1Bim_CQA_Eng. Mecânica e Mecatrônica_2017

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COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
Prof. Márcio L. Oliveira
e-mail: professormarcio.unip@gmail.com
blog: profmarciooliveira.wordpress.com
2º semestre de 2017
São José dos Campos
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
Plano de Ensino
EMENTA
Abordagem dos processos de geração e conservação de energia do âmbito da Química.
OBJETIVOS GERAIS
 Dar condições ao futuro engenheiro de interagir com o processo de combustão, que é o
principal processo de geração de energia, como uma das suas atribuições no exercício da
engenharia. Dar conhecimento sobre os principais tipos de combustíveis e suas formas
de seleção. Formas alternativas de geração de energia, fontes renováveis e não
renováveis.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
 Capacitar os estudantes de engenharia para a seleção, formas de uso e aplicação dos
combustíveis, cálculos para o projeto de sistemas de combustão.
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
Plano de Ensino
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
I – Noções Gerais sobre a situação atual de geração de energia no mundo.
 a evolução do uso da energia pelo Homem;
 fontes atuais (e as possíveis fontes futuras) de energia renovável e não renovável;
 alguns aspectos da situação brasileira;
II – Noções Gerais sobre o processo de Combustão, abordando:
 combustíveis, classificação, composição, estado físico, principais características dos mais 
usados;
 comburente, composição do ar, reações e controle da combustão, tipos de combustão;
 reações e controle da combustão;
 estequiometria da combustão, cálculo da quantidade de ar necessária e volume de fumos;
 cálculo do poder calorífico de combustíveis;
 cálculo das temperaturas teórica e real da combustão.
III – Noções Gerais sobre controle da Combustão e dos Combustíveis com a realização dos 
seguintes ensaios:
• Determinação do Ponto de Fulgor e do Ponto de Inflamação de combustíveis líquidos e do teor 
de álcool presente em uma amostra de gasolina.
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COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
Plano de Ensino
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
1º Bimestre
Energia: Fontes renováveis e fontes não renováveis.
Combustíveis industriais. Classificação, origem, composição, principais características dos
combustíveis mais comuns. Noções gerais sobre células de combustível. Estudo do processo de
combustão, cálculos, balanços de massa, cálculo de ar e volume de fumos. Cálculo do Poder
Calorífico pelos Calores de Combustão e pela Relação entre PCS e PCI. Cálculo do Poder
Calorífico de carvões pela fórmula de Gouthal e pelas fórmulas de Dulong. Determinação do teor de
álcool numa amostra de gasolina automotiva
2º Bimestre
Cálculo das temperaturas teórica e real da combustão.
Conceitos e definições sobre o combustível Ponto de Fulgor e Ponto de Inflamação de combustíveis
líquidos.
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COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
BIBLIOGRAFIA
Textos base:
Apostila de Química e Energia, Celso A. Tassinari
Tassinari C.A. e outros Química Tecnológica Editora Pioneira Learning Thomsom 2003
Apostila do Prof. Barbieri disponível em professorbarbieri.net
Textos Complementares:
Kotz.J.C. e Treichel, P.J. Química e Reações Químicas - 4° Edição – LTC 2002
D.R. Askeland, P.P. Phulé, The Science andEngeneering of Materials, 4th Ed., Thomson, NewYork, 2003.
Hinrichs, R.A.&Kleinback, M. Energia e Meio Ambiente Pioneira Thomson Learning Ltda. 2004
W.D. Callister Jr., Materials Science and Engeneering: anintegrated approach, 2th Edition, John Willey, New York, 2005.
J.F. Shackelford - Materials Science for Engineers, 6thEdition, Prentice Hall, New York, 2005
Callister, William D. Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais - 2ª Edição - 2006 - isbn: 8521615159
M, P – Combustão – Orion – 2007 - ISBN: 9789728620103
Kupta, T., Cieslik, M. and Weber, R.. (2006). Investigation on Ash Deposit Formation Rate During Co-Combustion of Coal
with Sewage Sludge, Proceedings of the 7th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, Porto, Portugal,
18-21April.
R. Rinaldi, C. Garcia, L. L. Marciniuk, A. V. Rossi, U. Schuchardt, - Síntese de Biodiesel. Uma proposta Contextualizada
de Experimento para Laboratório de Química Geral - Química Nova, 30 (2007) 1374.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Balanço energético nacional 2007: ano base 2006. RJ. Empresa de Pesquisa
Energética, 2007. Disponível em:<http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item.do?channelId=1432>.
Acesso em: 10 de abril de 2008
Carvalho Jr.J.A. et al Princípios de Combustão Aplicada UFSC – 2007 - ISBN-10: 8532803776
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO:
𝑀 =
𝑁𝑃1 +𝑁𝑃2
2
𝑁𝑃1 = 𝐵1 + 0,2 ×
𝑅𝑒 + 𝑇𝑎
2
× 𝐵1
𝑁𝑃2 = 𝐵2 + 0,2 ×
𝑅𝑒 + 𝑇𝑎
2
× 𝐵2
OBS:As provas bimestrais B1 e B2, serão compostas por 8 questões objetivas e 4
questões discursivas (sendo duas questões sobre a prática de laboratório).
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Re – Relatório: de 0 a 1 (0 ‒100%)
Ta – Tarefa: de 0 a 1 (0 ‒100%)
TAREFAS E RELATÓRIOS
As tarefas e relatórios proporcionarão até 20% a mais sobre a nota da prova bimestral.
Cópias xerox (parciais ou totais) assim como textos digitados (parcial ou totalmente) não podem ser
aceitos. Somente serão aceitas cópias manuscritas que contenham todo o texto do trabalho original.
• as tarefas serão individuais;
• os relatórios em grupos de no máximo 05 alunos.
• as tarefas e relatórios bimestrais devem ser entregues até um dia antes a data da semana de provas
• somente poderão entregar o relatório os alunos presentes na aula experimental correspondente.
IMPORTANTE:
Para este semestre, as tarefas e relatórios deverão ser entregues impressas (tudo no papel!)
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COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
Aulas do 1º Bimestre
Fontes de Energia Renováveis e não Renováveis
Combustão
Combustíveis e Comburentes
Estequeometria do Processo de Combustão
Poder Calorífico de um Combustível
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Tarefas - NP1
TP 01 – págs 177 a 182
TP 02 – págs 183 e184
TP 04 – Somente os exercícios 1 e 2 - págs 191 a 192
Entregar até 29/09
COMPLEMENTOS DE QUÍMICA APLICADA
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
O que é Energia?
“e.ner.gi.a
1 Capacidade dos corpos para produzir um trabalho ou desenvolver uma força. 2 Modo 
como se exerce uma força; eficácia. 3 Qualidade do que é energético; resolução nos atos; 
firmeza. 4 Atividade diligente. 5 Força física. 6 Força moral. 7 Vigor. 8 Força em ação”. 
Dicionário Michaelis
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Origem da Energia
Massa
e=mc2
Solar
Química
Mecânica
Campo
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Energias do tipo potencial (campo)
• a energia gravitacional
• a energia elástica
• a energia eletrostática
• a energia térmica (interna)
- Sensível
- Latente
• a energia química (interna)
• a energia nuclear.
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Energias do tipo cinético
 a energia cinética do movimento
 a energia do som
 a energia elétrica
 a energia térmica
 a energia da radiação.
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Energia (calor) fornecida
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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
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho.
Fontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o
trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o vento etc.
 Depois da própria força humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi
o fogo (de 50 000 a.C).
 A utilização da força do vento, principalmente para a navegação, deve ter começado
em torno do ano 2 000 a.C.
 O aproveitamento da água, da força hidráulica para mover moinhos, iniciou-se em
torno do século II a.C.
 A partir do ano 1000 d.C. começa a exploração mais intensa do carvão mineral (a
hulha, inicialmente).
 Por volta do final do século XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores
a gasolina ou demais derivados do petróleo e, consequentemente, um notável
desenvolvimento nas explorações petrolíferas.
Breve Histórico
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Em meados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fissão nuclear
(obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2ª
Guerra Mundial.
 A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca
a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia.
 Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco
poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior
expansão nas próximas décadas.
 Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais
funções do engenheiro, já que representa, na maioria das vezes, a maior parcela na
composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que
envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia.
 A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua sendo o principal
processo de geração de energia usado pela humanidade além da Corrosão e Proteção
contra a Corrosão que se traduz num processo de conservação de energia.
Breve Histórico 
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das
radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra.
 O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem
em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química.
 Os principais usos da energia incluem o aquecimento de ambientes, a produção
industrial, o transporte de forma geral, a obtenção de metais e materiais
diversos etc.
 Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis e não
renováveis.
Fontes de energia
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Histórico da Energia no Brasil
 1879 - Iluminação de estrada de ferro D. Pedro II.
 1881- Iluminação da praça XV e praça da república.
 1883 - Primeiro serviço público de iluminação elétrica do Brasil e da América do Sul.
 1885 - Primeiro serviço de iluminação de São Paulo.
 1887- Entrada em operação da usina termoelétrica da Fiat lux.
 1889 - Entrada em operação da usina Marmelos Zero a primeira hidrelétrica de grande
porte no país.
 1907- Entrada em operação da usina São de Fontes da Rio Light, a maior do mundo na 
época.
 1934 - Promulgação do código de águas, atribuindo a união competência exclusiva,
como poder concedente, para os aproveitamentos hidrelétricos destinados ao serviço
público.
 1943 - Início da criação das diversas estaduais e federais: Ceee-rgs, Chesf, Cemig, 
Copel, Celesc, Celg, Cemat, Escelsa, Furnas, Cemar, Coelba, Ceal Energipe, e outras.
www.memoriadaeletricidade.com.br
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
http://www.memoriadaeletricidade.com.br/
 1960 - Criação do Ministério das Minas e Energia.
 1961- Criação da Eletrobrás constituída em 1962.
 1963 - Entrada em operação da usina de Furnas que permitiu a interligação dos
estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo.
 1984 - Entrada em operação da usina de Itaipu, maior hidrelétrica do mundo -
conclusão do sistema interligado norte e nordeste.
 1985 - Criação do Procel programa nacional de combate ao desperdício de energia
elétrica.
 1986 - Entrada em operação do sistema interligado sul - sistema interligado sul -
sudeste.
www.memoriadaeletricidade.com.br
Histórico da Energia no Brasil
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http://www.memoriadaeletricidade.com.br/
Histórico da Energia no Brasil
ESTRADA DE FERRO D. PEDRO 
II.
Fonte: 
http://vanesalopez.wordpress.com/pesquisas/corcovado-e-o-
cristo-redentor/
ENERGIA ELÉTRICA CAMPOS - RJ
Fonte: http://camposfotos.blogspot.com.br/2013/04/campos-
dos-goytacazes-rj-primeira.html
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Binacional Itaipu
http://www.cnews.com.br/diretodaredacao/noticias/36374/paraguai_deve_rever_o_tratado_de_itaipu
 Em 1973, técnicos percorrem o rio 
de barco em busca do ponto mais 
indicado para a construção da 
Itaipu 
 Construída entre 1975 e 1982
 Inaugurada em 5 de maio de 1984
 Maior em produção no mundo
 Gerou 98,29 TWh em 2012
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Programa Nuclear Brasileiro
 1954 - O Brasil já era capaz de produzir urânio metálico 1954
 1960 - Brasil negociava com a França para adquirir um reator nuclear.
 1965 - Brasil assinou um acordo com a Westinghouse Electric Company dos EUA
 1976 - Governo Geisel, foi assinado um acordo com a Alemanha para um total de 10 
reatores
 1986 - Entra em operação o reator nuclear construído pela Westinghouse, na usina 
de Angra I
 2002 - Entra em operação Angra II, acordo realizado com a Alemanha
 2016 – Previsão de início de operação da Angra III
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Fontes de energia
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
BEN – Balanço Energético Nacional – 2017, ano base 2016
Fontes de energia no Brasil
Repartição da Oferta Interna de Energia - OIE
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
BEN – Balanço Energético Nacional – 2017, ano base 2016
Consumo final de energia por fonte
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Petróleo
Produtos obtidos a partir do petróleo:
•Gasolina
•GLP
•Querosene
•Óleo lubrificante
•Asfalto
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Produção de Petróleo no Brasil
(Al, Am, Ba, Ce, RN )
(Líquido de Gás Natural)
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Produção de Petróleo no Brasil
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Gás Natural
Mistura de hidrocarbonetos 
leves, com destaque para o 
metano (CH4).
Vantagens:
•Baixa presença de contaminantes;
•Combustão mais limpa, com 
menor nível de emissão de CO2
por unidade de energia;
•Facilidade de transporte e 
manuseio.
Principais usos:
•Uso residencial em fogões, 
chuveiros, piscinas, etc...
•Uso em indústrias como fonte de 
calor, para a produção de metanol, 
fertilizantes, amônia e uréia.
•Gás natural veicular
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Gasoduto Brasil-Bolívia
• 3150km de extensão
• Atravessa 136 municípios em 5 estados
• Capacidade de 30,08 milhões de m³ por ano
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Carvão Mineral
Minério composto de carbono, 
com quantidades variáveis de 
enxofre, hidrogênio, oxigênio e 
nitrogênio.
Maior fonte geradora de 
energia elétrica do mundo, 
devido ao baixo custo e oferta 
abundante.
Altamente poluente, 
responsável por 30 a 35% das 
emissões globais de CO2.
O Brasil possui poucas reservas de carvão 
mineral, importando 50% do carvão consumido
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Energia Nuclear
Fonte de energia “limpa”, não 
apresenta geração de CO2.
O Brasil tem asexta maior 
reserva de urânio do mundo, um 
potencial energético comparável 
ao pré-sal.
Atualmente existem duas usinas 
nucleares no Brasil, Angra I e 
Angra II, com capacidade de 
1.350 MW.
Para 2016, estava previsto o 
término da construção da usina 
de Angra III, com capacidade de 
1.405MW.
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Chernobyl - 1986 Fukushima - 2011
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Energias renováveis
• Biomassa
• Hidráulica
• Energia Eólica
• Energia Solar
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Biomassa da cana
Brasil é o maior produtor de 
cana-de-açúcar do mundo.
No Brasil, o percentual de 
etanol na gasolina é 27%.
Bagaço da cana é usado 
na geração de energia 
elétrica
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Hidráulica
O Brasil é o terceiro maior 
produtor de energia 
hidrelétrica do mundo, 
atrás dos EUA e Canadá.
Brasil possui cerca de 
200 usinas 
hidrelétricas em 
funcionamento.
A usina de Itaipu, 
considerada uma das 
maravilhas do mundo 
moderno, gerou 
98,29TWh de energia 
elétrica em 2012.
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Hidráulica
A usina de Belo Monte, 
tem capacidade de 
atender a 40% do 
consumo residencial de 
todo Brasil
Por operar com 
reservatório reduzido, 
deve produzir 
efetivamente cerca de 
39,5 TWh em média ao 
longo do ano. (10% do 
consumo nacional)
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Energias renováveis
Matriz elétrica Brasileira
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Lenha e carvão vegetal
O carvão vegetal, 
obtido através da 
carbonização da 
lenha, é utilizado 
em larga escala pela 
indústria 
siderúrgica. 
A lenha é utilizada 
também para cozinhar 
e assar alimentos.
A atividade de 
carvoejamento é 
muitas vezes 
associada com 
economias 
subdesenvolvidas e 
condições 
desumanas de 
trabalho.
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Oferta interna de energia 2016/2015
BEN – Balanço Energético Nacional – 2017, ano base 2016
Fonte (Mtep) 2015 2016 Δ 16/15
RENOVÁVEIS 123,7 125,3 1,4%
Energia Hidráulica 33,9 36,3 7,0%
Biomassa de cana 50,6 50,3 ‒ 0,7%
Lenha e carvão vegetal 24,9 23,1 ‒ 7,2%
Eólica 1,9 2,9 54,9%
Solar 0,005 0,007 44,7%
Lixívia e outras renováveis 12,4 12,8 3,4%
NÃO RENOVÁVEIS 175,9 163,0 ‒ 7,3%
Petróleo e derivados 111,6 105,4 ‒ 5,6%
Gás Natural 41,0 35,6 ‒ 13,2%
Carvão Mineral 17,6 15,9 ‒ 9,7%
Urânio (U3O8) 3,9 4,2 9,2%
Outras não renováveis 1,8 1,9 5,2%
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Energias Renováveis (matriz elétrica) Brasil x Mundo
Avanço da participação de renováveis na matriz elétrica, devido à queda da geração térmica
a base de combustíveis fósseis e ao incremento das gerações eólica e hidráulica.
BEN – Balanço Energético Nacional – 2017, ano base 2016
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Participação de renováveis na matriz energética 
Em 2016, a participação de renováveis na Matriz Energética Brasileira manteve-se entre as mais 
elevadas do mundo, com pequeno crescimento devido particularmente à queda da oferta interna 
de petróleo e derivados e expansão da geração hidráulica. 
BEN – Balanço Energético Nacional – 2017, ano base 2016
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Quem usou energia no Brasil
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
MAIS SOBRE:
ENERGIA: RENOVÁVEIS E NÃO-RENOVÁVEIS
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Energia: fontes renováveis
• Energia das marés
• Energia Geotérmica
• Energia Solar
• Energia de Biogás
• Energia de Biomassa
• Energia Eólica
• Gás Hidrogênio
• Energia Hidrelétrica
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o aproveitamento das variações do
nível das marés, em lugares onde a diferença é grande.
 O aproveitamento das marés para gerar energia elétrica é uma das alternativas estudadas.
 As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são chamadas de usinas
maremotrizes.
 A maior parte das usinas existentes é em escala semi-experimental que mostraram ser anti-
econômico esse tipo de aproveitamento.
 São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo de energia.
Energia das marés
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos nas regiões vulcânicas 
constituindo assim uma outra forma de energia alternativa.
 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 por meio de tubulação apropriada. 
 Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica normal, o vapor faz girar as 
lâminas da turbina.
 A energia mecânica da turbina é então transformada em energia elétrica por meio do gerador.
Energia Geotérmica
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
• Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de
resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o
reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas rochas
quentes, mantendo-se a produção.
• Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades
energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 países.
• A água aquecida geotermicamente é utilizada para piscicultura, agricultura,
aquecimento de casas, processos industriais (secagem de madeira e de
alimentos) e etc.
Energia Geotérmica 
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade.
 Alguns sistemas solares, como o que está na figura, usam um refletor alto e côncavo como
uma parabólica para focalizar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a água ferve.
O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade.
 O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol
aquece. Por isso, com o tempo nublado ou a noite não se gera energia elétrica.
 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 modo, continua-se a produzir eletricidade.
Energia Solar
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura
gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica.
 De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH4), com
valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dióxido de carbono (CO2),
com aproximadamente 35 a 45% de sua composição.
 O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de metano
existente na mistura gasosa.
 A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, aterros e esgotos entre
outros.
Energia de biogás
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Atualmente, existem duas situações possíveis para o aproveitamento do
biogás.
 O primeiro caso consiste na queima direta (aquecedores, fogões, caldeiras).
 O segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidade. Isto
significa que o biogás permite a produção de energia elétrica e térmica.
 Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, em
caminhões de coleta de lixo.
Energia de biogás
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas e de fácil
aquisição pelas pequenas propriedades rurais e pode ser usado em motores,
geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de água,geladeira,
fogão, lampião, lança-chamas entre outros.
 Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não
contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água.
 Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu poder
calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m3, quando a proporção em
metano é aproximadamente 60 %.
 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 acumulação se torna
mais difícil.
 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 lado, o metano
obtido é muito corrosivo devido às impurezas que contém.
Energia de biogás
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 É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de energia: 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 (mamona, amendoim, soja,
dendê), etc
Energia de biomassa
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 Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão de origem
biológica, produzidas a partir da biotecnologia.
 Trata-se de matéria vegetal produzida pelas radiações solares, por meio da
fotossíntese. Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, ou ser
convertida em combustível gasoso ou líquido como metanol e etanol.
 A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produção de
monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, são aspectos
desvantajosos.
 No Brasil, na década de 70, em consequência da crise do petróleo, foi desenvolvido o
Proálcool, com a produção de álcool etílico carburante a partir da cana de açúcar.
 O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço de cana, resíduos
agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte é queimada a céu aberto,
gerando poluição ambiental.
 Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas finalidades: produz o vapor
e a energia elétrica.
Energia de biomassa 
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 A energia cinética do vento é uma fonte de energia abundante e renovável, limpa e
disponível em todos os lugares.
 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 energia mecânica e elétrica.
 No Brasil, o aproveitamento dos recursos eólicos tem sido feito tradicionalmente com a
utilização de cata-ventos multi-pás para bombeamento de água.
 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).
 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 velocidade de rotação é
aumentada.
Energia Eólica 
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 O gerador ligado ao transmissor produz energia elétrica.
 A capacidade instalada no Brasil não chega atualmente a 25 MW, com turbinas eólicas de médio
e grande porte conectado à rede elétrica.
 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 gerar 1,8 MW.
Energia Eólica 
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 Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a ideia do seu uso como 
combustível passou a ser cogitada a partir da década de 1970, com a crise provocada 
pelo aumento do preço do petróleo. 
 A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a comunidade 
internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica de energia, com o uso de 
células a combustível.
 São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química diretamente em energia 
elétrica, a partir de um combustível (hidrogênio) e um oxidante (oxigênio).
 São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: alta eficiência, 
operação limpa e silenciosa, resposta rápida de carga, confiabilidade, manutenção 
reduzida e flexibilidade quanto ao combustível.
Gás hidrogênio
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 No entanto, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de 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 de forma ampla.
 Outro problema é o fato de ser altamente explosivo.
 Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar,
manusear e disponibilizar esse combustível.
Gás hidrogênio
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 Produzida por quedas d’água, a energia hidráulica permite o acionamento de turbinas
que movimentam geradores elétricos, produzindo energia em grande ou pequena
escala.
 Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento
dos cursos de água. Mais de 90% do consumo doméstico do Brasil provém do uso da
energia hidráulica.
Energia hidrelétrica
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 As centrais hidrelétricas de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental,
já que requerem grandes inundações de terras com modificação do ecossistema, e com
o deslocamento de comunidades.
 Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua
atratividade está na energia mais barata, já que o combustível é a água.
 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 das termoelétricas
movidas a gás natural (fonte ANEEL).
Energia hidrelétrica
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Energia: fontes não renováveis
• Petróleo
• Xisto Betuminoso
• Alcatrão
• Gás Natural
• Carvões Fósseis
• Energia Nuclear
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 Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos.
 O petróleo originou-se de restos de plantas e animais marinhos inferiores, que se
acumularam no fundo de antigos mares, e foram soterrados por movimentos da crosta
terrestre.
 Encontra-se confinado em grandes profundidades no sub-solo dos continentes e dos
mares.
 Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo é fonte de
matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, pesticidas,
tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas outras.
 Os principais países produtores de petróleo são a Rússia, a Arábia Saudita, o Irã, o
Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes.
Petróleo
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Torre de destilação fracionada de petróleo
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Xisto betuminoso
• Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas mundiais até hoje 
conhecida. 
• Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Catarina, 
Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas.
• Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com substâncias 
orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um 
resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o petróleo.
• Os produtos obtidos do xisto são mais caros que os similares obtidos dos derivados 
de petróleo.
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Alcatrão bruto de hulha
 O alcatrão é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e
muito complexa e de cor preta.
 É originário do processo de coqueificação do carvão, ondeas partes voláteis do
carvão são separadas durante o aquecimento formando gases.
 Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é
condensado e decantado formando o alcatrão de hulha.
 Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos puros, como o
naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes últimos constituem
a fração mais importante.
 Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem grande valor na
indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações nas mais variadas áreas.
Alcatrão
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Alcatrão de madeira
 Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o alcatrão é obtido a
partir da recuperação dos gases eliminados durante o processo de carbonização.
 Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e transforma-se em
matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso é a substituição dos
derivados de petróleo, produtos de origem fóssil não-renováveis.
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 biscoitos.
Alcatrão
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• Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos (principalmente
etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formações geológicas petrolíferas.
• Apresenta poder calorífico da ordem de 8.500 a 9.000 kcal/m3.
• Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses químicas (metanol,
formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre.
• Este gás pode ser liquefeito a baixas temperaturas para ser transportado em navios.
• Atualmente o maior produtor é a Rússia.
• O rendimento do gás natural é bastante alto enquanto seu o custo é baixo quando se
compara com outras fontes.
• 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 transportar.
• O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança por milhares
de quilômetros.
Gás natural
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 É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas há milhões de anos,
sujeitas à ação da pressão, temperatura e bactérias.
 São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial destaque para a hulha.
 Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais carbono e menos
hidrogênio e oxigênio possui o carvão.
 Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e
hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico.
 O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que o oxigênio
diminui o rendimento térmico.
 O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato de produzirem
substâncias tóxicas e corrosivas (SO2 e P2O5).
 Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de forma a uniformizar
sua granulometria.
Carvões fósseis
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 A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos carvões brasileiros, pode
até impedir sua utilização na forma como extraído, obrigando a um refino do mesmo.
 O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS2), o que pode acarretar
uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com a possibilidade de formação de um
aglomerado vítreo que impede a combustão do carvão.
 O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do carvão britado em
grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e de pirita se
separem por densidade.
Carvões fósseis
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
• Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o calor é
produzido por reação de fissão nuclear.
• O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na natureza
corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a 99,3%.
• Em apenas 50 anos de desenvolvimento a energia nuclear aumentou sua
participação na produção de energia mundial partindo de um valor extremamente
pequeno, 0,1 %, para um valor substancial de 7%.
• Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma potência instalada
de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na França e 12 % no Japão.
• No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia Atômica,
havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo uma capacidade
instalada líquida de 358 GW.
• Os impactos ambientais e os acidentes de Chernobyl em 1986 e de Tokaimura no
Japão em 1999, que mostraram as letais consequências radiativas dessa tecnologia,
parecem agir como freio na evolução do uso da energia nuclear.
Energia nuclear
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Energia nuclear
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 No Brasil, a participação da energia nuclear é de aproximadamente 1% do valor total.
A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como
economicamente.
 A capacidade da usina Angra I é de 657 MW, enquanto Angra II 1350 MW, e a usina
Angra III depois de pronta terá capacidade de 1400MW
 Uma das desvantagens mais importantes é o lixo nuclear, para o qual não existe
tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, e que permanece
radiativo por milhares de anos.
 A produção de lixo tóxico pelos países industrializados é estimada em 300 milhões de
toneladas por ano.
Energia nuclear
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Combustíveis
Combustão
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O que é Combustível?
Qualquer substância que produz 
energia utilizável, seja por queima 
(gás, madeira, etc), seja por reação 
nuclear (fissão, fusão)
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Combustível Fóssil
Depósito de Material orgânico 
fóssil que é suficientemente 
combustível. Exemplos:Carvão, 
petróleo, gás natural.
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Combustíveis
Qualquer substância que reage quimicamente com
desprendimento de calor.
Na Prática: São os materiais carbonáceos, abundantes e de fácil
queima com o ar, gerando grande desprendimento de calor
(controlável).
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Tipos de Combustíveis
Primários
Carvões minerais (turfa, linhito, hulha, antracito)
Lenha
Secundários
Coque, carvão vegetal, coque de petróleo, resíduos 
industriais, combustíveis de foguetes (tiocol, hidrazina 
e TNT)
SÓLIDOS
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Tipos de Combustíveis
Turfa
Linhito
Hulha
Antracito
Tipo
Potencial 
calorífico
% Carbono
Turfa Baixo 20 a 30
Linhito Baixo 70
Hulha Alto 75 a 90
Antracito Alto 96
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Tipos de Combustíveis
Primários
Petróleo cru
Gasolina natural
Secundários
Gasolina, Querosene, Óleo diesel
Hidrocarbonetos, Álcoois
LÍQUIDO
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Tipos de Combustíveis
Primário
Gás Natural
Secundários
Gás de hulha, gás de alto-forno
Gases de refino do petróleo
GASOSOS
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RENOVÁVEIS
NÃO-
RENOVÁVEIS
Biodiesel
Bioetanol
Hidrogênio
Gasolina
Diesel
GNV
Tipos de Combustíveis
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 Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de
oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessita-se de uma energia de ativação,
obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível;
 Para que ocorra uma reaçãode combustão, devem estar presentes simultaneamente, o
combustível, o comburente e a energia de ativação;
 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 término de todo o
combustível;
 Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons);
 O combustível atua sempre como fonte de elétrons;
 O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como
oxidante.
Combustão
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Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:
Combustão 
Combustível + Comburente
e-
Condições
adequadas
Fumos + Cinza + Calor
C+4O2
-2Cº + O2º
4e-
redutor oxidante
EXEMPLO:
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Combustão
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Combustão
Combustível + comburente  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.
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Reação de combustão
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Tudo depende da velocidade da reação:
- Reação lenta: corrosão
- Reações rápidas: combustão (processo
controlável)
-Reações muito rápidas: explosão
(processo não controlável)
Reação de Combustão
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 De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa.
 Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de
combustão se dá entre o vapor do líquido e o oxigênio intimamente
misturado.
 No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade,
pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás.
 É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na
combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do
combustível;
 Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que
representa mais uma dificuldade para o contato combustível -
comburente.
Reação de combustão
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Processo de Combustão:
Reação de combustão
CÂMARA DE 
COMBUSTÃO
COMBUSTÍVEL
COMBURENTE
FUMOS
CINZAS (outros resíduos)
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Reação de combustão
Combustível
C + HC + S + H2 + N
Comburente
Ar atmosférico
(O2 + N2)
COMBUSTÃO
C + O2 → CO2
H2 + ½ O2 → H2O
Gases residuais
(fumos)
Gases residuais
(comb. sólidos)
CO2 (g)
CO (g)
N2 (g)
O2 (g)
SO2 (g)
NO
X (g)
H2O (v)
Partículas sólidas
(poeira)
+
Hidrocarbonetos
pesados
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Tipos de combustão
COMBUSTÃO 
COMPLETA
COMBUSTÃO 
INCOMPLETA
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Tipos de combustão
Depende da relação (combustível/O2)
Incompleta CH4 + 3/2O2 → CO + 2H2O Insuficiência de O2
CH4 + O2 → C + 2H2O
Teoricamente CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O Quantidade 
completa estequiométrica de O2 
Praticamente CH4 + 3O2 → CO2 + 2H2O + O2 Excesso de O2 
completa
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• Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadas no processo,
podem ocorrer três tipos de combustão:
• Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor que quantidade
estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível.
Formação de carbono na forma de fuligem (C) e água.
• Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade
estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. Formação de
dióxido de carbono (CO2) e água (H2O)
• Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade
estequiométrica necessária para oxidar 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, permitindo ter uma indicação
da combustão obtida.
• Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos
fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio.
• Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor
quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado) e quantidade
desprezível (ou nula) de CO.
Tipos de combustão
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Reação de combustão
CxHy + O2
CO2 + H2O (completa ou total)
CO + H2O
C(s) + H2O
Incompleta ou 
Parcial
+ NO → NO2
Reação com S do 
combustível
+ SO2 → SO3
+ CxHy
COMBUSTÍVEL FÓSSIL
ETANOL
C2H5OH + O2
S
CO2 + H2O (completa ou total)
CO + H2O
C(s) + H2O
Incompleta ou 
Parcial
+ NO → NO2
+ C2H4
N2
Reação com N do ar
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Reação de combustão
Principais reações e energias envolvidas
Variação de entalpia a 25ºC
ΔH(CO2) a 25ºC = ‒ 94,03 kcal/mol
ΔH(H2O vapor) a 25ºC = ‒ 57,80 kcal/mol
ΔH(H2O liq) a 25ºC = ‒ 68,32 kcal/mol
C(grafite) + O2 → CO2 + 94,03 kcal/mol
H2 (gás) + ½O2 → H2O (gás) + 57,80 kcal/mol
H2 (gás) + ½O2 → H2O (líquido) + 68,32 kcal/mol
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Reação de combustão
Combustível com enxofre
Combustão incompleta (falta de O
2
)
S(sólido) + O2 → SO2 + 72,00 kcal/mol
S(sólido) + 3/2O2 → SO3 + 105,5 kcal/mol
C(grafite) + CO2 (gás) → 2CO (gás) ‒ 40,79 kcal/mol
CO(gás) + ½O2 → CO2 (gás) +69,91 kcal/mol
Se adicionar mais AR (excesso de O
2
)
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Composição química dos combustíveis
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Composição dos combustíveis:
Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.
• São muito frequentes na composição dos combustíveis respondendo pela geração de
calor e pela função redutora;
• Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou combinados na
forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH4 etc);
Reações de combustão: carbono
C(grafite) + O2 → CO2 + 94 kcal (reação completa)
C(grafite) + CO2 → 2 CO + 40,8 kcal (reação parcial pela falta de O - endotérmica)
C(grafite) + ½ O2 → CO + 26,6 kcal (reação incompleta)
Reações de combustão: hidrogênio
H2(gás) + ½ O2 → H2O (vapor) + 57,8 kcal
H2(gás) + ½ O2 → H2O (líquido) + 68,3 kcal
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Composição dos combustíveis:
Elementos Secundários: O, N, S e P.
Reações de combustão: Oxigênio
• A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente uma redução na geração
de calor;
• Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor;
• Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento na constituição dos
combustíveis.
C + O2 → CO2 + 94 kcal (reação completa)
CO + ½ O2 → CO2 + 69,9 kcal
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + 200 kcal
CH4O + 3/2 O2 → CO2 + 2 H2O + 160 kcal
Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por oxidação parcial,
preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono; ou como se a parte do C e do H2 do
combustível tivesse sido queimada previamente pelo O2 de constituição
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Reações de combustão: nitrogênio
 O nitrogênio apresenta grande inércia química, caracterizada por uma baixa tendência de
combinação, inclusive nos processos usuais de combustão;
 O nitrogênio presente num combustível não se oxidadurante o processo de combustão e
assim, em nada contribui para a geração de calor;
 Entretanto o nitrogênio como uma espécie material possui massa, e sua presença no
combustível aumenta a massa total do mesmo;
 O Poder Calorífico de um combustível é a relação entre a quantidade de calor gerado e a 
unidade de massa (ou de volume) do combustível queimada:
𝑃𝐶 =
𝑄𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑞𝑢𝑒𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜
 Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o aumento da massa (ou de 
volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição do Poder Calorífico do combustível.
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Reações de combustão: enxofre
Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se oxida de acordo com as 
reações:
S + O2 → SO2 + 72 kcal 
S + 3/2 O2 → SO3 + 105,5 kcal 
 Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de enxofre apresenta interesse,
porém, paralelamente, há um aspecto altamente negativo que anula esta vantagem e torna a
presença desse elemento inconveniente. São os produtos da sua oxidação;
 Tanto o SO2 como o SO3 são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas, constituindo-se
em poderosos agentes poluentes;
 Mesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SO2 reage com a água presente
nos produtos da combustão, formando o ácido sulfuroso (H2SO3). O SO3 dá origem ao ácido
sulfúrico (H2SO4).
SO2 + H2O → H2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
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Reações de combustão: fósforo
 O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação:
P4 + 5 O2 → P4O10 + 360 kcal 
 O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácido
fosfórico (H3P04) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo no
combustível.
P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4
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Cálculo das frações do elementos combustíveis 
no processo de combustão 
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Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrogênio a parcela já queimada, chamando de:
Convenção:
 HT (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no combustível;
 HC (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do combustível; e
 HL (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o processo de combustão.
A quantidade de hidrogênio de um combustível pode ser representado por:
 O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num combustível é feito pela
fórmula e na reação da água que é produto formado na oxidação do hidrogênio.
LCT H+H=H
Combustíveis
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Mol (quantidade de matéria):
 Por definição é quantidade de matéria de um sistema que contém tantas entidades
elementares (partículas = átomos, moléculas, íons, elétrons entre outras partículas)
quantos átomos existentes em um elemento químico.
Onde m é a massa em gramas e M.M é a massa molar em g/mol.
Massa molar do: H2 = 2
O2 =32 
S = 32
H2O = 18
n=
m[g ]
M .M .[g/mol ]
Combustíveis
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Assim para efeito de geração de calor na combustão, considera-se que cada átomo de O presente na
fórmula do combustível anule 2 átomos de H, então a relação fica:
Em massa:
Pela reação: H2 + ½ O2 → H2O
Pode-se observar que 2g de hidrogênio combinado com 16g de oxigênio, desta forma:
m
O2
a massa de oxigênio presente no combustível;
m
H2 C
a massa de hidrogênio combinado;
m
H2 L
a massa de hidrogênio livre (útil para o processo);
m
H2 T
a massa de hidrogênio total.
Combustíveis
Podem ser deduzidas as seguintes relações:
2g H
2
16gO
2
m
H2 C
m
O2
assim: m
H2 C 
= m
O2
, como H
T 
= H
C
+H
L 
, então:
m
H2 L 
= m
H2 T 
 ̶ m
O2
8
8
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Combustíveis
Em quantidade de matéria:
Pela reação analisada pode-se concluir também que 1 mol de hidrogênio reage
com 0,5mol de oxigênio. Assim, chamando-se de
n
O2
a quantidade de matéria de oxigênio presente no combustível;
n
H2 C
a quantidade de matéria de hidrogênio combinado;
n
H2 L
a quantidade de matéria de hidrogênio livre (útil para o processo);
n
H2 T
a quantidade de matéria de hidrogênio total.
As seguintes relações podem ser escritas:
1mol H
2
→ 0,5 mol O
2
n
H2 C
→ n
O2
assim: n
H2 C
= 2n
O2
Como: H
L
= H
T
‒ H
C
n
H2 L
= n
H2 T
‒ 2n
O2
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IMPORTANTE: Como cada átomo de Oxigênio anula (reage) com dois átomos de
Hidrogênio do próprio combustível (combinado) e o hidrogênio restante que é
considerado útil para o processo de combustão (livre), para o cálculo da quantidade de
água, pode-se dizer que:
H
L
o Hidrogênio livre produzirá nos fumos, a água formada;
H
C
o Hidrogênio combinado produzirá nos fumos, a água combinada;
H
T
o Hidrogênio total produzirá água total presente nos fumos;
(se o combustível possui água na forma de umidade, também deve ser considerada)
Combustíveis
H2 + ½ O2 → H2O
1 mol 1 mol
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EXEMPLO:
Combustível 
H2 H2 livre 
H2combinado
C
S
O2
etc
Comburente
Ar N2 79%
O2 21%
Fumos
H2O Combinado
Formado
CO2
SO2
etc
Combustíveis
CÂMARA DE 
COMBUSTÃO
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EXEMPLO DE CÁLCULO:
Um combustível apresenta composição abaixo em 1000gr:
Para 1kg do combustível, pede-se calcular:
a) em quantidade de matéria e em massa, as quantidades de hidrogênio livre e hidrogênio
combinado;
b) as massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão;
c) a massa de água do combustível;
d) a massa do combustível capaz de gerar calor.
Combustíveis
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre Umidade cinza
720 70 80 48 38 44
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Resolução:
Base de cálculo: 1000g do combustível
De acordo com a base de cálculo, o combustível possui:
70g de hidrogênio n
H2
= 70/2 = 35 mols 
80g de oxigênio n
O2
=80/32 = 2,5 mols
a) quantidades de hidrogênio:
n
H2 LIVRE 
= n
H2 TOTAL
– 2n
O2
= 35 – 2x 2,5 = 30 mols
n
H2 COMBINADO 
= 2n
O2
= 2x 2,5 = 5 mols
m
H2 LIVRE 
= m
H2 TOTAL
– m
O2
= 70 – 80 = 60g
m
H2 COMBINADO 
= m
O2
= 80 = 10g
8 8
8 8
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b) cálculo das quantidades de água
Para calcular as massas de água, leva-se em conta que:
O hidrogênio livre produzirá os fumos, a água formada;
O hidrogênio combinado produzirá nos fumos, a água combinada;
O hidrogênio total produzirá água total presente nos fumos
(se o combustível possui água na forma de umidade, como neste caso, sua quantidade deve ser também
considerada).
Pela reação de formação da água, conclui-se que um mol de H
2
gera um mol de água.
Assim:
n
H2O FORMADA
= n
H2 LIVRE
= 30 mols
n
H2O COMBINADO
= n
H2 COMBINADO
= 5 mols
m
H2O FORMADA
= 30x18 = 540 g
m
H2O COMBINADO
= 5x18 = 90 g
m
H2O TOTAL NOS FUMOS
= m
H2O FORMADA
+ m
H2O COMBINADA
+ m
UMIDADE
m
H2O TOTAL NOS FUMOS
= 540g + 90 + 38 = 668g 
H2 + ½ O2 → H2O
1 mol 1 mol
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m
H2O COMBUSTÍVEL
= m
H2O COMBINADA
+ m
UMIDADE
= 90 + 38 = 128g
c) a massa de água do combustível
d) a massa do combustível capaz de gerar calor
m
capaz de gerar calor
= m
C
+ m
H Livre 
+m
S
m
capaz de gerar calor
= 720 + 60 + 48 = 828g
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Comburente
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Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os
elétrons cedidos pelo combustível, industrialmente, quase que na totalidade dos casos, o
comburenteé o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar atmosférico.
A composição média percentual (volumétrica ou em mols) do ar seco é:
nitrogênio (N2) → 78,03% 
oxigênio (O2) → 20,99% 
argônio (Ar) → 0,94% 
dióxido de carbono (CO2) → 0,03% 
hidrogênio (H2) → 0,01% 
(os demais gases nobres encontram-se em proporções desprezíveis). 
Pode-se considerar apenas duas frações:
 Oxigênio (comburente) = 20,99% 
 Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01%
Comburente
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 Para efeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a composição volumétrica
ou em mols do ar seco como:
 Oxigênio (O2) 21% e Nitrogênio (N2) 79%
 A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases raros e o dióxido de
carbono.
 Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar dessa fração
como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos outros gases.
 Em consequência desta simplificação a massa molar média do ar seco será:
M = 0,21 x 32 + 0,79 x 28 = 28,84 g/mol
 Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que em 100 L de ar
atmosférico seco tem-se 21 L de O2 e 79 L de N2.
 E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar atmosférico seco possui 21
mols de O2 e 79 mol de N2.
Comburente
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Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar atmosférico seco virá
acompanhado de nitrogênio, na seguinte proporção:
Comburente
21L de O
2
→ 79L de N
2
1L de O
2
→ x
x=
79
21
=3,76 L
Assim considera-se a fórmula de ar, em quantidade de matéria ou em volume, 
como:
1O
2 
+ 3,76N
2
A composição em massa de ar atmosférico seco pode ser considerada para 
cálculos estequiométricos como:
Oxigênio (O
2
) 23,2% e nitrogênio (N
2
) 76,8%
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EXEMPLO:
Comburente
1) Deduzir a relação que permite obter, em quantidade de matéria ou em volume, a
quantidade de ar que contém uma certa quantidade de O
2
.
Solução:
100 mols de AR contém 21 mols de O
2
n
AR
contém n
O2
nAR=nO2 .
100
21
=
nO2
21
100
=
nO2
0,21
Desta forma:
nAR=
nO2
0,21
nO2=0,21.nAR
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Em Volume
Comburente
Seguindo o mesmo raciocínio
100 volumes de AR contém 21 volumes de O
2
V
AR 
contém V
O2
V AR=VO2.
100
21
=
V O2
21
100
=
VO2
0,21
Desta forma obtém-se:
V AR=
V O2
0,21
VO2=0,21.V AR
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EXEMPLO:
Comburente
Deduzir a relação que permite obter, em quantidade de matéria ou em volume, a
quantidade de N
2
contida numa certa quantidade de ar.
Solução:
100 mols de AR contém 79 mols de N
2
n
AR
contém n
N2
nAR=nN 2.
100
79
=
nN 2
79
100
=
nN 2
0,79
Desta forma:
nAR=
nN 2
0,79
nN 2=0,79.nAR
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Em Volume
Comburente
Seguindo o mesmo raciocínio
100 volumes de AR contém 79 volumes de N
2
V
AR 
contém V
N2
V AR=V N 2 .
100
79
=
V N 2
79
100
=
V N 2
0,79
Desta forma obtém-se:
V AR=
V N 2
0,79
V N 2=0,79.V AR
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Volume Molar
1 mol Gasoso C.N.T.P.
22,4
litros
Condições Normais de Temperatura e Pressão
T=0ºC ou 273K
P =1 atm ou 760 mmHg
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Razões do uso de excesso de comburente em 
processos de combustão
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Quando num processo de combustão, se fixa a proporção de alimentação de combustível e
comburente de modo a obter-se uma combustão estequiométrica, nota-se que, invariavelmente,
recai-se numa combustão incompleta ou parcial. As combustões estequiométricas são portanto
teóricas ou ideais.
Na prática, para obter-se combustões completas, é necessário alimentar comburente em excesso.
Duas são as razões da necessidade do excesso:
a) Contato combustível - comburente
À medida que se aumenta a quantidade de moléculas de O2, aumenta a probabilidade de choque
com as moléculas do combustível. Assim, cresce a taxa de conversão dos reagentes em produtos da
reação.
b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações.
As reações de combustão ocorrem em fase gasosa, e são reações de equilíbrio químico
(reversíveis). (garantia de reação exotérmica)
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Os equilíbrios ocorrem como decorrência das temperaturas atingidas sendo impossível evitar
que se estabeleçam.
a 1.500 °C CO + ½ O2 ↔ CO2
a 1.700 °C H2 + ½ O2 ↔ H2O
a 2.500 °C C + ½ O2 ↔ CO
Como já foi visto, as reações diretas (sentido para a direita) são exotérmicas, liberam calor. Em
decorrência, as reações inversas (sentido para a esquerda) são endotérmicas.
Num processo de combustão sempre se atinge temperaturas elevadas, o que acarreta o
estabelecimento do equilíbrio químico.
Com o aumento da concentração de oxigênio no sistema, evitamos o deslocamento do
equilíbrio no sentido da reformação dos reagentes (ou seja, para a esquerda).
A porcentagem de ar em excesso é expressa em relação à quantidade teórica,
estequiometricamente calculada, ou seja, trata-se de uma parcela a ser alimentada além da
quantidade teórica (ou estequiométrica).
exotérmica
endotérmica
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente
 Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade de excesso deve ser
limitada ao valor que propicie ganho do calor.
 O que nota é que a partir de uma certa quantidade, o aumento do excesso apresenta como
resultado uma diminuição na temperatura da câmara de combustão. Isto ocorre porque o
comburente alimentado em excesso, exagerado além de não contribuir para o aumento da
energia gerada, rouba calor do sistema, aquecendo-se.
 Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de uma fonte quente para uma fria, é
a diferença de temperatura.
 Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperatura da fonte fria, perde-
se capacidade de transferir calor (aquecer), embora tenha-se geração de calor no processo.
 A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da
construção da instalação e das condições de operação.
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Levando-se em conta somente o estado físico do combustível, o excesso recomendado varia
conforme segue:
 combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso;
 combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso;
 combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso.
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Conceitos e Definições sobre o comburente.
Oxigênio Teórico: é a quantidade estequiométrica de oxigênio necessária para oxidar totalmente
todas as frações do combustível.
 Quando se calcula o oxigênio teórico, deve-se impor queima completa (oxidação total) da
quantidade total de todas as frações do combustível, mesmo que se disponha de informações
sobre ocorrência de oxidação parcial, ou perda de combustível no processo de combustão.
 Se o combustível contém oxigênio na sua constituição, deve-se subtrair da quantidade
estequiometricamente calculada, a parcela existente no combustível.
 De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio da relação a seguir, a qual é
válida tanto para quantidades de matéria como para volumes:
O2 teórico = Σ O2 do comburente da combustão − O2 do combustível
Razões do uso de excesso decomburente em processos de combustão
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
 Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão considera-se a seguinte sequência de
reações:
C + 1 O2 → CO2
H2 + ½ O2 → H2O
S + 1 O2 → SO2
 Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não havendo a quantidade
necessária para oxidar totalmente o carbono e o hidrogênio), considera-se que o oxigênio
disponível queimará todo o hidrogênio e oxidará todo o carbono a CO.
 Uma parte do CO formada será oxidada a CO2 pelo oxigênio restante.
 Nesses casos, há perda de calor latente nos fumos, pois perde-se combustível sem queimar, o
que não é interessante na prática.
O2 para a combustão completa
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Ar Teórico: é a quantidade de ar que contém a quantidade de oxigênio teórico.
A quantidade de oxigenio do ar é de 21% em volume ou mols.
Oxigênio em Excesso: é a quantidade adicional de comburente além da teórica, aplicada para
garantir a combustão completa.
E convenção exprimir-se o excesso de oxigenio como uma porcemtagem (volumétrica ou em 
mols) do oxigenio teórico.
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
%O2excesso=
O2excesso
O2 teórico
×100
Arteórico=
O2 teórico
0,21
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Ar em Excesso: é a quantidade de ar que contém o oxigênio em excesso.
Oxigênio real: é a quantidade total de oxigênio aplicada ao processo.
Ar real: é a quantidade de ar que contém o oxigênio real.
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
Arexcesso=
O2excesso
0,21
O
2 REAL
=O
2 TEÓRICO
+ O
2 EXCESSO
ArREAL=
O2REAL
0,21
Ar
REAL
=Ar
TEÓRICO
+ Ar
EXCESSO
ou
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Importante: nas reações de combustão completa:
- todo o carbono é oxidado a C02;
- todo o hidrogênio é oxidado a H20;
- o enxofre presente é oxidado a S02;
- se houver CO, será oxidado a C02
- a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz C02 e H20.
- Todo O2 presentes nos fumos é proveniente da quantidade de excesso no processo.
- Nos fumos: H2O é formada pelo H do combustível e de umidade se tiver;
- Nos fumos: N2 é formado pelo N do combustível se tiver e todo N2 do ar atmosférico.
Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão
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Gases residuais
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Gases Residuais ou fumos:
 As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicos constituintes
combustíveis com o oxigênio constituem os fumos da combustão, sendo estes, o veículo
transporte da maior parte do calor gerado na combustão;
 Gases tipo CO2, SO2, CO, O2, N2 e vapor de água são os componentes normalmente
presentes nos fumos. Os fumos são analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as
porcentagens volumétricas de CO2, O2, CO e N2 em base seca (isenta do vapor de água).
 A composição dos fumos pode ser apresentada em porcentagens em massa, em mols em
volumes dos componentes.
 Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se despreza o vapor
água presente na mistura), ou em base úmida (quando o vapor de água presente nos
fumos é considerado um dos seus componentes).
Gases residuais
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Gases residuais
Aparelho de Orsat
Com ampla faixa de 
aplicação para fins didáticos 
e industriais nas análises 
dos gases CO
2
, O
2
e CO, 
este aparelho atende ao 
método convencional 
segundo Orsat.
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Gases Residuais ou fumos:
 A fumaça normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos fumos com neblinas e poeiras.
 As neblinas são constituídas por partículas de líquidos em suspensão (água hidrocarbonetos
pesados condensados pelo resfriamento dos gases).
 As poeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas ou partículas sólida do
combustível arrastada pelos gases).
 Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça geralmente apresenta coloração
negra e contém fuligem, em consequência da queima incompleta do carbono.
 Quando o excesso de ar é adequado a coloração oscila entre cinza e marrom claro, na maior
parte das vezes.
 Quando a quantidade de ar é excessiva, a fumaça apresenta normalmente coloração branca.
Gases residuais
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Cinzas
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• É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As cinzas de um carvão
poderam ser intrínsecas ou acidentais.
• As intrínsecas são constituídas pela matéria mineral que estava presente no material,
vegetal que deu origem ao carvão.
• As acidentais são constituídas por argila, ou outra matéria inorgânica, depositada
juntamente com o carvão.
• Não existe uma composição padrão para as cinzas de um carvão, pois a composição varia
de local para local de onde o carvão é extraído.
• A matéria mineral é normalmente constituída por piritas de ferro (FeS2), silicatos
hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretos alcalinos e outros
compostos inorgânicos.
• As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após 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 matéria mineral original sofre decomposição parcial durante o processo de
combustão.
• Carvões de boa qualidade apresentam teor de cinzas que varia de 7 a 12% em massa.
Cinzas
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Estequiometria do processo de 
combustão
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Introdução:
 Visa a determinação da quantidade de combustíveis, quantidade de ar necessário à
reação química, bem como da composição qualitativa e quantitativa dos fumos e do
resíduo da combustão.
 São aplicadas as técnicas de balanço material associadas a estequiometria das
reações químicas, para se obter os valores procurados.
 Podem ser utilizadas as equações de estado dos gases perfeitos, pois pelo fato das
reações ocorrerem em pressões próximas da atmosférica, os gases envolvidos
comportam-se como ideais.
Estequiometria do processo de combustão
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 As unidades empregadas nos balanços materiais podem ser de massa ou de volume,
porém na maior parte das vezes, as quantidades de matéria são as que oferecem
maior facilidade.
Estequiometria do processo de combustão
CÂMARA DE 
COMBUSTÃO
COMBUSTÍVEL
COMBURENTE
FUMOS
CINZAS (outros resíduos)
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Roteiro para a Solução de Exercícios:
A) Adotar uma base de cálculo quando não for especificada.
 Como regra geral, adota-se para combustíveis sólidos e líquidos, 1000g de combustível.
 Para combustíveis gasosos, pode-se adotar 100 mols do combustível ou 1 m3 de gás a CNTP;
B) escrever as reações de combustão completa das espécies químicas e/ou frações combustíveis;
 Importante: nas reações de combustão completa:
 todo o carbono é oxidado a C02;
 todo o hidrogênio é oxidado a H20;
 o enxofre presente é oxidado a S02;
 se houver CO, será oxidado a C02
 a combustão completa de hidrocarbonetos, álcoois, cetonas etc. produz C02 e H20.
Estequiometria do processo de combustão
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Roteiro para a Solução de Exercícios:
C) como base na estequiometria das reações e da quantidade de matéria de cada espécie, 1
fração combustível, determinar a quantidade de matéria de oxigênio teórico para o processo,
lembrando que:
O2 TEÓRICO = O2 PARA COMBUSTÃOCOMPLETA − O2 DO COMBUSTIVEL
de todo o combustível
D) com base na informação do problema, calcular a quantidade de matéria de oxigênio em
excesso e a quantidade real.
Lembrar que a quantidade de matéria de oxigênio em excesso é uma porcentagem da
quantidade teórica, e que a quantidade real é a soma da quantidade de matéria teórica com
a quantidade de matéria em excesso.
E) para encontrar as correspondentes quantidades de ar (em quantidade de matéria ou
volume), basta dividir as quantidades de O2 encontradas, por 0,21;
Estequiometria do processo de combustão
nAR=
O2
0,21
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Roteiro para a Solução de Exercícios:
F) se ocorrer queima incompleta, reescrever as reações de combustão, de acordo com os dados 
fornecidos;
G) desenhar um fluxograma do processo, marcando as correntes de entrada (ar e combustível) e 
as de saída (fumos e resíduo);
H) com base nos produtos das reações, composição do ar e do combustível, especificar os 
componentes de cada corrente;
I) encontrar as quantidades de matéria de cada componente dos fumos, com base nas
respectivas equações de combustão e a composição do combustível e do comburente.
OBS: Lembrar que, nas combustões completas, a quantidade de matéria de O2 nos fumos 
coincide com a quantidade de matéria de O2 em excesso.
Nas incompletas, a quantidade de matéria de O2 nos fumos deve ser obtida por meio da 
expressão:
O2 NOS FUMOS = O2 ALIMENTADO − O2 CONSUMIDO NAS REAÇÕES
Estequiometria do processo de combustão
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ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Exemplo
1) Um carvão mineral apresenta a seguinte composição em 1000 gramas:
Considerando a queima de 1000 g desse combustível com 60% de ar em excesso, calcular:
a) quantidade de matéria de O
2
teórico;
b) quantidade de matéria de O
2
em excesso e real;
c) quantidade de matéria de ar real;
d) quantidade de matéria dos componentes dos fumos;
e) massa de água no combustível;
f) a massa capaz de gerar calor.
g) fluxograma do processo (em mols);
h) as massas existentes nos fumos de:água combinada, formada, total e dióxido de carbono.
Carbono Hidrogênio Oxigênio Nitrogênio Enxofre Umidade cinza
684 60 40 42 72 54 48
UNIVERSIDADE PAULISTA – UNIP
ENGENHARIAS MECÂNICA E MECATRÔNICA
Resolução: Utilizando como base de cálculo 1000 g do combustível.
Encontra-se os mols dos elementos
Elemento Massa n=m/MM Mols
Carbono 684g n
C
=684/12 57 mols
Hidrogênio 60g n
H2
=60/2 30 mols
Oxigênio 40g n
O2
=40/32 1,25 mol
Nitrogênio 42g n
N2
=42/28 1,5 mol
Enxofre 72g n
S
=72/32 2,25 mols
Umidade 54g n
umid.
=54/18 3 mols
Cinza 48 -- --
REAÇÃO DE COMBUSTÃO
C + 1O2 → CO2
57 mols 57 mols 57 mols
H2 + ½ O2 → H2O
30 mols 15 mols 30 mols
S + 1O2 → SO2
2,25 mols 2,25 mols 2,25 mols
a) quantidade de matéria de O
2
teórico:
n
O2 
para o carbono 57 mols
n
O2 
para o hidrogenio 15 mols
n
O2
para o enxofre 2,25 mols
n
O2
do combustível 1,25 mol
n
O2 
teórico =57+15+2,25 − 1,25 =73 mols
b) quantidade de matéria de O
2
em excesso e real
n
O2
excesso = 0,6 x 73 = 43,8 mols
n
O2
real = 73 + 43,8 = 116,8 mols
c) quantidade de matéria de ar real
n
AR
real = 116,8/0,21 = 556,19 mols
(O
2 
=116,8 mols + N
2
= 439,39 mols = n
AR
)
d) quantidade de matéria dos componentes dos fumos
n
CO2 = nC = 57 mols
n
SO2 = nS = 2,25 mols
n
H2O = nH2+ nH2O (umidade) = 30 + 3 = 33 mols
n
N2 = nN2 (combustível) + nN2 (ar) =1,5 + 439,39 = 440,89 mol
n
O2 = nO2 (excesso) = 43,8 mols
n fumos = 57+2,25+33+440,89+43,8 = 576,94 mols
e) massa de água no combustível
Cálculo da água combinada
n
H2O combinada
= n
H2 Combinado
= 2n
O2
do combustível
m
H2O combinada
= 2x1,25 = 2,5 mols
Portanto a massa de água combinada = m
H2O combinada
= 2,5x18 = 45g
Massa de água no combustível = m
H2O combinada
+ m
UMIDADE
= 45 + 54 = 99g.
f) a massa capaz de gerar calor
A massa do combustível capaz de gerar calor é a soma da massa de carbono, a 
massa do hidrogênio livre e a massa de enxofre.
M capaz de gerar calor = m
C
+ m
H2 livre
+ m
S
M capaz de gerar calor = 684 + (60 ‒ 40/8) + 72 = 811 g 
mH 2 livre=mH 2Total−
mO 2
8
g) fluxograma do processo (em mols)
C=57 H
2
=30
O
2
=1,25 N
2
=1,5
S=2,25 H
2
O=3 CO
2
=57 
H
2
O=30+3 =33
O
2
=43,8 
N
2
=1,5 +439,39=440,89
SO
2
=2,25 
Ar = 556,19 
O
2 
= 116,8 
N
2 
= 439,39
CÂMARA DE 
COMBUSTÃO
FUMOS
h) as massas existentes nos fumos de:água combinada, formada, total e dióxido de 
carbono.
Água formada
n
H2O formada
= n
H2 livre
= n
H2 total
‒ 2n
O2 combustível
n
H2O formada
= 30 ‒ 2x1,25 =27,5 mols
n
H2O formada
= 27,5x18 = 495g
Água combinada
n
H2O combinada
= n
H2 Combinado
= 2n
O2 do combustível
n
H2O combinada
= 2x1,25 = 2,5 mols
n
H2O combinada
= 2,5x18 = 45 g
Água total
n
H2O fumos
= n
H2O
x18 + Umidade
n
H2O fumos
= 30 x18 + 54 = 594 g
Massa do dióxido de carbono
m
CO2
= n
CO2 fumos
x massa molar do CO2 = 57 x 44 = 2508g
02) Um veículo movido a gasolina percorre 12km/litro de combustível. Admitindo-se que a
fórmula molecular da gasolina seja C
6
H
12
, determinar:
a) a quantidade molar de ar necessária para queimar totalmente 1 litro de gasolina com 20%
de ar em excesso.
b) a quantidade molar de oxigênio subtraído ao ambiente por quilometro rodado.
c) qual o volume de CO
2
liberado a 147ºC e 1,1 atm por quilometro rodado?
d) a massa de H
2
O formada por litro de combustível.
Dado: densidade da gasolina = 0,756 g/mL
Estequiometria do processo de combustão
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Resolução: item a)
Base de Cálculo: 1L de gasolina (1000 ml)
d=
m
V
Sendo: a massa pode ser calculada por: m=d.V
ou m= 1000x0,756 g de gasolina.
A quantidade de matéria será: de gasolina.n=
756
84
=9mols
Reação de combustão:
C
6
H
12
+ 9O2 → 6CO2 + 6H2O
1 mol 9 mols 6 mols 6 mols
9 mol 81 mols 54 mols 54 mols
n
O2 teórico 
= 81 mols
n
O2 excesso 
= 0,2 x 81 = 16,2 mols
O
2 real
= 81 + 16,2 = 97,2 mols
n
ar real
= 97,2/0,21 = 462,86 mols
Quantidade de matéria de ar necessário = 462,86 mols
item b)
Para o cálculo da massa de oxigênio subtraído do ambiente, deve-se levar em conta que o
oxigênio captado em excesso é devolvido ao ambiente junto com os fumos da
combustão. Assim, a quantidade subtraída é somente o número de mols de oxigênio
teórico.
Para 1 litro de combustível foi calculado o total de oxigênio teórico de 81 mols. Como o
veículo percorre 12km por litro, o número de mols de oxigênio por quilometro será:
n
O2 subtraído por km
= 81/12 = 6,75 mols
item c)
Pela reação de combustão constata-se que para cada litro de gasolina queimada (9 mols)
formam-se 54 mols de CO
2
. Considerando a quilometragem percorrida por litro (12 km), o
número de mols de CO
2
por quilometro rodado será:
n
CO2 por km rodado
= 54/12 = 4,5 mols
V
CO2 por km rodado
= nRT
P
=
4,5.0,082 .420
1,1
=140,89L
item d)
Pela reação de combustão constata-se que para cada litro de gasolina queimada(9 mols)
formam-se 54 mols de H
2
O. Assim:
n
H2O formada
= 54 x 18 = 972g
03) O GLP (gás liquefeito de petróleo) é uma mistura de propano (C
3
H
8
) e butano (C
4
H
10
).
Supondo que a porcentagem em mols do propano seja 40%, calcular a quantidade de ar
necessária a queima de 1m3 da mistura, sendo o ar captado a 27ºC e 1,1 atm. Calcular o
volume dos fumos, sabendo que os mesmos são liberados a 127ºC e 1,15 atm. A
combustão é realizada com 18% de ar em excesso.
Nota: Nas situações em que tanto os reagentes como os produtos de uma reação são
gasosos, pode-se utilizar a proporção volumétrica dada pelos coeficientes da(s)
reação(es) química(s) balanceada(s), desde que todos os volumes envolvidos sejam
considerados nas mesmas condições de pressão de temperatura.
Estequiometria do processo de combustão
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