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6a-Estequiometria

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incompleta. Utilizando-se uma 
quantidade de ar superior ao teoricamente necessário, facilita-se a 
combustão, pois é mantido um nível suficiente de oxigênio até o final da 
chama; assegurando uma combustão completa e evitando a formação de 
compostos indesejáveis como o CO.
O excesso é caracterizado pelo coeficiente de excesso de ar (α), que é a 
razão do volume de ar realmente utilizado para a combustão (Var) para o 
volume do ar estequiométrico (Varº). Ele depende das condições do 
processo, sendo determinado experimentalmente.
α = Var = Gar (adm)
Varº Garº
Excesso de Ar
O valor ótimo do coeficiente de excesso de ar depende, entre outros fatores, 
do tipo de combustível, do tipo e forma da fornalha, do modo de queima, da 
eficiência de mistura ar/combustível, das perdas admissíveis, da combustão 
incompleta do combustível etc, variando entre 1,03-1,5.
Na combustão é utilizado somente Varo, sobrando (α - 1).Varo [m3/kg], que 
vai se misturar com os produtos da combustão estequiométrica, aumentando 
o seu volume (Vg):
Vg = Vgo + (α - 1) Varo (m3 ar/kg comb) (CNTP)
Um excesso de ar elevado é indesejável pois o aumento de volume, e 
consequentemente da entalpia dos produtos da combustão, diminui a 
temperatura e comprimento da chama e a transmissão de calor, 
aumentando as perdas de energia pela chaminé. Assim, é necessário 
manter o excesso de ar dentro dos valores mínimos recomendados.
O equilíbrio entre a formação de CO e as perdas térmicas determina o 
excesso de ar ideal.
Excesso de Ar
Tabela 4. Quantidades Usuais de Excesso de Ar.
Combustível Tipo de Fornalha ou Queimador Excesso de Ar
Carvão Pulverizado Fornalhas totalmente irradiadas
Parcialmente irradiadas
com retirada escórias sólidas
1,15-1,20
1,15-1,40
Carvão moído Fornalhas ciclones 1,10-1,15
Carvão Grelhas planas
Grelhas vibradoras refrigerada a água
Grelhas rotativas
Underfeed Stoker
1,30-1,60
1,30-1,60
1,15-1,50
1,20-1,50
Óleo Combustível Atomização mecânica
Atomização c/ ar baixa pressão
Atomização c/ vapor auxiliar
1,20-1,25
1,30-1,40
1,05-1,10
Gás Natural, Refinaria
e Coqueria
Queimador com registro
Queimador multi-combustível
1,05-1,10
1,07-1,12
Gás de alto-forno Queimador de bocal inter-tubo 1,15-1,18
Lenha Grelha plana (tiragem natural)
 (tiragem forçada)
1,40-1,50
1,30-1,35
Bagaço de cana Todas as fornalhas 1,25-1,35
Licor negro Caldeiras de recuperação 1,05-1,07
Lama ácida Pulverização c/ vapor auxiliar 1,10-1,15
Composição dos Produtos da Combustão
Os produtos da combustão completa do combustível consistem de gás 
carbônico (CO2), anidrido sulfídrico (SO2), vapor-d'água (H2O), nitrogênio 
(N2), e oxigênio (O2) do excesso de ar, não utilizado no processo de 
combustão. Essa mistura pode ser expressa em teor volumétrico (%):
CO2 + SO2 + H2O + N2 + O2 = 100 (%)
ou em m3/kg de combustível sólido ou líquido queimado:
Vg = Vco2 + Vso2 + Vh2o + Vn2 + Vo2 (m3/kg) (CNTP)
Na combustão incompleta, além dos produtos acima, os produtos da 
combustão podem conter CO, H2, CH4 e outros gases combustíveis.
Poder Fumígeno (Vgo) é o volume dos produtos resultantes da combustão 
completa do combustível com ar estequiométrico:
Vgº = Vco2 + Vso2 + Vn2º + Vh2oº (m3/kg comb) (CNTP)
Composição dos Produtos da Combustão
Para facilitar os cálculos o volume dos produtos da combustão completa é
convencionalmente dividido em volume do vapor-d'água, dos gases secos 
triatômicos e dos gases biatômicos:
Vg = Vh2o + (Vco2 + Vso2) + (Vn2 + Vo2) (m3/kg comb) (CNTP)
O volume dos gases biatômicos é a soma do volume teórico de nitrogênio, e 
do volume do excesso de ar. O volume teórico de nitrogênio (Vn2º) consiste 
do volume de nitrogênio do ar teórico (0,79 Varº), e do nitrogênio existente 
no combustível. Sendo o seu volume específico 0,8 m3/kg (CNTP) tem-se:
Vn2º = 0,79 Varº + 0,8 N (m3/kg comb) (CNTP)
O excesso de ar (α - 1) Varº é composto de gases biatômicos, que passam 
sem reação para os produtos da combustão. Assim:
(Vn2 + Vo2) = 0,79 Varº + 0,8 N + (α - 1) Varº (m3/kg comb) (CNTP)
Composição dos Produtos da Combustão
O volume do gases triatômicos secos é independente do coeficiente de 
excesso de ar, e por serem medidos simultaneamente nos analisadores por 
absorção (Orsat), é praxe englobá-los num único termo:
(Vco2 + Vso2) = 1,854 C + 0,68 S (m3/kg comb) (CNTP)
Na combustão incompleta do carbono, é formado monóxido de carbono CO. 
O volume do CO formado é calculado de maneira similar ao CO2:
Vco = 1,854 C (m3/kg comb) (CNTP)
Da equação acima verifica-se que os volumes de CO e CO2 são 
determinados pela mesma equação. Assim:
Vco2 + Vco = 1,854 C (m3/kg comb) (CNTP)
Composição dos Produtos da Combustão
O vapor-d'água existente nos produtos da combustão resulta da queima do 
hidrogênio, da evaporação da umidade do combustível e do vapor de água 
contido no ar atmosférico:
Gh2oº = 9H + W + d Garº (kg H2O/kg comb)
onde d é o vapor introduzido com o ar atmosférico (kg vapor/kg ar seco).
Devido à pequena pressão parcial e as altas temperaturas, o vapor presente 
nos produtos da combustão encontra-se superaquecido. Considerando o 
vapor-d'água um gás ideal, seu peso específico é ρ = 18,016/22,4 = 0,804 
kg/m3 (1,243 m3/kg) (CNTP). Em engenharia o volume dos gases são 
sempre referenciados na CNTP, e utilizado nos cálculos, apesar de não 
existir vapor-d'água na CNTP.
Vh2oº = 11,1 H + 1,243 W + 1,243 d Garº (m3/kg comb) (CNTP)
Nas caldeiras onde é utilizado vapor para sopragem de fuligem ou para 
atomização do combustível, este vapor deve ser levado em consideração na 
determinação do volume e peso do fluxo de gases.
Composição dos Produtos da Combustão
O Volume TOTAL (úmidos) dos produtos da combustão, soma de todos os 
volumes dos componentes dos produtos da combustão:
Vg = (Vco2 + Vso2) + Vn2 + Vo2 + Vh20 = Vgº + (α - 1) Varº (m3/kg comb)
Devido à infiltração de ar ao longo do fluxo de gases, o coeficiente de 
excesso de ar deve ser corrigido (Δα), em aproximadamente 0,05-0,1 no 
cálculo do volume final dos produtos da combustão.
A massa total dos produtos da combustão é:
Gg = (1 - A) + 1,293 Varº (kg/kg comb)
Os produtos da combustão contendo vapor de água são chamados produtos 
úmidos, mesmo que este vapor esteja superaquecido. Se o vapor presente 
nos produtos da combustão úmidos for resfriado abaixo da temperatura de 
condensação, o vapor poderá se condensar e os produtos da combustão 
conterão somente CO2, O2 e N2, chamado produtos da combustão secos.
Vgs = Vg - Vh20 = (Vco2 + Vso2) + Vn2º + (α - 1) Varº (m3/kg comb)
Análise dos Produtos da Combustão
O processo da combustão é controlado pela análise dos produtos da 
combustão. Para esta análise se aparelho Orsat. Ele possui três pipetas de 
absorção: 1a) solução aquosa de KOH a 40%, que absorve o CO2 e SO2; 2a) 
solução de KOH em ácido pirogálico (pirogalol), que absorve o oxigênio; 3a) 
uma CuCl2 que absorve o CO. A amostra de gás é resfriada na bureta de 
medição e o vapor de água se condensa. Assim, os cálculos da combustão 
são baseados nos produtos secos da combustão.
Análise dos Produtos da Combustão
O volume dos produtos secos (Vgs) da combustão é calculado por:
Vgs = Vco2 + Vso2 + Vco + Vo2 + Vn2 (m3/kg comb) (CNTP)
CO2 + SO2 + CO + O2 + N2 = 100% (%)
CO2 + SO2 + CO = 100 (Vco2 + Vso2 + Vco) (%)
Vgs
Vgs = 100 (Vco2 + Vso2 + Vco) (m3/kg comb) (CNTP)
CO2 + SO2 + CO
Calculando o valor de (Vco2 + Vso2 + Vco):
Vgs = 1,854 C + 0,68 S (m3/kg comb) (CNTP)
CO2 + SO2 + CO
A massa dos produtos da combustão (secos) :
Ggs = 11 CO2 + 8 O2 + 7 (CO + N2) x C (kg/ kg comb)
3 (CO2 + CO)
onde C é o teor mássico de carbono no combustível (kg/kg comb).
Determinação do Coeficiente de Excesso de Ar
O excesso de ar é um índice de mérito da instalação, sendo somente 
possível seu cálculo a partir da composição e vazão do combustível, e da 
vazão de ar fornecido.
Varº = Var - (α - 1) Varº = N2/79 - O2/21 (m3/kg comb) (CNTP)
α = Var = N2/79 
Varº N2/79 - O2/21
α = 21 (adm)
21 - 79(O2/N2)
N2 = 100 - (CO2 + SO2