Download - Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

Transcript
Page 1: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

1

Fontes renováveis e não renováveisCombustão

CombustíveisComburente

S.J. dos Campos

Complementos de Química AplicadaComplementos de Química Aplicada

Prof. Dr. FERNANDO CRUZ Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERIBARBIERI

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 2: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

2

Energia: fontes renováveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 3: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

3

• Entende-se por Entende-se por energiaenergia a capacidade de realizar a capacidade de realizar trabalhotrabalho..

• Fontes de energiaFontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou , portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: multiplicar o trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o ventoos músculos, o sol, o fogo, o vento etc. etc.

• DDepois da própria força humana, a epois da própria força humana, a primeira fonte de energiaprimeira fonte de energia que o que o homemhomem utilizou foi o utilizou foi o fogofogo (de 50 000 a.C). (de 50 000 a.C).

• A utilização da A utilização da força do ventoforça do vento, principalmente para a navegação, , principalmente para a navegação, deve ter começado em torno do deve ter começado em torno do ano 2 000 a.C.ano 2 000 a.C.

• O aproveitamento O aproveitamento da águada água, da , da força hidráulicaforça hidráulica para mover moinhos, para mover moinhos, iniciou-se em torno do iniciou-se em torno do século II a.Cséculo II a.C. .

• A partir do A partir do ano 1000 d.Cano 1000 d.C. começa a . começa a exploração mais intensa do exploração mais intensa do carvão mineralcarvão mineral (a hulha, inicialmente). (a hulha, inicialmente).

• Por volta do final do século XIX, surge a Por volta do final do século XIX, surge a eletricidadeeletricidade, o desenvolvimento , o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo e, conseqüentemente, dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo e, conseqüentemente, um notável desenvolvimento nas um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferasexplorações petrolíferas. .

Histórico Histórico

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 4: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

4

• Em Em meados do século XX, surgiu a energia nuclearmeados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a , sendo que a fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial.para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial.

• A enorme participação das A enorme participação das fontes não-renováveisfontes não-renováveis na oferta mundial na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes a busca por fontes alternativas de energia. alternativas de energia.

• Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas.que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas.

• Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais funções do engenheirodas principais funções do engenheiro, já que a mesma representa, na , já que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que envolvem a produção, além da interação com todos os processos que envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia. geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia.

• A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua sendo o principal processo de geração de energia usado pela sendo o principal processo de geração de energia usado pela humanidade além da Corrosão e Proteção contra a Corrosão que se humanidade além da Corrosão e Proteção contra a Corrosão que se traduz num processo de conservação de energia. traduz num processo de conservação de energia.

Histórico Histórico

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 5: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

5

• Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das radiações solares as quais ecossistemas provém das radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra.constituem a principal fonte de energia da Terra.

• O restante da energia é obtido de fontes primárias e O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem em outras formas, como energia transformado pelo homem em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química.mecânica, elétrica, energia térmica e química.

• Os recursos energéticos primários são classificados em Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis renováveis e não renováveise não renováveis..

Fontes de energiaFontes de energia

Fontes renováveisFontes renováveis

• Energia limpaEnergia limpa

• 1% da geração mundial1% da geração mundial

• Proposta brasileira para 10% até 2010Proposta brasileira para 10% até 2010

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 6: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

6

Vídeos 1 Vídeos 1

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 7: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

7

• Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o aproveitamento das variações do nível das marés, em lugares onde a aproveitamento das variações do nível das marés, em lugares onde a diferença é grande. diferença é grande.

• Neste século, o aproveitamento das marés para gerar energia Neste século, o aproveitamento das marés para gerar energia elétrica é uma das alternativas estudadas.elétrica é uma das alternativas estudadas.

• As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são chamadas de usinas maremotrizes.chamadas de usinas maremotrizes.

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

• São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo de de energiaenergia..

Energia das marés Energia das marés

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 8: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

8

• O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos nas regiões vulcânicasnas regiões vulcânicas constituindo assim uma outra forma de energia constituindo assim uma outra forma de energia alternativa.alternativa.

• Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor que pode atingir os 370 ºC, são drenados até á superfície água e vapor que pode atingir os 370 ºC, são drenados até á superfície por meio de tubulação apropriada. por meio de tubulação apropriada.

• Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina.normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina.

• A energia mecânica da turbina é então transformada em energia A energia mecânica da turbina é então transformada em energia

elétrica por meio do gerador.elétrica por meio do gerador.

Energia Geotérmica Energia Geotérmica

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 9: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

9

• Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes, mantendo-se a produção. rochas quentes, mantendo-se a produção.

• Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 necessidades energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 países.países.

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

Energia Geotérmica Energia Geotérmica

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 10: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

10

• A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade.A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade.

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

• O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia elétrica. não se gera energia elétrica.

• Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade.modo, continua-se a produzir eletricidade.

Energia Solar Energia Solar

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 11: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

11

• Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura gasosa combustível, resultante da fermentação pântanos) à mistura gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica.anaeróbica da matéria orgânica.

• De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CHmetano (CH44), com valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e ), com valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dióxido de carbono (COpor dióxido de carbono (CO22), com aproximadamente 35 a 45% de sua ), com aproximadamente 35 a 45% de sua composição. composição.

• O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. quantidade de metano existente na mistura gasosa.

• A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, aterros e esgotos entre outros. aterros e esgotos entre outros.

• Atualmente, existem duas situações possíveis para o Atualmente, existem duas situações possíveis para o aproveitamento do biogás. aproveitamento do biogás.

Energia de biogás Energia de biogás

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 12: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

12

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

• O segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidadeO segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidade . . Isto significa que o biogás permite a produção de Isto significa que o biogás permite a produção de energia elétrica e térmica. energia elétrica e térmica.

• Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, em caminhões de coleta de lixo.em caminhões de coleta de lixo.

• Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas e de fácil aquisição pelas pequenas propriedades rurais e e de fácil aquisição pelas pequenas propriedades rurais e pode ser pode ser usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de água, geladeira, fogão, lampião, lança-chamas entre aquecedor de água, geladeira, fogão, lampião, lança-chamas entre

outros.outros.

• Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água.(se não contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água.

• Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/mpoder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m33, quando a , quando a proporção em metano é aproximadamente 60 %. proporção em metano é aproximadamente 60 %.

Energia de biogás Energia de biogás

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 13: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

13

• É um gás de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente É um gás de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente ao butano e ao propano, traz menores riscos de explosão já que sua ao butano e ao propano, traz menores riscos de explosão já que sua acumulação se torna mais difícil.acumulação se torna mais difícil.

• O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) não é tóxico. Por outro teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) não é tóxico. Por outro lado, o metano obtido é muito corrosivo devido às impurezas que lado, o metano obtido é muito corrosivo devido às impurezas que contém.contém.

Energia de biogás Energia de biogás

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 14: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

14

• É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de fontes de energiaenergia: a cana-de-açúcar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai : a cana-de-açúcar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai álcool), diversos tipos de árvores (lenha e carvão vegetal), alguns óleos vegetais álcool), diversos tipos de árvores (lenha e carvão vegetal), alguns óleos vegetais (mamona, amendoim, soja, dendê), etc(mamona, amendoim, soja, dendê), etc

• Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão de origem biológica, produzidas a partir da biotecnologia.de origem biológica, produzidas a partir da biotecnologia.

• Trata-se de Trata-se de matéria vegetalmatéria vegetal produzida pelas radiações solares, por meio produzida pelas radiações solares, por meio da da fotossíntesefotossíntese. Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, . Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, ou ser convertida em ou ser convertida em combustívelcombustível gasoso ou líquido como metanol e etanol. gasoso ou líquido como metanol e etanol.

• A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produção de monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da produção de monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, são aspectos desvantajosos.madeira, são aspectos desvantajosos.

Energia de biomassa Energia de biomassa

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 15: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

15

• No No BrasilBrasil, na década de 70, em conseqüência da crise do petróleo, foi , na década de 70, em conseqüência da crise do petróleo, foi desenvolvido o desenvolvido o ProálcoolProálcool, com a produção de álcool etílico carburante a partir , com a produção de álcool etílico carburante a partir da cana de açúcar. da cana de açúcar.

• O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço de cana, resíduos agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior de cana, resíduos agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte é queimada a céu aberto, gerando poluição ambiental. parte é queimada a céu aberto, gerando poluição ambiental.

• Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas finalidades: produz o vapor e a energia elétrica. finalidades: produz o vapor e a energia elétrica.

Energia de biomassa Energia de biomassa

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 16: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

16

•A A energia cinéticaenergia cinética do vento é uma do vento é uma fonte de energia abundante e fonte de energia abundante e renovávelrenovável, limpa e disponível em todos os lugares. , limpa e disponível em todos os lugares.

•A utilização desta fonte para a geração de eletricidade, em escala comercial, A utilização desta fonte para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em teve início há pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em energia energia mecânica e elétricamecânica e elétrica..

•No Brasil, o aproveitamento dos No Brasil, o aproveitamento dos recursos eólicosrecursos eólicos tem sido feito tem sido feito tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento de água. de água.

•O O ventovento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina).(em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina).

•A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada.velocidade de rotação é aumentada.

Energia Aeólica Energia Aeólica

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 17: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

17

• O O geradorgerador ligado ao transmissor produz ligado ao transmissor produz energia elétricaenergia elétrica..

• A capacidade instalada no A capacidade instalada no BrasilBrasil não chega atualmente a 25 MW, com não chega atualmente a 25 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectado à rede elétrica. turbinas eólicas de médio e grande porte conectado à rede elétrica.

• Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrás na praia de Soledade, Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrás na praia de Soledade, no município de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas eólicas que juntas vão no município de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas eólicas que juntas vão gerar 1,8 MW.gerar 1,8 MW.

Energia Aeólica Energia Aeólica

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 18: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

18

• Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a idéia do Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a idéia do seu uso como combustível passou a ser cogitada a partir da década de seu uso como combustível passou a ser cogitada a partir da década de 1970, com a crise provocada pelo aumento do preço do petróleo. 1970, com a crise provocada pelo aumento do preço do petróleo.

• A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a comunidade internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica comunidade internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica de energia, com o uso de células a combustível.de energia, com o uso de células a combustível.

• São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química diretamente em energia elétrica, a partir de um combustível diretamente em energia elétrica, a partir de um combustível (hidrogênio) e um oxidante (oxigênio).(hidrogênio) e um oxidante (oxigênio).

• São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: alta eficiência, operação limpa e silenciosa, resposta rápida de alta eficiência, operação limpa e silenciosa, resposta rápida de carga, confiabilidade, manutenção reduzida e flexibilidade quanto carga, confiabilidade, manutenção reduzida e flexibilidade quanto ao combustível. ao combustível.

• O grande problema do uso desse tipo de combustível é o O grande problema do uso desse tipo de combustível é o custo da custo da produçãoprodução do mesmo, que pode ser feita a partir de do mesmo, que pode ser feita a partir de carvão ou gás natural, carvão ou gás natural, calor e eletricidade.calor e eletricidade.

Gás hidrogênio Gás hidrogênio

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 19: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

19

• Além disso, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de Além disso, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de energia gerada na sua queima é menor que a quantidade gasta na sua energia gerada na sua queima é menor que a quantidade gasta na sua produção. Assim, somente a produção em larga escala poderá viabilizar seu uso produção. Assim, somente a produção em larga escala poderá viabilizar seu uso de forma ampla.de forma ampla.

• Outro problema é o fato de ser Outro problema é o fato de ser altamente explosivo.altamente explosivo.

• Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar, manusear e disponibilizar esse combustível.armazenar, manusear e disponibilizar esse combustível.

Gás hidrogênio Gás hidrogênio

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 20: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

20

• Produzida por Produzida por quedas d’águaquedas d’água, a , a energia hidráulicaenergia hidráulica permite o permite o acionamento de turbinas que movimentam geradores elétricos, acionamento de turbinas que movimentam geradores elétricos, produzindo produzindo energia em grande ou pequena escalaenergia em grande ou pequena escala. .

• Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento dos cursos de aproveitamento dos cursos de águaágua. Mais de 90% da energia que o . Mais de 90% da energia que o BrasilBrasil consome provém do uso da energia hidráulica.consome provém do uso da energia hidráulica.

Energia hidrelétrica Energia hidrelétrica

1 - Reservatório (Montante) 5 - Sala de Comando 9 - Tomada d'água 2 - Barragem de Terra 6 - Subestação 10 - Turbina 3 - Barragem de Concreto 7 - Vertedouro 11 - Eixo da Turbina 4 - Casa de Máquinas 8 - Saída d´água (Jusante) 12 - Gerador

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 21: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

21

• As centrais hidrelétricasAs centrais hidrelétricas de grande porte apresentam problemas de de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental, já que requerem grandes inundações de terras com impacto ambiental, já que requerem grandes inundações de terras com modificação do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades.modificação do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades.

• Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua atratividade está na atratividade está na energia mais barataenergia mais barata, já que o , já que o combustível é a águacombustível é a água. .

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

das termoelétricas movidas a gás natural (fonte ANEEL).das termoelétricas movidas a gás natural (fonte ANEEL).

Energia hidrelétrica Energia hidrelétrica

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 22: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

22

Energia: fontes não renováveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 23: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

23

Vídeo 2Vídeo 2

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 24: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

24

• Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos. Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos.

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

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

• Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo é fonte de matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de é fonte de matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, pesticidas, tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas fertilizantes, pesticidas, tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas outras. outras.

• Os principais países produtores de Os principais países produtores de petróleopetróleo são a Rússia, a Arábia Saudita, são a Rússia, a Arábia Saudita, o Irã, o Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes.o Irã, o Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes.

Petróleo Petróleo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 25: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

25

• Destaca-se pelo fato de o Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas Brasil possuir grande parte das reservas mundiaismundiais até hoje conhecida. até hoje conhecida.

• Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas.Catarina, Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas.

• Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com substâncias orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, substâncias orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o constituindo um resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o petróleo.petróleo.

• Os produtos obtidos do Os produtos obtidos do xisto são mais carosxisto são mais caros que os similares obtidos dos que os similares obtidos dos derivados de petróleo.derivados de petróleo.

Xisto betuminoso Xisto betuminoso

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 26: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

26

Alcatrão bruto de hulhaAlcatrão bruto de hulha

• O O alcatrãoalcatrão é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e muito complexa e de cor preta.variável e muito complexa e de cor preta.

• É originário do processo de É originário do processo de coqueificação do carvãocoqueificação do carvão, onde as partes , onde as partes voláteis do carvão são separadas durante o aquecimento formando gases. voláteis do carvão são separadas durante o aquecimento formando gases.

• Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é condensado e decantado formando o é condensado e decantado formando o alcatrão de hulha. alcatrão de hulha.

• Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes últimos constituem a fração mais importante. estes últimos constituem a fração mais importante.

• Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem grande valor na indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações grande valor na indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações nas mais variadas áreas.nas mais variadas áreas.

Alcatrão Alcatrão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 27: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

27

Alcatrão de madeiraAlcatrão de madeira

• Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o alcatrão é obtido a partir da recuperação dos gases eliminados durante alcatrão é obtido a partir da recuperação dos gases eliminados durante o processo de carbonização. o processo de carbonização.

• Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e transforma-se em matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do transforma-se em matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso é a substituição dos derivados de petróleo, produtos de origem seu uso é a substituição dos derivados de petróleo, produtos de origem fóssil não-renováveis.fóssil não-renováveis.

•Ele é o responsável, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em Ele é o responsável, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em diversos embutidos, além de ser empregado também na fabricação de balas e diversos embutidos, além de ser empregado também na fabricação de balas e biscoitos.biscoitos.

Alcatrão Alcatrão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 28: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

28

• Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formações geológicas petrolíferas.formações geológicas petrolíferas.

• Apresenta poder calorífico da ordem de 8.500 a 9.000 kcal/mApresenta poder calorífico da ordem de 8.500 a 9.000 kcal/m33..

• Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses químicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de químicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre.enxofre.

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

• Atualmente o maior produtor é a Rússia.Atualmente o maior produtor é a Rússia.

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

• O gás natural é uma fonte de energia limpa, confiável e eficiente. É um dos O gás natural é uma fonte de energia limpa, confiável e eficiente. É um dos combustíveis preferidos para geração de energia. Liquefeito, é seguro e fácil de combustíveis preferidos para geração de energia. Liquefeito, é seguro e fácil de transportar. transportar.

• O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança por milhares de quilômetros.por milhares de quilômetros.

Gás natural Gás natural

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 29: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

29

• É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas há milhões de anos, sujeitas à ação da pressão, temperatura e há milhões de anos, sujeitas à ação da pressão, temperatura e bactérias. bactérias.

• São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial destaque para a hulha. destaque para a hulha.

• Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais carbono e menos hidrogênio e oxigênio possui o carvão.carbono e menos hidrogênio e oxigênio possui o carvão.

• Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico.carbono e hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico.

• O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que o oxigênio diminui o rendimento térmico.o oxigênio diminui o rendimento térmico.

• O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato

de produzirem substâncias tóxicas e corrosivas (SOde produzirem substâncias tóxicas e corrosivas (SO22 e P e P22OO55).).

• Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de forma a uniformizar sua granulometria. forma a uniformizar sua granulometria.

Carvões fósseis Carvões fósseis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 30: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

30

• A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos carvões brasileiros, pode até impedir sua utilização na forma como carvões brasileiros, pode até impedir sua utilização na forma como extraído, obrigando a um refino do mesmo.extraído, obrigando a um refino do mesmo.

• O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeSO enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS22), o ), o que pode acarretar uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com que pode acarretar uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com a possibilidade de formação de um aglomerado vítreo que impede a a possibilidade de formação de um aglomerado vítreo que impede a combustão do carvão.combustão do carvão.

• O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e de pirita se separem por densidade. matéria mineral e de pirita se separem por densidade.

Carvões fósseis Carvões fósseis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 31: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

31

• Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o calor é produzido por reação de fissão nuclear. qual o calor é produzido por reação de fissão nuclear.

• O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a 99,3%.99,3%.

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

• Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma potência instalada de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na potência instalada de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na França e 12 % no Japão.França e 12 % no Japão.

• No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia Atômica, havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo Atômica, havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo uma capacidade instalada líquida de 358 GW.uma capacidade instalada líquida de 358 GW.

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

Energia nuclear Energia nuclear

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 32: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

32

Energia nuclear Energia nuclear

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 33: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

33

• No BrasilNo Brasil, a participação da energia nuclear , a participação da energia nuclear não atinge 1%não atinge 1% do valor total. do valor total. A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como economicamente.economicamente.

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

• Uma das Uma das desvantagens mais importantes é o lixo nucleardesvantagens mais importantes é o lixo nuclear , para o qual , para o qual não existe tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, não existe tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, e que permanece radiativo por milhares de anos. e que permanece radiativo por milhares de anos.

• A produção de A produção de lixo tóxicolixo tóxico pelos países industrializados é estimada em 300 pelos países industrializados é estimada em 300 milhões de toneladas por ano. milhões de toneladas por ano.

Participação da energia nuclear na produção de energia elétricaParticipação da energia nuclear na produção de energia elétrica

Energia nuclear Energia nuclear

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 34: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

34

Energia nuclear Energia nuclear

Lituânia 80% Rep. Coréia 39 % Canadá 12 %

França 78 % Hungria 36 % Romênia 10 %

Bélgica 57 % Japão 35 % Argentina 7 %

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

Bulgária 47 % Finlândia 30 % Brasil 4 %

Suécia 46 % Espanha 26 % Holanda 4 %

Ucrânia 46 % Rep. Checa 25 % Índia 4 %

Armênia 41 % Reino Unido 22 % México 4 %

Eslovênia 41 % Estados Unidos 20 % Paquistão 3 %

Suíça 40 % Rússia 16 % China 1 %

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 35: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

35

Combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 36: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

36

• CombustãoCombustão é uma é uma reação químicareação química, mais especificamente como sendo uma , mais especificamente como sendo uma reação de oxidação a alta temperaturareação de oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma , e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação, obtida normalmente pela elevação de temperatura em um energia de ativação, obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível;ponto de combustível;

• Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar presentes simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de presentes simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação;ativação;

• O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia de ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o energia de ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo o combustível;término de todo o combustível;

• Toda combustão é uma reação de oxidação-reduçãoToda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de (transferência de elétrons);elétrons);

• O combustível atua sempre como fonte de elétrons;O combustível atua sempre como fonte de elétrons;

• O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante.como oxidante.

Combustão Combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 37: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

37

• Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:

Combustão Combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 38: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

38

CombustãoCombustível + comburente Combustível + comburente combustão combustão

Hidrocarbonetos + O2 Produtos

As reações de combustão são exotérmicas, liberam grandes quantidades de energia (na forma de luz ou calor), que possui várias aplicações: iluminação, funcionamento de motores, cozimento dos alimentos, etc.

Os produtos dependem do tipo de combustão que ocorre.

Page 39: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

39

Reação de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 40: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

40

• De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa. De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa.

• Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão se dá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente combustão se dá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado. misturado.

• No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás.dificuldade, pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás.

• É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície na combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do combustível;do combustível;

• Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa mais uma dificuldade para o contato combustível - que representa mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente. comburente.

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

Reação de combustão Reação de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 41: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

41

Tipos de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 42: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

42

Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadas no processo, podem ocorrer três tipos de combustão:alimentadas no processo, podem ocorrer três tipos de combustão:

Incompletas:Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor que quantidade estequiometricamente necessária, para oxidar que quantidade estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. totalmente todas as frações do combustível. formação de carbono na forma de fuligem (C) e água.

Teoricamente completaTeoricamente completa:: quando a alimentação de oxigênio é feita quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade estequiométrica necessária, para oxidar com a quantidade estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível.totalmente todas as frações do combustível. Formação de monóxido de carbono (CO) e água (H2O)

Completas:Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade estequiométrica necessária para oxidar que a quantidade estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível. totalmente todas as frações do combustível. Produz gás carbônico (CO2) e água na forma de vapor (H2O).

• A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo ter uma indicação da combustão obtida. nos permitindo ter uma indicação da combustão obtida.

Tipos de combustão Tipos de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 43: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

43

• Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio. nula) de oxigênio.

• Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustível fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezível (ou queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezível (ou nula) de CO. nula) de CO.

Tipos de combustão Tipos de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 44: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

44

Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 45: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

45

• Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear;fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear;

• Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio do ar, produzindo calor em grande quantidade. Função o oxigênio do ar, produzindo calor em grande quantidade. Função redutora.redutora.

1.Classificação dos combustíveis:1.Classificação dos combustíveis:

Sólidos:Sólidos:

• Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha;Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha;• Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;

Líquidos:Líquidos:

•Naturais: petróleo cru, gasolina natural;Naturais: petróleo cru, gasolina natural;•Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;

Gasoso:Gasoso:

•Naturais: gás natural;Naturais: gás natural;•Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 46: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

46

1.1.Principais Características dos Combustíveis mais ComunsPrincipais Características dos Combustíveis mais Comuns

1.1. “Combustíveis Sólidos”1.1. “Combustíveis Sólidos”

1.1.1. Lenha1.1.1. Lenha

• Perdeu a importância como combustível industrial:Perdeu a importância como combustível industrial:

- Baixa rentabilidade térmica- Baixa rentabilidade térmica- Crescente interesse como fonte de celulose- Crescente interesse como fonte de celulose

• Após corte Após corte teor de umidade oscila: 50 e 70%; teor de umidade oscila: 50 e 70%;

• Seca ao ar Seca ao ar teor reduz cerca de 15% teor reduz cerca de 15% PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg; PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg;

• Baixo poder calorífico Baixo poder calorífico Pirólise* Pirólise* Resíduo: carvão vegetal Resíduo: carvão vegetal PCI = PCI = 7200 a 8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas);7200 a 8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas);

• Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas ácido acético, metanol, acetona...). ácido acético, metanol, acetona...).

OBS.: * Pirólise OBS.: * Pirólise ruptura da estrutura molecular original pela ação ruptura da estrutura molecular original pela ação do calor.do calor.

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 47: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

47

1.1.2. Carvões fósseis1.1.2. Carvões fósseis

• Consideradas: rochas orgânicas combustíveis;Consideradas: rochas orgânicas combustíveis;

• Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha);Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha);

• Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos;milhões de anos;

• Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias;Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias;

• > grau transformação sofrida pela madeira > grau transformação sofrida pela madeira + C e - H e O possui o + C e - H e O possui o carvãocarvão;;

• % C na composição: funciona como escala da evolução da % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da madeira.transformação da madeira.

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 48: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

48

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

• S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SOS e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO22 e P e P22OO55););

• Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar granulometria);(uniformizar granulometria);

• Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua utilização na forma como é extraído impedir sua utilização na forma como é extraído refino; refino;

• Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e pirita quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade.se separem por densidade.

a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como combustível industrial. combustível industrial.

• Hulha gordaHulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise : apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem grande quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compressão.aglomerado e resistente a compressão.

• Hulha magraHulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável.: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável.

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 49: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

49

• Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O coque obtido é utilizado como combustível. São as combustíveis. O coque obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação do gás de hulha combustível;preferidas para fabricação do gás de hulha combustível;

• Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão. São as mais adequadas para as coquerias de compressão. São as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas;siderúrgicas;

• Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em fornos quando se necessita de fuliginosas. Utilizadas em fornos quando se necessita de aquecimento radiante;aquecimento radiante;

• Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico. Adequadas para fornos industriais e para produção poder calorífico. Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água;de vapor de água;

• Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 compactadas (evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso é deixado em silos (para secagem ao ar). dias que antecedem o uso é deixado em silos (para secagem ao ar).

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 50: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

50

1.1.1. Coque:1.1.1. Coque:

O O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do ar) ar) denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão faz que haja o desprendimento das matérias voláteis produzindo:faz que haja o desprendimento das matérias voláteis produzindo:

• Combustível gasosoCombustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos : gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos, hidrogênio e pequenas quantidades de CO, COparafínicos, hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO22 e e Hidrocarbonetos insaturados;Hidrocarbonetos insaturados;

• Combustível líquido:Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos combustíveis do alcatrão da hulha;óleos combustíveis do alcatrão da hulha;

• Combustível sólido dito coqueCombustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e : constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do carvão;pelas cinzas do carvão;

• Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre 1.100 e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno valores entre 1.100 e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação;de coqueificação; • Poder calorífico: 7.000 Kcal/KgPoder calorífico: 7.000 Kcal/Kg

• O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a do minério de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fósforo compressão e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro).(para evitar que esses elementos passem para o ferro).

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 51: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

51

1.2. “Combustíveis Líquidos”1.2. “Combustíveis Líquidos”

• Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes grupos:grupos:

1-Petróleo e seus derivados1-Petróleo e seus derivados2-Derivados do alcatrão de hulha ou do linhito2-Derivados do alcatrão de hulha ou do linhito3-Destilados dos xistos betuminosos3-Destilados dos xistos betuminosos4-Hidrocarbonetos sintéticos4-Hidrocarbonetos sintéticos5-Álcool etílico5-Álcool etílico

1.2.1. Derivados do Petróleo1.2.1. Derivados do Petróleo

1.2.1.1 Gasolina1.2.1.1 Gasolina

• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 6 -12 átomos de carbono;Mistura de hidrocarbonetos contendo: 6 -12 átomos de carbono;

• Pode ser: Natural ou Petróleo;Pode ser: Natural ou Petróleo;

• Poder calorífico: 11.000 Kcal/Kg;Poder calorífico: 11.000 Kcal/Kg;

• Ponto de fulgor 40º C (gasolina automotiva) e 46 ºC (gasolina de Ponto de fulgor 40º C (gasolina automotiva) e 46 ºC (gasolina de aviação);aviação);

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 52: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

52

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

• Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão até que ocorra a pré-detonação ou “batida de pinos”;compressão até que ocorra a pré-detonação ou “batida de pinos”;

• A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano que apresenta pré-detonação com a mesma relação de n-heptano que apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a gasolina testada. A porcentagem de iso-octano compressão que a gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos dará o índice de octanas ou octanagem na mistura equivalente, nos dará o índice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso-octano e comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso-octano e 20% de heptano, a gasolina em teste será 80;20% de heptano, a gasolina em teste será 80;

Esse método se baseia na convenção de que:Esse método se baseia na convenção de que:

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

• A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de octanagem;intermediários de octanagem;

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 53: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

53

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

- de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, benzol, gasolinas naturais...);benzol, gasolinas naturais...);

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

Curiosidades:Curiosidades:

Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum?Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum?

• A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e no pistão) deixa resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma.no pistão) deixa resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma.• Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar, que provoca a queima e gera energia para o motor gasolina com o ar, que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a eficiência do carro. funcionar. Diminuindo, assim, a eficiência do carro. • Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência da gasolina. da gasolina. • A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a aditivada possui uma espécie de detergente. aditivada possui uma espécie de detergente. • Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acúmulo de mais resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e acúmulo de mais resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e também é queimada.também é queimada.(fonte: (fonte: http://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htm))

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 54: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

54

1.2.1.2 Querosene1.2.1.2 Querosene

• Primeiro derivado do petróleo de valor comercial;Primeiro derivado do petróleo de valor comercial;

• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 14 - 19 átomos de carbono;Mistura de hidrocarbonetos contendo: 14 - 19 átomos de carbono;

• Incolor, menos volátil que a gasolina;Incolor, menos volátil que a gasolina;

• Excelente poder de solvência;Excelente poder de solvência;

• Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de combustão interna;combustão interna;

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

• Ponto de fulgor 40ºC;Ponto de fulgor 40ºC;

• Poder calorífico: 11.500 Kcal/Kg.Poder calorífico: 11.500 Kcal/Kg.

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 55: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

55

1.2.1.3 Óleo Diesel1.2.1.3 Óleo Diesel

• Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de energia;energia;

• Poder calorífico: 10.100 Kcal/Kg;Poder calorífico: 10.100 Kcal/Kg;

• Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC (biodiesel (biodiesel segundo ANP); segundo ANP);

• Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de ignição do combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de ignição do combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de cetanas, menor será o retardo de ignição e por conseguinte melhor será sua cetanas, menor será o retardo de ignição e por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se;capacidade de incendiar-se;

• Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores diesel de alta velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. diesel de alta velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade aceitam óleos com índice 25;Para baixa velocidade aceitam óleos com índice 25;

• Cetano é um Cetano é um hidrocarboneto  parafínico ( (alcano) de ) de fórmula química CH CH33(CH(CH22))1414CHCH33 (C (C1616HH3434) usado como padrão na avaliação das propriedades ) usado como padrão na avaliação das propriedades ignitoras do ignitoras do diesel (o  (o número de cetano). ).

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 56: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

56

1.2.2. Derivados do Alcatrão1.2.2. Derivados do Alcatrão

Benzeno (CBenzeno (C66HH66) - principal) - principal

• Poder calorífico: 10.500 Kcal/KgPoder calorífico: 10.500 Kcal/Kg• Índice de octano = 88Índice de octano = 88• Principal utilização: aditivo para gasolinaPrincipal utilização: aditivo para gasolina

1.2.3. Destilados de Xistos betuminoso1.2.3. Destilados de Xistos betuminoso

• Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis (20% tipo gasolina e 50% do tipo óleo diesel).(20% tipo gasolina e 50% do tipo óleo diesel).

1.2.4. Hidrocarbonetos sintéticos1.2.4. Hidrocarbonetos sintéticos

• Utilizados: Processo de síntese;Utilizados: Processo de síntese;

• Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-detonante).detonante).

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 57: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

57

1.2.5. Álcool Etílico1.2.5. Álcool Etílico

• Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção de etanol da cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros de etanol da cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros cúbicos, com perspectivas de atingir 35,7 milhões de metros cúbicos, com perspectivas de atingir 35,7 milhões de metros cúbicos em 2012-2013);cúbicos em 2012-2013);

• Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo sacarino (África), trigo (Europa)...(Alemanha), sorgo sacarino (África), trigo (Europa)...

• Poder calorífico: 6.500 Kcal/kg;Poder calorífico: 6.500 Kcal/kg;

• Ponto de fulgor 13ºC;Ponto de fulgor 13ºC;

• Exige menor quantidade de ar para combustão;Exige menor quantidade de ar para combustão;

• Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a 25% em mistura com a gasolina;25% em mistura com a gasolina;

• Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo (em média 95% etanol + 5% água);(em média 95% etanol + 5% água);

•Alto poder anti-detonanteAlto poder anti-detonante..

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 58: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

58

1.3. “Combustíveis Gasosos”1.3. “Combustíveis Gasosos”

• Na temperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam Na temperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam numerosas vantagens sobre os demais combustíveis:numerosas vantagens sobre os demais combustíveis:

1.1.Maior facilidade na reação de combustãoMaior facilidade na reação de combustão2.2.Maior facilidade de regular a entrada de arMaior facilidade de regular a entrada de ar3.3.Maior extensão da chamaMaior extensão da chama4.4.Maior facilidade de transporteMaior facilidade de transporte5.5.Maior facilidade de pré-aquecimentoMaior facilidade de pré-aquecimento6.6.Ausência de cinzasAusência de cinzas

• São sempre misturas gasosas;São sempre misturas gasosas;

• Composição varia:Composição varia:

- forma de produção (combustíveis preparados) ou - forma de produção (combustíveis preparados) ou - fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais)- fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais)

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 59: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

59

• Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir:Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir:

Destaques:Destaques:

1.3.1. Gás natural:1.3.1. Gás natural: Combustível fóssil: Metano (CH Combustível fóssil: Metano (CH44) + ) + Hidrocarbonetos Parafínicos (etano, propano e outros mais Hidrocarbonetos Parafínicos (etano, propano e outros mais pesados) pesados) Ocorre: formações geológicas petrolíferas. Possui Ocorre: formações geológicas petrolíferas. Possui aplicações domésticas, industriais e automotivas.aplicações domésticas, industriais e automotivas.

Poder calorífico: 8.993 Kcal/kg;Poder calorífico: 8.993 Kcal/kg;

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 60: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

60

Incolor e inodoro, o gás natural dissipa-se facilmente na Incolor e inodoro, o gás natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de vazamento, por ser mais leve que o ar. atmosfera em caso de vazamento, por ser mais leve que o ar. Para inflamar é preciso que seja submetido a uma temperatura Para inflamar é preciso que seja submetido a uma temperatura superior a 620°C. Além disso, o gás natural queima com uma superior a 620°C. Além disso, o gás natural queima com uma chama quase imperceptível. Por questões de segurança, o gás chama quase imperceptível. Por questões de segurança, o gás natural comercializado é odorizado com enxofre.natural comercializado é odorizado com enxofre.

1.3.2. Gás liquefeito de petróleo (GLP):1.3.2. Gás liquefeito de petróleo (GLP): Propano (C Propano (C33HH88) + Butano ) + Butano (C(C44HH1010))

Utilizado: Combustível industrial, doméstico... São mais densos Utilizado: Combustível industrial, doméstico... São mais densos que o ar e em caso de vazamento, tendem a se depositar que o ar e em caso de vazamento, tendem a se depositar apresentando o perigo de explosão e/ou asfixia.apresentando o perigo de explosão e/ou asfixia.

Poder calorífico: 11.500 Kcal/kg;Poder calorífico: 11.500 Kcal/kg;

OBS.: Normalmente comercializado em botijões no estado OBS.: Normalmente comercializado em botijões no estado líquido, tornando-se gasoso à pressão atmosférica e temperatura líquido, tornando-se gasoso à pressão atmosférica e temperatura ambiente na hora de sua utilização em fogão. Por ser um produto ambiente na hora de sua utilização em fogão. Por ser um produto inodoro por natureza, um composto à base de enxofre é inodoro por natureza, um composto à base de enxofre é adicionado, dando-lhe um cheiro bastante característico para adicionado, dando-lhe um cheiro bastante característico para facilitar a detecção de possíveis vazamentos.facilitar a detecção de possíveis vazamentos.

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 61: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

61

1.3.3. Gás de hulha:1.3.3. Gás de hulha: Obtido: destilação seca da hulha, em Obtido: destilação seca da hulha, em ausência de ar, resultando ainda um resíduo combustível ausência de ar, resultando ainda um resíduo combustível coque. Uma tonelada de hulha gera em média 300 a 350 mcoque. Uma tonelada de hulha gera em média 300 a 350 m33 de de gás. Poder calorífico: 4.000 a 5.000 Kcal/mgás. Poder calorífico: 4.000 a 5.000 Kcal/m33, 50 Kg de alcatrão, , 50 Kg de alcatrão, 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de águas amoniacais (fonte de 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de águas amoniacais (fonte de NHNH33).).

1.3.4. Gás de ar:1.3.4. Gás de ar: “Gás Pobre”, devido seu baixo poder calorífico “Gás Pobre”, devido seu baixo poder calorífico (1.200 a 1.600 kcal/m(1.200 a 1.600 kcal/m33. Obtido: Oxidação parcial do carbono, a . Obtido: Oxidação parcial do carbono, a partir do coque, carvões minerais ou vegetais;partir do coque, carvões minerais ou vegetais;

1.3.5. Gás de água:1.3.5. Gás de água: Apresenta em média: CO Apresenta em média: CO22 5,1%; CO 40,2%; 5,1%; CO 40,2%; HH22 50%; CH 50%; CH44 0,7 % e N 0,7 % e N22 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 2700 Kcal/m2700 Kcal/m33. Obtido: injeção de vapor de água sobre carvão . Obtido: injeção de vapor de água sobre carvão incandescente;incandescente;

1.3.6. Gases carburados:1.3.6. Gases carburados: Gás de água ou gás misto enriquecido Gás de água ou gás misto enriquecido com vapores de hidrocarbonetos, obtidos com vapores de hidrocarbonetos, obtidos craqueamento de craqueamento de um óleo combustível pesado. Poder calorífico: 5.400 Kcal/mum óleo combustível pesado. Poder calorífico: 5.400 Kcal/m33;;

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 62: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

62

1.3.7. Gás de alto forno:1.3.7. Gás de alto forno: Possui cerca de 30% de CO e pequena Possui cerca de 30% de CO e pequena quantidade de H. Resultante: utilização parcial do CO para quantidade de H. Resultante: utilização parcial do CO para redução do minério de ferro dentro do alto forno. CO é produzido redução do minério de ferro dentro do alto forno. CO é produzido pela queima do coque com insuficiência de oxigênio durante o pela queima do coque com insuficiência de oxigênio durante o processo. Poder calorífico: 900 Kcal/mprocesso. Poder calorífico: 900 Kcal/m33 (utilizado na própria (utilizado na própria siderúrgica, misturado ao gás de coqueira);siderúrgica, misturado ao gás de coqueira);

1.3.8. Gás de tratamento de esgoto:1.3.8. Gás de tratamento de esgoto: Produzido: durante a Produzido: durante a digestão anaeróbica dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% digestão anaeróbica dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% de metano (CHde metano (CH44) e poder calorífico: 5.800 a 6.500 Kcal/m) e poder calorífico: 5.800 a 6.500 Kcal/m33..

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 63: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

63

Composição química dos combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 64: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

64

2. Composição dos combustíveis:2. Composição dos combustíveis:

2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.

• São muito freqüentes na composição dos combustíveis respondendo São muito freqüentes na composição dos combustíveis respondendo pela geração de calor e pela função redutora;pela geração de calor e pela função redutora;

• Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou combinados na forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CHcombinados na forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH44 etc); etc);

Reações de combustão: carbonoReações de combustão: carbono

CC(grafite)(grafite) + O + O22 CO CO22 + 94 kcal (reação completa) + 94 kcal (reação completa)CC(grafite)(grafite) + CO + CO22 2 CO + 40,8 kcal ( 2 CO + 40,8 kcal (reação parcial pela falta de O - reação parcial pela falta de O -

endotérmica)endotérmica)CC(grafite)(grafite) + ½ O + ½ O22 CO + 26,6 kcal (reação incompleta) CO + 26,6 kcal (reação incompleta)

Reações de combustão: hidrogênioReações de combustão: hidrogênio

HH2(gás)2(gás) + ½ O + ½ O22 H H22O (vapor) + 57,8 kcalO (vapor) + 57,8 kcalHH2(gás)2(gás) + ½ O + ½ O22 H H22O (líquido) + 68,3 kcalO (líquido) + 68,3 kcal

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 65: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

65

Composição dos combustíveis:Composição dos combustíveis:

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

Reações de combustão: OxigênioReações de combustão: Oxigênio

• A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente uma redução na geração de calor;uma redução na geração de calor;

• Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor;Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor;

• Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento na constituição dos combustíveis.na constituição dos combustíveis.

C + OC + O22 CO CO22 + 94 kcal (reação completa) + 94 kcal (reação completa)CO + ½ OCO + ½ O22 CO CO22 + 69,9 kcal + 69,9 kcal

CHCH44 + 2 O + 2 O22 CO CO22 + 2 H + 2 H22O + 200 kcalO + 200 kcalCHCH44O + 3/2 OO + 3/2 O22 CO CO22 + 2 H + 2 H22O + 160 kcalO + 160 kcal

Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por oxidação parcial, preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono; ou oxidação parcial, preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono; ou como se a parte do C e do Hcomo se a parte do C e do H22 do combustível tivesse sido queimada do combustível tivesse sido queimada previamente pelo Opreviamente pelo O22 de constituição de constituição

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 66: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

66

Reações de combustão: nitrogênioReações de combustão: nitrogênio

• O nitrogênio apresenta grande inércia química, caracterizada por O nitrogênio apresenta grande inércia química, caracterizada por uma baixa tendência de combinação, inclusive nos processos uma baixa tendência de combinação, inclusive nos processos usuais de combustão;usuais de combustão;

• O nitrogênio presente num combustível não se oxida durante o O nitrogênio presente num combustível não se oxida durante o processo de combustão e assim, em nada contribui para a geração processo de combustão e assim, em nada contribui para a geração de calor;de calor;

• Entretanto o nitrogênio como uma espécie material possui massa, Entretanto o nitrogênio como uma espécie material possui massa, e sua presença no combustível aumenta a massa total do mesmo;e sua presença no combustível aumenta a massa total do mesmo;

• O Poder Calorífico de um combustível é a relação entre a O Poder Calorífico de um combustível é a relação entre a quantidade de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) quantidade de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustível queimada:do combustível queimada:

• Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o aumento da massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta aumento da massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição do Poder Calorífico do combustível. uma diminuição do Poder Calorífico do combustível.

Combustíveis Combustíveis

queimadovolumemassa

QPC gerado

)(

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 67: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

67

Reações de combustão: enxofreReações de combustão: enxofre

Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se oxida de acordo com as reações:oxida de acordo com as reações:

S + OS + O22 SO SO22 + 72 kcal + 72 kcal S + 3/2 OS + 3/2 O22 SO SO33 + 105,5 kcal + 105,5 kcal

• Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de enxofre apresenta interesse, porém, paralelamente, há um aspecto enxofre apresenta interesse, porém, paralelamente, há um aspecto altamente negativo que anula esta vantagem e torna a presença altamente negativo que anula esta vantagem e torna a presença desse elemento inconveniente. São os produtos da sua oxidação;desse elemento inconveniente. São os produtos da sua oxidação;

• Tanto o SOTanto o SO22 como o SO como o SO33 são substâncias extremamente tóxicas e são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas, constituindo-se em poderosos agentes poluentes;corrosivas, constituindo-se em poderosos agentes poluentes;

• Mesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SOMesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SO22 reage com a água presente nos produtos da combustão, formando o reage com a água presente nos produtos da combustão, formando o ácido sulfuroso (Hácido sulfuroso (H22SOSO33). O SO). O SO33 dá origem ao ácido sulfúrico (H dá origem ao ácido sulfúrico (H22SOSO44). ).

SOSO22 + H + H22O O H H22SOSO33 SOSO33 + H + H22O O H H22SOSO44

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 68: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

68

Reações de combustão: fósforoReações de combustão: fósforo

• O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação:O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação:

PP44 + 5 O + 5 O22 P P44OO1010 + 360 kcal + 360 kcal

• O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácido fosfórico (Ho ácido fosfórico (H33P0P044) que sendo corrosivo, torna indesejável a ) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo no combustível.presença de fósforo no combustível. PP44OO1010 + 6 H + 6 H22O O 4 H 4 H33POPO44

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 69: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

69

Calculo das frações do elementos combustíveis no Calculo das frações do elementos combustíveis no processo de combustãoprocesso de combustão

Deduções , formulações e exercícios Deduções , formulações e exercícios

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 70: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

70

Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrogênio a parcela Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrogênio a parcela já queimada, chamando de:já queimada, chamando de:

Convenção:Convenção:

• HHTT (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no combustível;combustível;

• HHCC (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do combustível; ecombustível; e

• HHLL (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o processo de combustão.processo de combustão.

A quantidade de hidrogênio de um combustível pode ser A quantidade de hidrogênio de um combustível pode ser representado por:representado por:

• O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num combustível é feito pela fórmula e na reação da água que é produto combustível é feito pela fórmula e na reação da água que é produto formado na oxidação do hidrogênio.formado na oxidação do hidrogênio.

Combustíveis Combustíveis

LCT HHH

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 71: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

71

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

•Por definição é Por definição é quantidade de matéria de um sistema que quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades elementarescontém tantas entidades elementares (partículas = átomos, (partículas = átomos, moléculas, íons, elétrons entre outras partículas) quantos moléculas, íons, elétrons entre outras partículas) quantos átomos existentes em um elemento químico.átomos existentes em um elemento químico.

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

Massa molar do: HMassa molar do: H22 = 2 = 2 OO22 =32 => Cte =32 => Cte S = 32S = 32 HH22O = 18O = 18

CombustíveisCombustíveis

]/.[.

][

molgMM

gmn

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 72: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

72

Assim para efeito de geração de calor na combustão, considera-se Assim para efeito de geração de calor na combustão, considera-se que cada átomo de O presente na formula do combustível anule 2 que cada átomo de O presente na formula do combustível anule 2 átomos de H, então a relação fica: átomos de H, então a relação fica:

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 73: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

73

IMPORTANTE: Como cada átomo de Oxigênio anula (reage) IMPORTANTE: Como cada átomo de Oxigênio anula (reage) com dois átomos de Hidrogênio do próprio combustível com dois átomos de Hidrogênio do próprio combustível (combinado) e o hidrogênio restante que é considerado útil (combinado) e o hidrogênio restante que é considerado útil para o processo de combustão (livre), para o cálculo da para o processo de combustão (livre), para o cálculo da quantidade de água, pode-se dizer que:quantidade de água, pode-se dizer que:

H o H o Hidrogênio livreHidrogênio livre produzirá nos fumos, a produzirá nos fumos, a água formadaágua formada;;

H o H o Hidrogênio combinadoHidrogênio combinado produzirá nos fumos, a produzirá nos fumos, a água água combinadacombinada;;

H o H o Hidrogênio totalHidrogênio total produzirá produzirá água totalágua total presente nos presente nos fumos;fumos;( se o combustível possui água na forma de umidade, também ( se o combustível possui água na forma de umidade, também deve ser considerada)deve ser considerada)

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 74: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

74

EXEMPLO: EXEMPLO:

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Combustível Combustível

HH22 H H2 livre2 livre

HH2combinado2combinado

CC

SS

OO22

etcetc

ComburenteComburente

Ar NAr N2 2 79%79%

OO2 2 2121%%

FumosFumos

HH22O CombinadoO Combinado

FormadaFormada

CCOO22

SOSO22

etcetc

Page 75: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

75

EXEMPLO DE CÁLCULOEXEMPLO DE CÁLCULO

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 76: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

76

EXEMPLO DE CÁLCULOEXEMPLO DE CÁLCULO

Combustíveis Combustíveis

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 77: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

77

1) O que é energia e qual o papel do engenheiro?1) O que é energia e qual o papel do engenheiro?

2) O que são fontes renováveis?2) O que são fontes renováveis?

3) Quais a vantagens e desvantagens das seguintes fontes renováveis:3) Quais a vantagens e desvantagens das seguintes fontes renováveis:

a) energia das marés a) energia das marés b) energia geotérmicab) energia geotérmicac) energia solarc) energia solard) energia de biogás d) energia de biogás e) energia de biomassae) energia de biomassaf) energia aeólicaf) energia aeólicag) gás hidrogêniog) gás hidrogênioh) energia hidrelétrica h) energia hidrelétrica

4) O que são fontes não renováveis e dê alguns exemplos.4) O que são fontes não renováveis e dê alguns exemplos.

5) O que é combustão?5) O que é combustão?

6) Quais são os tipos de combustão?6) Quais são os tipos de combustão?

7) O que são combustíveis e como são classificados?7) O que são combustíveis e como são classificados?

11ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 78: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

78

8) O que são elementos elementares e secundários de um combustível e quais as 8) O que são elementos elementares e secundários de um combustível e quais as suas influências?suas influências?

9) Deduzir as equações de massa e quantidade de matéria (mol) da relação de 9) Deduzir as equações de massa e quantidade de matéria (mol) da relação de hidrogênio livre e combinado. Dados: Hhidrogênio livre e combinado. Dados: HLL = H = HCC + H + HLL

10) Um combustível apresenta a seguinte composição em 1kg:10) Um combustível apresenta a seguinte composição em 1kg:

Para 1kg de combustível, pede-se:Para 1kg de combustível, pede-se:a) a quantidade de matéria e em massa, as quantidades de hidrogênio livre e a) a quantidade de matéria e em massa, as quantidades de hidrogênio livre e

conbinado;conbinado;b) as massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão;b) as massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão;c) a massa de água do combustível;c) a massa de água do combustível;d) a massa de combustível capaz de gerar calor.d) a massa de combustível capaz de gerar calor.

11) Considere os combustíveis “X” e “Y” de composições percentuais em massa:11) Considere os combustíveis “X” e “Y” de composições percentuais em massa:

a) em qual deles a porcentagem de hidrogênio combinado é maior?a) em qual deles a porcentagem de hidrogênio combinado é maior?b) em qual deles a porcentagem de hidrogênio livre é maior?b) em qual deles a porcentagem de hidrogênio livre é maior?c) qual o mais agressivo a aparelhagem?c) qual o mais agressivo a aparelhagem?d) em qual deles a quantidade de água nos produtos da combustão é maior? d) em qual deles a quantidade de água nos produtos da combustão é maior?

12) Quais são as principais características dos combustíveis líquidos, sólidos e gasosos, dê 12) Quais são as principais características dos combustíveis líquidos, sólidos e gasosos, dê exemplos desses combustíveis?exemplos desses combustíveis?

11ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 79: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

79

NP1

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 80: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

80

Comburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 81: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

81

Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os elétrons cedidos pelo combustível, industrialmente, quase que na fixando os elétrons cedidos pelo combustível, industrialmente, quase que na totalidade dos casos, o comburente é o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar totalidade dos casos, o comburente é o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar

atmosférico.atmosférico.

A composição média percentual (volumétrica ou em mols) do ar seco A composição média percentual (volumétrica ou em mols) do ar seco é:é:

nitrogênio (Nnitrogênio (N22) ) 78,03% 78,03% oxigênio (0oxigênio (022) ) 20,99% 20,99% argônio (Ar) argônio (Ar) 0,94% 0,94% dióxido de carbono (COdióxido de carbono (CO22) ) 0,03% 0,03% hidrogênio (Hhidrogênio (H22) ) 0,01% 0,01%

(os demais gases nobres encontram-se em proporções desprezíveis). (os demais gases nobres encontram-se em proporções desprezíveis).

Pode-se considerar apenas duas frações:Pode-se considerar apenas duas frações:

• Oxigênio (comburente) = 20,99% Oxigênio (comburente) = 20,99% • Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01% Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01%

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 82: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

82

•Para Para efeito de cálculos práticosefeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a de combustão, considera-se a composição volumétrica ou em mols do ar seco como:composição volumétrica ou em mols do ar seco como:

Oxigênio (OOxigênio (O22) 21% e Nitrogênio (N) 21% e Nitrogênio (N22) 79% ) 79%

•A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases raros e o dióxido de carbono.raros e o dióxido de carbono.

•Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar dessa fração como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos dessa fração como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos

outros gases.outros gases.

• Em conseqüência desta simplificação a massa molar média do ar Em conseqüência desta simplificação a massa molar média do ar seco será:seco será:

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

• Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que em 100 L de ar atmosférico seco tem-se 21 L de Oem 100 L de ar atmosférico seco tem-se 21 L de O22 e 79 L de N e 79 L de N22. .

• E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar atmosférico seco possui 21 mols de Oatmosférico seco possui 21 mols de O22 e 79 mol de N e 79 mol de N22. .

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 83: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

83

•Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar atmosférico seco virá acompanhado de nitrogênio, na seguinte atmosférico seco virá acompanhado de nitrogênio, na seguinte proporção:proporção:

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 84: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

84

EXEMPLOS DE CÁLCULO:EXEMPLOS DE CÁLCULO:

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 85: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

85

EXEMPLOS DE CÁLCULO:EXEMPLOS DE CÁLCULO:

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 86: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

86

EXEMPLOS DE CÁLCULO:EXEMPLOS DE CÁLCULO:

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 87: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

87

EXEMPLOS DE CÁLCULO:EXEMPLOS DE CÁLCULO:

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 88: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

88

ComburenteComburente

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 89: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

89

Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 90: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

90

Quando num processo de combustão, se fixa a proporção de Quando num processo de combustão, se fixa a proporção de alimentação de combustível e comburente de modo a obter-se uma alimentação de combustível e comburente de modo a obter-se uma combustão estequiométrica, nota-se que, invariavelmente, recai-se combustão estequiométrica, nota-se que, invariavelmente, recai-se numa combustão incompleta ou parcial. As combustões numa combustão incompleta ou parcial. As combustões estequiométricas são portanto teóricas ou ideais.estequiométricas são portanto teóricas ou ideais. Na prática, para obter-se combustões completas, é necessário Na prática, para obter-se combustões completas, é necessário alimentar comburente em excesso. alimentar comburente em excesso.

Duas são as razões da necessidade do excesso: Duas são as razões da necessidade do excesso:

a) Contato combustível - comburentea) Contato combustível - comburente

À medida que se aumenta a quantidade de moléculas de OÀ medida que se aumenta a quantidade de moléculas de O22, , aumenta a probabilidade de choque com as moléculas do aumenta a probabilidade de choque com as moléculas do combustível (ou com suas partículas finamente divididas). Assim, combustível (ou com suas partículas finamente divididas). Assim, cresce a taxa de conversão dos reagentes em produtos da reação. cresce a taxa de conversão dos reagentes em produtos da reação.

b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações.b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações.

As reações de combustão ocorrem em fase gasosa, e são reações de As reações de combustão ocorrem em fase gasosa, e são reações de equilíbrio químico (reversíveis). (garantia de reação exotérmica)equilíbrio químico (reversíveis). (garantia de reação exotérmica)

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 91: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

91

Os equilíbrios ocorrem como decorrência das temperaturas Os equilíbrios ocorrem como decorrência das temperaturas atingidas sendo impossível evitar que se estabeleçam. atingidas sendo impossível evitar que se estabeleçam.

a 1.500 °Ca 1.500 °C CO + ½ O CO + ½ O22 CO CO22

a 1.700 °Ca 1.700 °C H H22 + ½ O + ½ O22 H H22O O

a 2.500 °Ca 2.500 °C C + ½ O C + ½ O22 CO CO

Como já foi visto, as Como já foi visto, as reações diretasreações diretas (sentido para a direita) (sentido para a direita) são são exotérmicasexotérmicas, , liberam calorliberam calor. Em decorrência, as reações inversas . Em decorrência, as reações inversas (sentido para a esquerda) são endotérmicas. (sentido para a esquerda) são endotérmicas.

Num Num processo de combustãoprocesso de combustão sempre se sempre se atinge temperaturas atinge temperaturas elevadaselevadas, o que acarreta o estabelecimento do , o que acarreta o estabelecimento do equilíbrio químicoequilíbrio químico. .

Com o Com o aumento da concentração de oxigênioaumento da concentração de oxigênio no sistema, no sistema, evitamosevitamos o o deslocamento do equilíbrio no sentido da deslocamento do equilíbrio no sentido da reformação dos reagentesreformação dos reagentes (ou seja, para a esquerda). (ou seja, para a esquerda).

A A porcentagem de ar em excessoporcentagem de ar em excesso é expressa em relação à é expressa em relação à quantidade teóricaquantidade teórica, estequiometricamente calculada, ou seja, trata-, estequiometricamente calculada, ou seja, trata-se de uma se de uma parcela a ser alimentada além da quantidade teórica (ou parcela a ser alimentada além da quantidade teórica (ou estequiométrica).estequiométrica).

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

exotérmicaexotérmica

endotérmiendotérmicaca

Page 92: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

92

Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente

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

• O que nota é que a partir de uma O que nota é que a partir de uma certa quantidadecerta quantidade, o aumento , o aumento do excesso apresenta como resultado uma diminuição na do excesso apresenta como resultado uma diminuição na temperatura da câmara de combustão. Isto ocorre porque o temperatura da câmara de combustão. Isto ocorre porque o comburente alimentado em excesso exagerado além de não comburente alimentado em excesso exagerado além de não contribuir para o aumento da energia gerada, contribuir para o aumento da energia gerada, rouba calor do rouba calor do sistemasistema, aquecendo-se. , aquecendo-se.

• Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de uma fonte quente para uma fria, é a diferença de temperatura. uma fonte quente para uma fria, é a diferença de temperatura.

• Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperatura da fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor temperatura da fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor (aquecer), embora tenha-se geração de calor no processo. (aquecer), embora tenha-se geração de calor no processo.

• A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da construção da instalação e das condições de tipo de combustível, da construção da instalação e das condições de operação. operação.

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 93: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

93

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

• combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso; combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso;

• combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso; combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso;

• combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso. combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso.

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 94: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

94

Conceitos e Definições sobre o comburente.Conceitos e Definições sobre o comburente.

Oxigênio Teórico:Oxigênio Teórico: é a quantidade estequiométrica de oxigênio é a quantidade estequiométrica de oxigênio necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível. necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível.

• Quando se calcula o oxigênio teórico, deve-se impor queima Quando se calcula o oxigênio teórico, deve-se impor queima completa (oxidação total) da quantidade total de todas as frações completa (oxidação total) da quantidade total de todas as frações do combustível, mesmo que se disponha de informações sobre do combustível, mesmo que se disponha de informações sobre ocorrência de oxidação parcial, ou perda de combustível no ocorrência de oxidação parcial, ou perda de combustível no processo de combustão. processo de combustão.

• Se o combustível contém oxigênio na sua constituição, deve-se Se o combustível contém oxigênio na sua constituição, deve-se subtrair da quantidade estequiometricamente calculada, a parcela subtrair da quantidade estequiometricamente calculada, a parcela existente no combustível. existente no combustível.

• De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio da relação a seguir, a qual é válida tanto para quantidades de da relação a seguir, a qual é válida tanto para quantidades de matéria como para volumes:matéria como para volumes:

OO22 teórico = teórico = O O22 do comburente da combustão - O do comburente da combustão - O22 do do combustívelcombustível

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 95: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

95

• Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão considera-se a seguinte seqüência de reações:considera-se a seguinte seqüência de reações:

C + 1 OC + 1 O22 CO CO22

HH22 + ½ O + ½ O22 H H22OOS + 1 OS + 1 O22 SO SO22

• Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não havendo a quantidade necessária para oxidar totalmente o carbono havendo a quantidade necessária para oxidar totalmente o carbono e o hidrogênio), considera-se que o oxigênio disponível queimará e o hidrogênio), considera-se que o oxigênio disponível queimará todo o hidrogênio e oxidará todo o carbono a CO.todo o hidrogênio e oxidará todo o carbono a CO.

• Uma parte do CO formada será oxidada a COUma parte do CO formada será oxidada a CO22 pelo oxigênio pelo oxigênio restante. restante.

• Nesses casos, há perda de calor latente nos fumos, pois perde-Nesses casos, há perda de calor latente nos fumos, pois perde-se combustível sem queimar, o que não é interessante na prática. se combustível sem queimar, o que não é interessante na prática.

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

OO22 para a combustão para a combustão completacompleta

Page 96: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

96

Ar Teórico:Ar Teórico: é a quantidade de ar que contém a quantidade de é a quantidade de ar que contém a quantidade de

oxigênio teórico.oxigênio teórico.

Oxigênio em Excesso:Oxigênio em Excesso: é a quantidade adicional de comburente além é a quantidade adicional de comburente além

da teórica, aplicada para garantir a combustão completa.da teórica, aplicada para garantir a combustão completa.

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 97: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

97

Ar em ExcessoAr em Excesso:: é a quantidade de ar que contém o oxigênio em é a quantidade de ar que contém o oxigênio em excesso. excesso.

Oxigênio realOxigênio real:: é a quantidade total de oxigênio aplicada ao é a quantidade total de oxigênio aplicada ao processo.processo.

Ar realAr real:: é a quantidade de ar que contém o oxigênio real. é a quantidade de ar que contém o oxigênio real.

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 98: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

98

ImportanteImportante: nas reações de combustão completa:: nas reações de combustão completa:

• todo o carbono é oxidado a C0todo o carbono é oxidado a C022;;

•todo o hidrogênio é oxidado a Htodo o hidrogênio é oxidado a H220;0;

•o enxofre presente é oxidado a S0o enxofre presente é oxidado a S022;;

•se houver CO, será oxidado a C0se houver CO, será oxidado a C022

•a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz C0C022 e H e H220.0.

•Todo OTodo O2 2 presentes nos fumos é proveniente da quantidade de excesso presentes nos fumos é proveniente da quantidade de excesso no processo.no processo.

•Nos fumos: HNos fumos: H22O é formada pelo H do combustível e de umidade se O é formada pelo H do combustível e de umidade se tiver;tiver;

•Nos fumos: NNos fumos: N22 é formado pelo N do combustível se tiver e todo N é formado pelo N do combustível se tiver e todo N22 do ar do ar atmosférico. atmosférico.

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

Page 99: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

99

Gases residuais

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 100: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

100

Gases Residuais ou fumos:Gases Residuais ou fumos:

• As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicos constituintes combustíveis com o oxigênio constituem os químicos constituintes combustíveis com o oxigênio constituem os fumos da combustão, sendo estes, o veículo transporte da maior parte fumos da combustão, sendo estes, o veículo transporte da maior parte do calor gerado na combustão;do calor gerado na combustão;

• Gases tipo COGases tipo CO22, SO, SO22, CO, O, CO, O22, N, N22 e vapor de água são os componentes e vapor de água são os componentes normalmente presentes nos fumos. Os fumos são analisados no normalmente presentes nos fumos. Os fumos são analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagens volumétricas de COaparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagens volumétricas de CO22, O, O22, ,

CO e NCO e N22 em base seca (isenta do vapor de água). em base seca (isenta do vapor de água).

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

• Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se despreza o vapor água presente na mistura), ou em base úmida (quando despreza o vapor água presente na mistura), ou em base úmida (quando o vapor de água presente nos fumos é considerado um dos seus o vapor de água presente nos fumos é considerado um dos seus componentes). componentes).

Gases residuaisGases residuais

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 101: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

101

Gases residuaisGases residuais

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 102: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

102

Gases Residuais ou fumos:Gases Residuais ou fumos:

• A A fumaçafumaça normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos fumos fumos com com neblinas e poeiras. neblinas e poeiras.

• As As neblinasneblinas são constituídas por partículas de líquidos em são constituídas por partículas de líquidos em suspensão (água hidrocarbonetos pesados condensados pelo suspensão (água hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dos gases).resfriamento dos gases).

• As As poeiraspoeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas ou partículas sólida do combustível arrastada pelos gases). (cinzas ou partículas sólida do combustível arrastada pelos gases).

• Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça geralmente apresenta coloração negra e contém fuligem, em geralmente apresenta coloração negra e contém fuligem, em conseqüência da queima incompleta do carbono. conseqüência da queima incompleta do carbono.

• Quando o Quando o excesso de arexcesso de ar é adequado a coloração oscila entre é adequado a coloração oscila entre cinza e cinza e marrommarrom claro, na maior parte das vezes. claro, na maior parte das vezes.

• Quando a quantidade de Quando a quantidade de ar é excessivaar é excessiva, a fumaça apresenta , a fumaça apresenta normalmente normalmente coloração brancacoloração branca. .

Razões do uso de excesso de comburente em processos de Razões do uso de excesso de comburente em processos de

combustãocombustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 103: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

103

Cinzas

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 104: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

104

• É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As cinzas de um carvão podaram ser intrínsecas ou acidentais.cinzas de um carvão podaram ser intrínsecas ou acidentais.

• As intrínsecas são constituídas pela matéria mineral que estava As intrínsecas são constituídas pela matéria mineral que estava presente no material, vegetal que deu origem ao carvão.presente no material, vegetal que deu origem ao carvão.

• As acidentais são constituídas por argila, ou outra matéria As acidentais são constituídas por argila, ou outra matéria inorgânica, depositada juntamente com o carvão. inorgânica, depositada juntamente com o carvão.

• Não existe uma composição padrão para as cinzas de um Não existe uma composição padrão para as cinzas de um carvão, pois a composição varia de local para local de onde o carvão carvão, pois a composição varia de local para local de onde o carvão é extraído. é extraído.

• A matéria mineral é normalmente constituída por piritas de A matéria mineral é normalmente constituída por piritas de ferro (FeSferro (FeS22), silicatos hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e ), silicatos hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretos alcalinos e outros compostos inorgânicos. magnésio, cloretos alcalinos e outros compostos inorgânicos.

• As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após a As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após a queima total do carvão. Sua massa é normalmente menor que a queima total do carvão. Sua massa é normalmente menor que a massa da matéria mineral original. Isto se deve ao fato de que a massa da matéria mineral original. Isto se deve ao fato de que a matéria mineral original sofre decomposição parcial durante o matéria mineral original sofre decomposição parcial durante o processo de combustão. processo de combustão.

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

Cinzas Cinzas

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 105: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

105

Estequiometria do processo de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 106: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

106

Introdução:Introdução:

•Visa a determinação da Visa a determinação da quantidade de combustíveis, quantidade de combustíveis, quantidade de ar necessário à reação químicaquantidade de ar necessário à reação química, bem como da , bem como da composição qualitativa e quantitativa dos fumos e do resíduo da composição qualitativa e quantitativa dos fumos e do resíduo da combustãocombustão..

•São aplicadas as técnicas de São aplicadas as técnicas de balanço material associadas a balanço material associadas a estequiometria das reações químicasestequiometria das reações químicas, para se obter os valores , para se obter os valores procurados.procurados.

•Podem ser utilizadas as equações de estado dos gases Podem ser utilizadas as equações de estado dos gases perfeitos, pois pelo fato das reações ocorrerem em pressões perfeitos, pois pelo fato das reações ocorrerem em pressões próximas da atmosférica, os gases envolvidos comportam-se como próximas da atmosférica, os gases envolvidos comportam-se como ideais.ideais.

•As As unidades empregadasunidades empregadas nos balanços materiais podem ser de nos balanços materiais podem ser de massa ou de volumemassa ou de volume, porém na maior parte das vezes, as , porém na maior parte das vezes, as quantidades de matériaquantidades de matéria são as que oferecem maior facilidade. são as que oferecem maior facilidade.

Estequiometria do processo de combustão Estequiometria do processo de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 107: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

107

Roteiro para a Solução de ExercíciosRoteiro para a Solução de Exercícios::

A)A) Adotar uma base de cálculo quando não for especificada.Adotar uma base de cálculo quando não for especificada.

• Como regra geral, adota-se para combustíveis sólidos e líquidos, Como regra geral, adota-se para combustíveis sólidos e líquidos, 1000g de combustível.1000g de combustível.

• Para combustíveis gasosos, pode-se adotar 100 mols do combustível Para combustíveis gasosos, pode-se adotar 100 mols do combustível ou 1 mou 1 m33 de gás a CNTP; de gás a CNTP;

B) escrever as reações de combustão completa das espécies químicas B) escrever as reações de combustão completa das espécies químicas e/ou frações combustíveis;e/ou frações combustíveis;

ImportanteImportante: nas reações de combustão completa:: nas reações de combustão completa:

• todo o carbono é oxidado a C0todo o carbono é oxidado a C022;;

•todo o hidrogênio é oxidado a Htodo o hidrogênio é oxidado a H220;0;

•o enxofre presente é oxidado a S0o enxofre presente é oxidado a S022;;

•se houver CO, será oxidado a C0se houver CO, será oxidado a C022

•a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz C0C022 e H e H220.0.

Estequiometria do processo de combustão Estequiometria do processo de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 108: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

108

Roteiro para a Solução de ExercíciosRoteiro para a Solução de Exercícios::

C) como base na estequiometria das reações e da quantidade de C) como base na estequiometria das reações e da quantidade de matéria de cada espécie matéria de cada espécie 1 1 fração combustível, determinar a fração combustível, determinar a quantidade quantidade de matéria de oxigênio teórico para o processode matéria de oxigênio teórico para o processo, lembrando que:, lembrando que:

OO22 TEÓRICO = O TEÓRICO = O22 PARA COMBUSTÃO COMPLETA - O PARA COMBUSTÃO COMPLETA - O22 DO COMBUSTIVEL DO COMBUSTIVEL de todo o combustívelde todo o combustível

D) com base na informação do problema, calcular a quantidade de D) com base na informação do problema, calcular a quantidade de matéria de matéria de oxigênio em excesso e a quantidade real.oxigênio em excesso e a quantidade real.

• Lembrar que a quantidade de matéria de oxigênio em excesso é Lembrar que a quantidade de matéria de oxigênio em excesso é uma porcentagem da quantidade teórica, e que a quantidade real é a uma porcentagem da quantidade teórica, e que a quantidade real é a soma da quantidade de matéria teórica com a quantidade de matéria em soma da quantidade de matéria teórica com a quantidade de matéria em excesso;excesso;

E) para encontrar as correspondentes quantidades de ar (em E) para encontrar as correspondentes quantidades de ar (em quantidade de matéria ou volume), basta dividir as quantidades de Oquantidade de matéria ou volume), basta dividir as quantidades de O22 encontradas, por 0,21;encontradas, por 0,21;

nAR = nAR = OO22

0,210,21

Estequiometria do processo de combustão Estequiometria do processo de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 109: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

109

Roteiro para a Solução de ExercíciosRoteiro para a Solução de Exercícios::

F) se ocorrer F) se ocorrer queima incompletaqueima incompleta, , re-escrever as reações de combustãore-escrever as reações de combustão, , de acordo com os dados fornecidos;de acordo com os dados fornecidos;

G) G) desenhar um fluxograma do processodesenhar um fluxograma do processo, marcando as correntes de , marcando as correntes de entrada (ar e combustível) e as de saída (fumos e resíduo);entrada (ar e combustível) e as de saída (fumos e resíduo);

H) com base nos produtos das reações, composição do ar e do H) com base nos produtos das reações, composição do ar e do combustível, especificar os componentes de cada corrente;combustível, especificar os componentes de cada corrente;

I) encontrar as quantidades de matéria de cada componente dos fumos, I) encontrar as quantidades de matéria de cada componente dos fumos, com base nas respectivas equações de combustão e a composição do com base nas respectivas equações de combustão e a composição do combustível e do comburente.combustível e do comburente.

OBS:OBS: Lembrar que, nas Lembrar que, nas combustões completascombustões completas, a quantidade de matéria , a quantidade de matéria de Ode O22 nos fumos coincide com a quantidade de matéria de O nos fumos coincide com a quantidade de matéria de O22 em excesso. em excesso.

Nas Nas incompletasincompletas, a quantidade de matéria de O, a quantidade de matéria de O22 nos fumos deve ser nos fumos deve ser obtida por meio da expressão:obtida por meio da expressão:

OO22 NOS FUMOS = O NOS FUMOS = O22 ALIMENTADO - O ALIMENTADO - O22 CONSUMIDO NAS REAÇÕES CONSUMIDO NAS REAÇÕES

Estequiometria do processo de combustão Estequiometria do processo de combustão

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 110: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

110

exemploexemplo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 111: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

111

exemploexemplo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

cinzascinzas

Page 112: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

112

exemploexemplo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 113: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

113

exemploexemplo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 114: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

114

exemploexemplo

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 115: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

115

Poder calorífico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 116: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

116

Poder CaloríficoPoder Calorífico: : é a quantidade de calor liberada pela é a quantidade de calor liberada pela combustão completa da unidade de massa (ou volume) do combustão completa da unidade de massa (ou volume) do combustível, sendo os fumos da combustão resfriados ate a combustível, sendo os fumos da combustão resfriados ate a temperatura do combustível (18 ou 25 temperatura do combustível (18 ou 25 00C).C).

• O poder calorífico de um combustível nos da o "conteúdo O poder calorífico de um combustível nos da o "conteúdo energético" do mesmo, independentemente do fato de ser ou não energético" do mesmo, independentemente do fato de ser ou não realizada a combustão.realizada a combustão.

1 - VALORES DO PODER CALORÍFICO1 - VALORES DO PODER CALORÍFICO

•Dependendo das condições de determinação, o poder calorífico Dependendo das condições de determinação, o poder calorífico de um combustível pode apresentar diferentes valores:de um combustível pode apresentar diferentes valores:

•Poder Calorífico a Pressão Constante Poder Calorífico a Pressão Constante (PCp): (PCp): É a quantidade de É a quantidade de calor liberada na combustão que se processa a pressão constante calor liberada na combustão que se processa a pressão constante (ambiente aberto). (ambiente aberto).

•Poder Calorífico a Volume Constante (PCv): Poder Calorífico a Volume Constante (PCv): É a quantidade de É a quantidade de calor liberada na combustão que se processa a volume constante calor liberada na combustão que se processa a volume constante

(ambiente fechado). (ambiente fechado).

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 117: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

117

• O valor do poder calorífico a volume constante e malar que o O valor do poder calorífico a volume constante e malar que o valor do poder calorífico a pressão constante para um mesmo valor do poder calorífico a pressão constante para um mesmo combustível. combustível.

• A razão de tal fato e que parte do calor gerado no processo a A razão de tal fato e que parte do calor gerado no processo a pressão constante, e consumido no trabalho de expansão dos pressão constante, e consumido no trabalho de expansão dos gases submetidos à pressão reinante.gases submetidos à pressão reinante.

• Em função do estado físico que se encontra a água presente Em função do estado físico que se encontra a água presente nos fumos da combustão, define-se ainda: nos fumos da combustão, define-se ainda:

Poder Calorífico Superior (PCS): Poder Calorífico Superior (PCS): Obtido quando resfriamos os Obtido quando resfriamos os fumos da combustão ate a temperatura ambiente. fumos da combustão ate a temperatura ambiente.

• Dessa forma, ocorre a condensa9ao do vapor de água, e a Dessa forma, ocorre a condensa9ao do vapor de água, e a quantidade de calor medida Inclui o calor de condensação da quantidade de calor medida Inclui o calor de condensação da

água. água.

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 118: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

118

Poder Calorífico Inferior (PCI): Poder Calorífico Inferior (PCI): Pode ser obtida deduzindo-se do Pode ser obtida deduzindo-se do valor do poder calorífico superior, a quantidade de calor relativa valor do poder calorífico superior, a quantidade de calor relativa a condensação do vapor de água. a condensação do vapor de água.

•Tudo se passa como se a medida de quantidade de calor fosse Tudo se passa como se a medida de quantidade de calor fosse feita, deixando a água presente nos fumos sair do sistema na feita, deixando a água presente nos fumos sair do sistema na forma de vapor. forma de vapor.

•De acordo com o descrito, pode-se estabelecer a seguinte De acordo com o descrito, pode-se estabelecer a seguinte relação entre PCS e PCI: relação entre PCS e PCI:

PCS – PCI = q HPCS – PCI = q H22OO Sendo: q HSendo: q H22O = mHO = mH22O fumos X L pode-se escrever:O fumos X L pode-se escrever:

PCS - PCI = m HPCS - PCI = m H22O fumos X LO fumos X L onde L = calor de condensação da água a 18 onde L = calor de condensação da água a 18 00CC.

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 119: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

119

2 - UNIDADES DO PODER CALORÍFICO2 - UNIDADES DO PODER CALORÍFICO

•Para Para combustiveis sólidos e líquidoscombustiveis sólidos e líquidos, o poder calorífico e dado , o poder calorífico e dado em em kcal/kgkcal/kg (unidades métricas) ou BTU / libra (unidades (unidades métricas) ou BTU / libra (unidades inglesas).inglesas).

•Para Para combustíveis gasososcombustíveis gasosos, em , em kcal/mkcal/m33 (unidades métricas) ou (unidades métricas) ou BTU/peBTU/pe33 (unidades inglesas). (unidades inglesas).

  As relações entre as unidades são:As relações entre as unidades são:

1 BTU / libra = 0,555 kcal / kg 1 libra = 453 g 1 BTU / libra = 0,555 kcal / kg 1 libra = 453 g 1 BTU / pe1 BTU / pe33 = 8,9 kcal / m = 8,9 kcal / m33 1 BTU = 252 cal 1 BTU = 252 cal

•E comum também, o uso de unidades molares como kcal/mol e E comum também, o uso de unidades molares como kcal/mol e kcal/kmol, sendo: kcal/kmol, sendo:

1 kcal / kmol = 1000 kcal/mol 1 kcal / kmol = 1000 kcal/mol

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 120: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

120

3 - DETERMINAÇÃO DO PODER CALORÍFICO 3 - DETERMINAÇÃO DO PODER CALORÍFICO

•A medida experimental em laboratório e feita com o auxilio de A medida experimental em laboratório e feita com o auxilio de calorímetros, que aparelhos adiabáticos (que não trocam calor calorímetros, que aparelhos adiabáticos (que não trocam calor com o ambiente). com o ambiente).

•Dentro dos mesmos promove-se a combustão de uma massa Dentro dos mesmos promove-se a combustão de uma massa conhecida do combustível. conhecida do combustível.

•O calor gerado e transferido para uma massa de água, cuja O calor gerado e transferido para uma massa de água, cuja temperatura sofre elevação. A partir dos dados experimentais temperatura sofre elevação. A partir dos dados experimentais coletados, calcula-se 0 poder calorífico. coletados, calcula-se 0 poder calorífico.

•Para combustíveis só1idos e líquidos, utiliza-se 0 calorímetro Para combustíveis só1idos e líquidos, utiliza-se 0 calorímetro (ou "bomba calorimétrica") de Berthelot-Mahler. Para (ou "bomba calorimétrica") de Berthelot-Mahler. Para combustíveis gasosos utiliza-se 0 calorímetro de Junkers. combustíveis gasosos utiliza-se 0 calorímetro de Junkers.

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 121: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

121

4 - CALCULO DO PODER CALORÍFICO4 - CALCULO DO PODER CALORÍFICO

•O calculo estimativo do poder calorífico de um combustível O calculo estimativo do poder calorífico de um combustível pode ser feito com base na composição do combustível, e nos pode ser feito com base na composição do combustível, e nos valores dos calores de combustão das frações combustáveis valores dos calores de combustão das frações combustáveis (Tabela XXV). (Tabela XXV).

4.1 - Cálculo pelos calores de combustão4.1 - Cálculo pelos calores de combustão

•Conhecida a composição em massa (ou em quantidade de Conhecida a composição em massa (ou em quantidade de matéria) do combustível, determina-se a quantidade de calor matéria) do combustível, determina-se a quantidade de calor desprendida na combustão de cada fração. A soma dessas desprendida na combustão de cada fração. A soma dessas quantidades de calor será o0 valor estimativo do poder calorífico. quantidades de calor será o0 valor estimativo do poder calorífico.

Importante: Importante:

•No calculo do poder calorífico inferior de combustíveis que No calculo do poder calorífico inferior de combustíveis que contenham umidade e/ou água combinada, deve ser subtraída do contenham umidade e/ou água combinada, deve ser subtraída do valor encontrado, a quantidade de calor necessária para valor encontrado, a quantidade de calor necessária para vaporizar a massa de água combinada e/ou a massa de umidade. vaporizar a massa de água combinada e/ou a massa de umidade.

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 122: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

122

5 – EXEMPLOS DE CALCULO5 – EXEMPLOS DE CALCULO

1) Estimar o PCS e 0 PCI de uma mistura gasosa de composição 1) Estimar o PCS e 0 PCI de uma mistura gasosa de composição molar acetileno (Cmolar acetileno (C22HH22) 30%; metano (CH) 30%; metano (CH44) 70%, sendo dados:) 70%, sendo dados:

Calor de combustão para água resultante no estado liquida: Calor de combustão para água resultante no estado liquida: acetileno 310 kcal/mol, metano 213 kcal/mol. Calor de acetileno 310 kcal/mol, metano 213 kcal/mol. Calor de condensação da água; 586 kcal/kg.condensação da água; 586 kcal/kg.

Resolução:Resolução:

Em se tratando de mistura gasosa os valores do poder calorífico Em se tratando de mistura gasosa os valores do poder calorífico devem ser dados em 3 kcal/m (CNTP). devem ser dados em 3 kcal/m (CNTP).

Os calores de combustão foram fornecidos para água no estado Os calores de combustão foram fornecidos para água no estado liquido, o que permite o calculo direto do PCS. liquido, o que permite o calculo direto do PCS.

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 123: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

123

Base de Calculo:Base de Calculo: 1 m 1 m33 mistura CNTP (= 1000 L) mistura CNTP (= 1000 L) Como % Volumétrica = % Molar tem-se: CComo % Volumétrica = % Molar tem-se: C22HH22 - 300 L e CH - 300 L e CH44 - 700 - 700

LL  Lembrando que o volume molar normal e 22,4 L podem-se Lembrando que o volume molar normal e 22,4 L podem-se

calcular o número de mols de cada componente. calcular o número de mols de cada componente.    

O calor liberado pela combustão de cada fração e obtido pelo O calor liberado pela combustão de cada fração e obtido pelo produto do calor de combustão (em kcal/mol) pelo respectivo produto do calor de combustão (em kcal/mol) pelo respectivo número de mols:número de mols:

Q CQ C22HH22 = 310 x 13,39 = 4.151 kcal = 310 x 13,39 = 4.151 kcal Q CHQ CH44 = 213 x 31,25 = 6.656 kcal = 213 x 31,25 = 6.656 kcal Q Q TOTALTOTAL = 4.151 + 6.656 = 10.807 kcal = 4.151 + 6.656 = 10.807 kcal

Como a base de calculo adotada foi 1 mComo a base de calculo adotada foi 1 m33 de mistura a CNTP, de mistura a CNTP, pode-se escrever PCS = 10.807 kcal/mpode-se escrever PCS = 10.807 kcal/m33

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 124: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

124

Calculo do PCICalculo do PCIPara calculo do PCI, devemos subtrair do valor do PCS, a Para calculo do PCI, devemos subtrair do valor do PCS, a

quantidade de calor relativa a condensação da água nos fumos:quantidade de calor relativa a condensação da água nos fumos:  q q H2OH2O = m = m H2OH2O fumos . L fumos . L

Cálculo da massa de água Cálculo da massa de água

CC22HH22 + 2,5 O + 2,5 O2 2 2 CO 2 CO22 + H + H22O (I) O (I)

1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 13,39 mol 13,39 mol 13,39 mol 13,39 mol

CHCH44 + 2 O + 2 O22 CO CO22 + 2 H + 2 H22O (II) O (II)

1 mol 2 mol 1 mol 2 mol 31,25 mol 62,5 mol 31,25 mol 62,5 mol

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 125: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

125

A quantidade de matéria total de água nos fumos, e a soma das A quantidade de matéria total de água nos fumos, e a soma das quantidades de matéria de água formadas nas reações I e II. quantidades de matéria de água formadas nas reações I e II.

n n H2OH2O = 13,39 + 62,5 = 75,89 mol = 13,39 + 62,5 = 75,89 mol m m H2OH2O = 75,89 x 18 = 1.366 g = 1,366 kg = 75,89 x 18 = 1.366 g = 1,366 kg q q H20H20 = 1,366 x 586 = 800 kcal = 1,366 x 586 = 800 kcal

Assim tem-se: Assim tem-se:

PCI = 10.807 - 800 = 10.007 kcal/mPCI = 10.807 - 800 = 10.007 kcal/m33

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 126: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

126

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

2)2)

Page 127: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

127

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 128: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

128

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 129: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

129

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

3)3)

Page 130: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

130

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 131: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

131

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

4)4)

Page 132: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

132

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 133: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

133

Poder calorifico de um combustível Poder calorifico de um combustível

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 134: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

134

1) O que é comburente e qual e a porcentagem de oxigênio e nitrogênio no ar 1) O que é comburente e qual e a porcentagem de oxigênio e nitrogênio no ar atmosférico?atmosférico?

2) Deduza a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar 2) Deduza a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar que contém certa quantidade de Oque contém certa quantidade de O22..

3) Deduza a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar 3) Deduza a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar que contém certa quantidade de Nque contém certa quantidade de N22..

4) Que volume de ar, medido na CNTP, contém 1 kg de O4) Que volume de ar, medido na CNTP, contém 1 kg de O22..

5) Que massa de ar contém 1 m5) Que massa de ar contém 1 m33 de O de O22 medidos na CNTP. medidos na CNTP.

6) Qual a quantidade de matéria de O6) Qual a quantidade de matéria de O22 contida na massa de ar que contém 1568g contida na massa de ar que contém 1568g de Nde N22..

7) Que volume de ar contém 1 m7) Que volume de ar contém 1 m33 de O de O22..

22ªª Lista Lista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 135: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

135

8) Um combustível sólido apresenta a seguinte composição em porcentagem 8) Um combustível sólido apresenta a seguinte composição em porcentagem em massa:em massa:

Considere a queima de 1kg desse combustível com 60% de ar em excesso, Considere a queima de 1kg desse combustível com 60% de ar em excesso, calcular:calcular:

a) quantidade de matéria de Oa) quantidade de matéria de O22teórica;teórica;b) quantidade de matéria de ar teórico;b) quantidade de matéria de ar teórico;c) quantidade de matéria de Oc) quantidade de matéria de O22 em excesso; em excesso;d) quantidade de matéria de Od) quantidade de matéria de O22 real; e real; ee) quantidade de matéria de ar reale) quantidade de matéria de ar real 9) Com base da composição química do combustível do exercício (8), 9) Com base da composição química do combustível do exercício (8),

considerando a queima de 1kg desse combustível com 30% de ar em considerando a queima de 1kg desse combustível com 30% de ar em excesso, calcular:excesso, calcular:

a) quantidade de matéria de Oa) quantidade de matéria de O22teórica;teórica;b) quantidade de matéria de ar teórico;b) quantidade de matéria de ar teórico;c) quantidade de matéria de Oc) quantidade de matéria de O22 em excesso; em excesso;d) quantidade de matéria de Od) quantidade de matéria de O22 real; e real; ee) quantidade de matéria de ar reale) quantidade de matéria de ar real

22ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 136: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

136

10) Explique como funciona o aparelho de Orsat (análise dos fumos de uma 10) Explique como funciona o aparelho de Orsat (análise dos fumos de uma combustão e que gases são analisados?combustão e que gases são analisados?

11) O que são gases residuais ou fumos e cinzas de um processo de 11) O que são gases residuais ou fumos e cinzas de um processo de combustão?combustão?

12) Monte o esquema do processo de combustão básico.12) Monte o esquema do processo de combustão básico.

13) Um carvão possui a seguinte composição em porcentagem mássica:13) Um carvão possui a seguinte composição em porcentagem mássica:

São empregados 68% de ar em excesso e considerando como base de calculo São empregados 68% de ar em excesso e considerando como base de calculo 1kg de carvão e que todo o carbono desse carvão se transformou em CO1kg de carvão e que todo o carbono desse carvão se transformou em CO22 , calcule:, calcule:

a) quantidade de matéria de Oa) quantidade de matéria de O22teórica;teórica; b) quantidade de matéria de Ob) quantidade de matéria de O22 em excesso; em excesso; c) quantidade de matéria de Oc) quantidade de matéria de O22 real; real; d) quantidade de matéria de ar real;d) quantidade de matéria de ar real; e) quantidade de matéria de Oe) quantidade de matéria de O22 nos fumos; nos fumos; f) quantidade de matéria de Nf) quantidade de matéria de N22 nos fumos e; nos fumos e; g) massa de água nos fumos.g) massa de água nos fumos.

22ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 137: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

137

14) Um carvão possui a seguinte composição em porcentagem mássica:14) Um carvão possui a seguinte composição em porcentagem mássica:

Carbono = 72,36% Hidrogênio = 12% Oxigênio = 11,52% Cinza = 4,12%Carbono = 72,36% Hidrogênio = 12% Oxigênio = 11,52% Cinza = 4,12%

Deve ser queimado com 50% de ar em excesso e considerando como base de Deve ser queimado com 50% de ar em excesso e considerando como base de calculo 1kg de carvão e que todo o carbono desse carvão se transformou calculo 1kg de carvão e que todo o carbono desse carvão se transformou em COem CO22 , calcule: , calcule:

a) quantidade de matéria de ar real;a) quantidade de matéria de ar real; b) quantidade de matéria de cada componente nos fumos;b) quantidade de matéria de cada componente nos fumos; c) quantidade de matéria total nos fumos.c) quantidade de matéria total nos fumos.

22ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 138: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

138

Dados: para os exercícios 8,9, 13 e 14 utilize as seguintes reações químicas Dados: para os exercícios 8,9, 13 e 14 utilize as seguintes reações químicas do C, H e S do C, H e S

C + OC + O22 = CO = CO22

1mol 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol

HH22 + ½ O + ½ O22 = H = H22O O

1mol ½ mol 1mol1mol ½ mol 1mol

S + OS + O22 = SO = SO22

1mol 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol

Massa atômicas : C = 12; H = 1; O = 16; S = 32Massa atômicas : C = 12; H = 1; O = 16; S = 32

Mol n = m [g] / M [g/mol] onde m = massa M = massa atomica ou Mol n = m [g] / M [g/mol] onde m = massa M = massa atomica ou massa molarmassa molar

22ª ª ListaLista

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 139: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

139

NP2

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA

Page 140: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

140

Energia (calor) fornecida

Page 141: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

141

Assim, quanto maiores forem as interações entre as moléculas, mais fortemente unidas estarão e

mais difícil será a mudança de estado físico.

(A) Gás (B) Líquido (C) sólido

Page 142: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

142

Page 143: Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

143