Combustíveis - Propriedades físico-químicas

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Química II 
 
2. Combustíveis 
 
Professora: Idila Gonçalves 
Email: idila@eq.ufrj.br 
 
 
2.3 – Propriedades Físico-
Químicas 
• Ponto de Inflamação 
• Viscosidade 
• Ponto de Fluidez 
• Ponto de Ignição 
• Poder Calorífico 
 
 
Sumário 
• Corresponde à temperatura mínima em 
que uma substância desprende gases e 
vapores inflamáveis que entram em 
combustão, quando em contato com uma 
fonte de calor, onde uma vez removida a 
fonte, as chamas se mantêm. 
Ponto de Inflamação ou Ponto de Combustão (Fire Point) 
• Corresponde à temperatura mínima em 
que uma substância desprende gases e 
vapores inflamáveis que entram em 
combustão, quando em contato com uma 
fonte de calor, onde uma vez removida a 
fonte, as chamas se mantêm. 
Ponto de Inflamação ou Ponto de Combustão (Fire Point) 
PF – Cleveland (vaso aberto) 
PF – Pensky Martens (vaso fechado) 
Ponto de Inflamação ou Ponto de Combustão (Fire Point) 
Ponto de Inflamação ou Ponto de Combustão (Fire Point) 
• A inflamabilidade em petroleiros é 
classificada em relação ao manuseio 
da carga em: 
1- Volátil: ponto de fulgor < 30 °C 
2- Não volátil: ponto de fulgor > 30 °C 
3- Inflamável: ponto de fulgor < 60 °C 
4- Não inflamável: ponto de fulgor > 60 °C 
Geralmente, o ponto de combustão ocorre 20 °C acima do ponto de fulgor. 
Conceitos Importantes 
• Sólidos: se fragmentam ou se deformam 
permanentemente quando submetido a 
esforços externos. Exemplos: Diamantes, 
barra de aço e etc. 
• Fluidos: são substâncias que se deformam 
sem desintegração da sua massa (escoam) 
e se adaptam à forma do recipiente que os 
contêm. 
Exemplos: Água, ar, óleo diesel e etc. 
Gases são fluidos!!! Diferem dos líquidos 
porque são compressíveis. 
• Cientificamente falando: Os fluidos são 
substâncias que se deformam 
continuamente quando submetidos a um 
esforço cisalhante (tensão de cisalhamento). 
Viscosidade Dinâmica ou Absoluta (μ) 
• É a tensão de cisalhamento por unidade 
de área em qualquer ponto de um fluido 
confinado, dividido pelo gradiente de 
velocidade na direção perpendicular à 
direção do fluxo. 
• A unidade SI da viscosidade é Pa⋅s 
[1kg/(m⋅s)], mas as unidades CGS de 
poise (P) [1 g/(cm⋅s)] e centipoise (cP = 
0,01 P) também são frequentemente 
usados ​​(1 cP = 1 mPa.s). 
• Ou seja: A viscosidade é a resistência do 
fluido ao escoamento e quanto maior essa 
resistência, mais viscoso será o fluido. 
Exemplo: Nas mesmas T’s, o mel oferece maior 
resistência ao escoamento que a água, 
portanto, ele é mais viscoso que a água. 
Viscosidade Dinâmica ou Absoluta (μ) 
• Fluidos newtonianos: Quando a tensão 
cisalhante aplicada é diretamente 
proporcional a taxa de deformação sofrida 
por um elemento fluido. 
• Os fluidos newtonianos obedecem a essa 
equação de Newton. Exemplos: água e óleos 
industriais. 
Viscosidade Dinâmica ou Absoluta (μ) 
Variação da viscosidade com a temperatura 
• Quanto maior a Temperatura, menor será a viscosidade. 
• A viscosidade é inversamente proporcional a T. 
Viscosidade Dinâmica ou Absoluta (μ) 
Variação da viscosidade com a temperatura 
• Quanto maior a Temperatura, menor será a viscosidade. 
• A viscosidade é inversamente proporcional a T. 
Viscosidade Cinemática (ν) 
• É a razão entre a viscosidade dinâmica μ 
(cP) e a massa específica 𝛒 (g/cm³). 
1 cSt = 1 mm2/segundo; 1P (Poise) = 10² cP 
Lembrando que a massa específica 𝛒 (g/cm³) 
é dada por: 
𝜌 =
𝑚
𝑉
 
Viscosidade Cinemática (ν) 
• É a razão entre a viscosidade dinâmica μ 
(cP) e a massa específica 𝛒 (g/cm³). 
A viscosidade é medida a 40 °C para fins de 
especificações segundo as normas ABNT 
10441, ASTM D445 e ISO 3104. 
1 cSt = 1 mm2/segundo; 1P (Poise) = 10² cP 
Viscosímetros (a) Brookfield – rotacional (b) capilar 
(c) copo Ford 
(a) (b) (c) 
Lembrando que massa específica 𝛒 (g/cm³) é 
dada por: 
𝜌 =
𝑚
𝑉
 
Viscosidade Cinemática (ν) 
Exemplo: Um óleo hidráulico com viscosidade cinemática de 136 cSt e massa específica 0,88 g/mL, a 
100 ºC teria qual valor de viscosidade dinâmica? 
Viscosidade Cinemática (ν) 
Solução 
Exemplo: Um óleo hidráulico com viscosidade cinemática de 136 cSt e massa específica 0,88 g/mL, a 
100 ºC teria qual valor de viscosidade dinâmica? 
Utilizando a equação abaixo, 
ν =
𝜇
𝜌
 
Viscosidade Cinemática (ν) 
Solução 
Exemplo: Um óleo hidráulico com viscosidade cinemática de 136 cSt e massa específica 0,88 g/mL, a 
100 ºC teria qual valor de viscosidade dinâmica? 
Utilizando a equação abaixo, 
ν =
𝜇
𝜌
 
136 =
𝜇
0,88
 
Viscosidade Cinemática (ν) 
Solução 
Exemplo: Um óleo hidráulico com viscosidade cinemática de 136 cSt e massa específica 0,88 g/mL, a 
100 ºC teria qual valor de viscosidade dinâmica? 
Utilizando a equação abaixo, 
ν =
𝜇
𝜌
 
136 =
𝜇
0,88
 
𝜇 = 119,7 𝑐𝑃 
Portanto, a viscosidade dinâmica é de 119,7 cP. 
Ponto de Fluidez (Pour Point) 
• É a menor temperatura em que um fluido 
ainda flui (escoa); 
• Este ponto é importante para a determinação 
das características de armazenagem e 
transporte do combustível; 
• A perda da fluidez ocorre devido a formação 
de cristais no interior do óleo, essa formação 
é mais fácil em óleos de base parafínicas. 
• Essa propriedade é dada pelas normas ABNT 
11349, ASTM D97 e ISO 3016. 
Ponto de Fluidez (Pour Point) 
Ponto de Ignição ou Temperatura de Auto Ignição 
• É a temperatura em que o combustível se 
inflama na ausência de chama, ou seja, 
apenas por aquecimento. 
Poder Calorífico 
• Corresponde a quantidade de calor liberada 
por unidade de massa de combustível 
submetido à combustão completa. 
• As unidades são: kcal/kg, BTU/lb, kcal/m³ 
(para gases). 
• O poder calorífico pode ser dividido em 
inferior (PCI) e superior (PCS). 
QUANTIDADE COMBUSTÍVEL PODER 
 CALORÍFICO 
Poder Calorífico 
Poder Calorífico Inferior (PCI) 
• representa o calor liberado pela combustão 
estando toda a água resultante no estado 
gasoso. 
 
Poder Calorífico Superior (PCS) 
• representa o calor liberado pela combustão 
tendo toda a água resultante na fase 
líquida. 
Relação entre PCI e PCS: 
𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − 𝑚𝐻2𝑂. 𝐿 
𝑚𝐻2𝑂: massa de vapor d’água nos produtos, por 
unidade de massa de combustível, isto é, a razão 
entre o peso da água que aparece nos produtos da 
combustão e o peso do combustível; 
𝐿: calor latente de vaporização da água, na sua 
pressão parcial nos produtos da combustão, em 
termos de entalpia (é de 586 kcal/kg). 
Poder Calorífico 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 
16 g/gmol e C= 12 g/gmol. 
a) Calcule a fórmula molecular desse alcano. 
b) Calcule o PCI deste alcano. 
Poder Calorífico 
Solução 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 16 
g/gmol e C= 12 g/gmol. 
a) Calcule a fórmula molecular desse alcano. 
Sabendo que a fórmula geral dos alcanos é: CnH2n+2 
Logo: CnH2n+2 + (
3𝑛+1
2
) O2 nCO2 + (n+1) H2O 
Poder Calorífico 
Solução 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 16 
g/gmol e C= 12 g/gmol. 
a) Calcule a fórmula molecular desse alcano. 
Sabendo que a fórmula geral dos alcanos é: CnH2n+2 
Logo: CnH2n+2 + (
3𝑛+1
2
) O2 nCO2 + (n+1) H2O 
Como está na CNTP, 
44,8 𝐿
22,4 𝐿
= (
3𝑛+1
2
). Resolvendo a igualdade tem se que n = 1. 
Poder Calorífico 
Solução 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol;O= 16 
g/gmol e C= 12 g/gmol. 
a) Calcule a fórmula molecular desse alcano. 
Sabendo que a fórmula geral dos alcanos é: CnH2n+2 
Logo: CnH2n+2 + (
3𝑛+1
2
) O2 nCO2 + (n+1) H2O 
Como está na CNTP, 
44,8 𝐿
22,4 𝐿
= (
3𝑛+1
2
). Resolvendo a igualdade tem se que n = 1. 
Substituindo o valor de n na equação estequiométrica: C1H4 + 2O2 1CO2 + 2H2O 
Portanto, o alcano é o metano de fórmula molecular CH4. 
Poder Calorífico 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 
16 g/gmol e C= 12 g/gmol. 
b) Calcule o PCI deste alcano. 
Dado que o PCS é 13.250 kcal/kg e que o L é 586 kcal/kg. 
Sabendo que C1H4 produz 2H2O : (1x12 +4x1) g --------------------- (4x1 + 2x 16) g 
Poder Calorífico 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 
16 g/gmol e C= 12 g/gmol. 
b) Calcule o PCI deste alcano. 
Dado que o PCS é 13.250 kcal/kg e que o L é 586 kcal/kg. 
Sabendo que C1H4 produz 2H2O : (1x12 +4x1) g --------------------- (4x1 + 2x 16) g 
Então: 16 g ----------------- 36 g 
 1 kg ----------------- x, resolvendo a regra de três tem-se que x = 2,25 kg. 
Poder Calorífico 
Exemplo: Sabe-se que o PCS de um alcano vale 13.250 kcal/kg e que 1 mol desse alcano reage 
estequiometricamente com 44,8 L de O2 numa combustão completa nas CNTP. Dado: H= 1 g/gmol; O= 
16 g/gmol e C= 12 g/gmol. 
b) Calcule o PCI deste alcano. 
Dado que o PCS é 13.250 kcal/kg e que o L é 586 kcal/kg. 
Sabendo que C1H4 produz com 2H2O : (1x12 +4x1) g --------------------- (4x1 + 2x 16) g 
Então: 16 g ----------------- 36 g 
 1 kg ----------------- x, resolvendo a regra de três tem-se que x = 2,25 kg. 
Utilizando a relação : 
Portanto o PCI é de 11.932 kcal/kg. 
𝑃𝐶𝐼 = 𝑃𝐶𝑆 − 𝑚𝐻2𝑂. 𝐿 𝑃𝐶𝐼 = 13.250 − 2,25.586 
𝑃𝐶𝐼 = 11.932 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 
Referências Bibliográficas 
 
GREEN, Don W.; SOUTHARD, Marylee Z. Perry's chemical engineers' handbook. McGraw-
Hill Education, 2019. 
 
 https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/estudo-sobre-a-nova-
regulamentacao-de-combustiveis-maritimos 
 
http://sites.petrobras.com.br/minisite/assistenciatecnica/public/downloads/manual-tecnico-
combustiveis-maritimos-assistencia-tecnica-petrobras.pdf 
 
https://www.specialglass.com.br/viscosimetro-capilar