a massa de gua do combustvel; d) a massa de combustvel capaz de gerar calor. 11) Considere os combustveis X e Y de composies percentuais em massa: a) em qual deles a porcentagem de hidrognio combinado maior? b) em qual deles a porcentagem de hidrognio livre maior? c) qual o mais agressivo a aparelhagem? d) em qual deles a quantidade de gua nos produtos da combusto maior? 12) Quais so as principais caractersticas dos combustveis lquidos, slidos e gasosos, d exemplos desses

combustveis?

1 Lista



Comburente



Embora outras substncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os eltrons cedidos pelo combustvel, industrialmente, quase que na totalidade dos casos,

o comburente o oxignio e sua fonte, normalmente, o ar atmosfrico. A composio mdia percentual (volumtrica ou em mols) do ar seco : nitrognio (N2) 78,03% oxignio (02) 20,99% argnio (Ar) 0,94% dixido de carbono (CO2) 0,03% hidrognio (H2) 0,01%

(os demais gases nobres encontram-se em propores desprezveis). Pode-se considerar apenas duas fraes:

Oxignio (comburente) = 20,99% Inertes (nitrognio e gases raros) = 79,01%

Comburente



Para efeito de clculos prticos de combusto, considera-se a composio volumtrica ou em mols do ar seco como:

Oxignio (O2) 21% e Nitrognio (N2) 79%

A frao considerada como "nitrognio" abrange todos os gases raros e o dixido de carbono.

Para efeito de clculos estequiomtricos considera-se a massa molar dessa

frao como 28 g/mol, em vista das pequenas propores dos outros gases.

Em conseqncia desta simplificao a massa molar mdia do ar seco ser:

M = 0,21 x 32 + 0,79 x 28 = 28,84 g/mol

Pode-se considerar, portanto, em clculos estequiomtricos, que em 100 L de ar atmosfrico seco tem-se 21 L de O2 e 79 L de N2.

E ainda que uma quantidade de matria de 100 mols de ar atmosfrico seco possui 21 mols de O2 e 79 mol de N2.

Comburente



Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxignio captado do ar atmosfrico seco vir acompanhado de nitrognio, na seguinte proporo:

Comburente



EXEMPLOS DE CLCULO:

Comburente



Razes do uso de excesso de comburente em processos de

combusto



Quando num processo de combusto, se fixa a proporo de alimentao de combustvel e comburente de modo a obter-se uma combusto estequiomtrica, nota-se que, invariavelmente, recai-se numa combusto incompleta ou parcial. As combustes estequiomtricas so portanto tericas ou ideais. Na prtica, para obter-se combustes completas, necessrio alimentar comburente em excesso.

Duas so as razes da necessidade do excesso:

a) Contato combustvel - comburente

medida que se aumenta a quantidade de molculas de O2, aumenta a probabilidade de choque com as molculas do combustvel (ou com suas partculas finamente divididas). Assim, cresce a taxa de converso dos reagentes em produtos da reao.

b) Deslocamento do equilbrio qumico das reaes.

As reaes de combusto ocorrem em fase gasosa, e so reaes de equilbrio qumico (reversveis).

Razes do uso de excesso de comburente em processos de combusto



Os equilbrios ocorrem como decorrncia das temperaturas atingidas sendo impossvel evitar que se estabeleam.

a 1.500 C CO + O2 CO2

a 1.700 C H2 + O2 H2O

a 2.500 C C + O2 CO

Como j foi visto, as reaes diretas (sentido para a direita) so exotrmicas, liberam calor. Em decorrncia, as reaes inversas (sentido para a esquerda) so endotrmicas.

Num processo de combusto sempre se atinge temperaturas elevadas, o que acarreta o estabelecimento do equilbrio qumico. Com o aumento da concentrao de oxignio no sistema, evitamos o deslocamento do equilbrio no sentido da reformao dos reagentes (ou seja, para a esquerda).

A porcentagem de ar em excesso expressa em relao quantidade terica, estequiometricamente calculada. Trata-se de uma parcela a ser alimentada alm da quantidade terica (ou estequiomtrica).




Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente

Para que se obtenha um rendimento mximo do processo, a quantidade de excesso deve ser limitada ao valor que propicie ganho do calor.

O que nota que a partir de uma certa quantidade, o aumento do excesso apresenta como resultado uma diminuio na temperatura da cmara de combusto. Isto ocorre porque o comburente alimentado em excesso exagerado alm de no contribuir para o aumento da energia gerada, rouba calor do sistema, aquecendo-se.

Sabe-se que a fora propulsora da transferncia do calor de uma fonte quente para uma fria, a diferena de temperatura.

Assim, se, no limite, resfria-se a cmara de combusto at a temperatura da fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor (aquecer), embora tenha-se gerao de calor no processo.

A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustvel, da construo da instalao e das condies de operao.




Levando-se em conta somente o estado fsico do combustvel, o excesso recomendado varia conforme segue:

combustveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso;

combustveis lquidos 20 a 40% de ar em excesso;

combustveis slidos 30 a 100% de ar em excesso.




Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente O controle tem como objetivo, verificar se uma combusto est sendo efetuada com a porcentagem correta de ar em excesso, de acordo com o combustvel queimado e demais condies do processo.

Os fumos so analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagens volumtricas de CO2, O2, CO e N2 em base seca (isenta do vapor de gua).

O excesso adequado de ar e fatores como o tipo de queimador, a atomizao do combustvel e o efetivo controle do processo, contribuem para o aumento da eficincia na gerao de calor.

Na combusto com insuficincia de comburente a fumaa geralmente apresenta colorao negra e contm fuligem, em conseqncia da queima incompleta do carbono.

Quando o excesso de ar adequado a colorao oscila entre cinza e marrom claro, na maior parte das vezes.

Quando a quantidade de ar excessiva, a fumaa apresenta normalmente colorao branca.




Conceitos e Definies sobre o comburente. Oxignio Terico: a quantidade estequiomtrica de oxignio necessria

para oxidar totalmente todas as fraes do combustvel.

Quando se calcula o oxignio terico, deve-se impor queima completa (oxidao total) da quantidade total de todas as fraes do combustvel, mesmo que se disponha de informaes sobre ocorrncia de oxidao parcial, ou perda de combustvel no processo de combusto.

Se o combustvel contm oxignio na sua constituio, deve-se subtrair da quantidade estequiometricamente calculada, a parcela existente no combustvel.

De forma resumida pode-se definir o oxignio terico por meio da relao a seguir, a qual vlida tanto para quantidades de matria como para volumes:

O2 terico = O2 para a combusto completa - O2 do combustvel




Para efeito de clculos estequiomtricos de combusto considera-se a seguinte seqncia de reaes:

C + 1 O2 CO2 H2 + O2 H2O S + 1 O2 SO2

Assim, se ocorrer insuficincia na alimentao de oxignio (no havendo a quantidade necessria para oxidar totalmente o carbono e o hidrognio), considera-se que o oxignio disponvel queimar todo o hidrognio e oxidar todo o carbono a CO.

Uma parte do CO formada ser oxidada a CO2 pelo oxignio restante.

Nesses casos, h perda de calor latente nos fumos, pois perde-se combustvel sem queimar, o que no interessante na prtica.




Ar Terico: a quantidade de ar que contm a quantidade de oxignio

terico. Oxignio em Excesso: a quantidade adicional de comburente alm da terica,

aplicada para garantir a combusto completa.




Ar em Excesso: a quantidade de ar que contm o oxignio em excesso.

Oxignio real: a quantidade total de oxignio aplicada ao processo.

Ar real: a quantidade de ar que contm o oxignio real.




Gases residuais



Gases Residuais ou fumos:

As substncias gasosas produzidas pela reao dos elementos qumicos constituintes combustveis com o oxignio constituem os fumos da combusto, sendo estes, o veculo transporte da maior parte do calor gerado na combusto;

CO2, SO2, CO, O2, N2 e vapor de gua so os componentes normalmente presentes nos fumos;

A composio dos fumos pode ser apresentada em porcentagens em massa, em mols em volumes dos componentes.

Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se despreza o vapor gua presente na mistura), ou em base mida (quando o vapor de gua presente r fumos considerado um dos seus componentes).

A fumaa normalmente vista nas chamins uma mistura dos fumos com neblinas e poeiras. As neblinas so constitudas por partculas de lquidos em suspenso (gua hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dos gases).

As poeiras so formadas por partculas slidas em suspenso (cinzas ou partculas slida do combustvel arrastada pelos gases).

Gases residuais



Cinzas



o resduo slido da combusto de um combustvel slido. As cinzas de um carvo podaram ser intrnsecas ou acidentais.

As intrnsecas so constitudas pela matria mineral que estava presente no material, vegetal que deu origem ao carvo.

As acidentais so constitudas por argila, ou outra matria inorgnica, depositada juntamente com o carvo.

No existe uma composio padro para as cinzas de um carvo, pois a composio varia de local para local de onde o carvo extrado.

A matria mineral normalmente constituda por piritas de ferro (FeS2), silicatos hidratados de alumnio, carbonatos de clcio e magnsio, cloretos alcalinos e outros compostos inorgnicos.

As cinzas so constitudas pelo resduo que permanece aps a queima total do carvo. Sua massa normalmente menor que a massa da matria mineral original. Isto se deve ao fato de que a matria mineral original sofre decomposio parcial durante o processo de combusto.

Carves de boa qualidade apresentam teor de cinzas que varia de 7 a 12% em massa.

Cinzas



Estequiometria do

processo de combusto



Introduo:

Visa a determinao da quantidade de ar necessrio reao qumica, bem como da composio qualitativa e quantitativa dos fumos e do resduo da combusto.

So aplicadas as tcnicas de balano material associadas a estequiometria das reaes qumicas, para se obter os valores procurados.

Podem ser utilizadas as equaes de estado dos gases perfeitos, pois pelo fato das reaes ocorrerem em presses prximas da atmosfrica, os gases envolvidos comportam-se como ideais.

As unidades empregadas nos balanos materiais podem ser de massa ou de volume, porm na maior parte das vezes, as quantidades de matria so as que oferecem maior facilidade.

Estequiometria do processo de combusto



Roteiro para a Soluo de Exerccios:

A) Adotar uma base de clculo quando no for especificada. Como regra geral, adota-se para combustveis slidos e lquidos, 1000 g de

combustvel. Para combustveis gasosos, pode-se adotar 100 mols do combustvel ou 1 m3 de gs

a CNTP;

B) escrever as reaes de combusto completa das espcies qumicas e/ou fraes combustveis;

Importante: nas reaes de combusto completa: todo o carbono oxidado a C02; todo o hidrognio oxidado a H20; o enxofre presente oxidado a 502; se houver CO, ser oxidado a C02 a combusto completa de hidrocarbonetos, lcoois, cetonas etc. produz C02 e H20.





C) como base na estequiometria das reaes e da quantidade de matria de cada espcie 1 frao combustvel, determinar a quantidade de matria de oxignio terico para o processo, lembrando que:

O2 TERICO = O2 PARA COMBUSTO COMPLETA - O2 DO COMEUSTIVEL de todo o combustvel

D) com base na informao do problema, calcular a quantidade de matria de oxignio em excesso e a quantidade real.

Lembrar que a quantidade de matria de oxignio em excesso uma porcentagem da quantidade terica, e que a quantidade real a soma da quantidade de matria terica com a quantidade de matria em excesso;

E) para encontrar as correspondentes quantidades de ar (em quantidade de matria ou volume), basta dividir as quantidades de 02 encontradas, por 0,21;

nAR = O2 0,21





F) se ocorrer queima incompleta, re-escrever as reaes de combusto, de acordo com os dados fornecidos;

G) desenhar um fluxograma do processo, marcando as correntes de entrada (ar e

combustvel) e as de sada (fumos e resduo); H) com base nos produtos das reaes, composio do ar e do combustvel,

especificar os componentes de cada corrente; I) encontrar as quantidades de matria de cada componente dos fumos, com base

nas respectivas equaes de combusto e a composio do combustvel e do comburente.

Lembrar que, nas combustes completas, a quantidade de matria de 02 nos fumos coincide com a quantidade de matria de 02 em excesso.

Nas incompletas, a quantidade de matria de 02 nos fumos deve ser obtida por meio da expresso:

O2 NOS FUMOS = O2 ALiMENTADO - O2 CONSUMIDO NAS REAES




exemplo



1) O que comburente e qual e a porcentagem de oxignio e nitrognio no ar atmosfrico? 2) Qual a razo entre a quantidade de matria e o volume, a quantidade de ar que contm certa quantidade de O2. 3) Qual a razo entre a quantidade de matria e o volume, a quantidade de ar que contm certa quantidade de N2. 4) Que volume de ar, medido na CNTP, contm 1 kg de O2. 5) Que massa de ar contm 1 m3 de O2 medidos na CNTP. 6) Qual a quantidade de matria de O2 contida na massa de ar que contm 1568g de N2. 7) Que volume de ar contm 1 m3 de O2.

2 Lista



8) Um combustvel slido apresenta a seguinte composio em porcentagem em massa: Considere a queima de 1kg desse combustvel com 60% de ar em excesso, calcular: a) quantidade de matria de O2terica; b) quantidade de matria de ar terico; c) quantidade de matria de O2 em excesso; d) quantidade de matria de O2 real; e e) quantidade de matria de ar real 9) Com base da composio qumica do combustvel do exerccio (8), considerando a

queima de 1kg desse combustvel com 30% de ar em excesso, calcular: a) quantidade de matria de O2terica; b) quantidade de matria de ar terico; c) quantidade de matria de O2 em excesso; d) quantidade de matria de O2 real; e e) quantidade de matria de ar real

2 Lista



10) Explique como funciona o aparelho de Orsat (anlise dos fumos de uma combusto e que gases so analisados?

11) O que so gases residuais ou fumos e cinzas de um processo de combusto? 12) Monte o esquema do processo de combusto bsico. 13) Um carvo possui a seguinte composio em porcentagem mssica: So empregados 68% de ar em excesso e considerando como base de calculo 1kg de

carvo e que todo o carbono desse carvo se transformou em CO2 , calcule: a) quantidade de matria de O2terica; b) quantidade de matria de O2 em excesso; c) quantidade de matria de O2 real; d) quantidade de matria de ar real; e) quantidade de matria de O2 nos fumos; f) quantidade de matria de N2 nos fumos e; g) massa de gua nos fumos.

2 Lista



14) Um carvo possui a seguinte composio em porcentagem mssica: Carbono = 72,36% Hidrognio = 12% Oxignio = 11,52% Cinza = 4,12% Deve ser queimado com 50% de ar em excesso e considerando como base de calculo 1kg

de carvo e que todo o carbono desse carvo se transformou em CO2 , calcule: a) quantidade de matria de ar real; e) quantidade de matria de de cada componente nos fumos; f) quantidade de matria total nos fumos.

2 Lista



Dados: para os exerccios 8,9, 13 e 14 utilize as seguintes reaes qumicas do C, H e S

C + O2 = CO2 1mol 1mol 1mol

H2 + O2 = H2O

1mol mol 1mol

S + O2 = SO2 1mol 1mol 1mol Massa atmicas : C = 12; H = 1; O = 16; S = 32 Mol n = m [g] / M [g/mol] onde m = massa M = massa atomica ou massa molar

2 Lista



Energia (calor) fornecida

Assim, quanto maiores forem as interaes entre

as molculas, mais fortemente unidas estaro e

mais difcil ser a mudana de estado fsico.

(A) Gs (B) Lquido (C) slido

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