AULA 2 - Combustao e Composicao Quimica dos combustiveis

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Título aqui 1
Combustão 
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• Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de
oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação,
obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível;
• Assim sendo, para que ocorra uma reação de 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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Título aqui 2
• Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:
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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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Título aqui 3
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 liquido 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.
• De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguinte
maneira:
Reação de combustão 
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Título aqui 4
Tipos de combustão
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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 monóxido de carbono (CO) 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, nos
permitindo ter uma indicação da combustão obtida.
Tipos de combustão 
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• 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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Combustíveis 
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Título aqui 6
• Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e
econômica, energia térmica por reação química ou nuclear;
• Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio
do ar, produzindo calor em grande quantidade.
1.Classificação dos combustíveis:
Sólidos:
• Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha;
• Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;
Líquidos:
•Naturais: petróleo cru, gasolina natural;
•Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;
Gasoso:
•Naturais: gás natural;
•Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;
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1.Principais Características dos Combustíveis mais Comuns
1.1. “Combustíveis Sólidos”
1.1.1. Lenha
• Perdeu a importância como combustível industrial:
- Baixa rentabilidade térmica
- Crescente interesse como fonte de celulose
• Após corte  teor de umidade oscila: 50 e 70%;
• Seca ao ar  teor reduz cerca de 15%  PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg;
• Baixo poder calorífico  Pirólise* Resíduo: carvão vegetal  PCI = 7200 a
8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas);
• Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas  ácido
acético, metanol, acetona...).
OBS.: * Pirólise  ruptura da estrutura molecular original pela ação do calor.
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1.1.2. Carvões fósseis
• Consideradas: rochas orgânicas combustíveis;
• Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha);
• Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos;
• Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias;
• > grau transformação sofrida pela madeira  + C e - H e O possui o carvão;
• % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da
madeira.
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• Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H 
melhor rendimento térmico;
• S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO2 e P2O5);
• Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar
granulometria);
• Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua
utilização na forma como é extraído  refino;
• Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de
água, para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade.
a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como combustível
industrial.
• Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande
quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente
a compressão.
• Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável.
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• Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O
coque obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação
do gás de hulha combustível;
• Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão.
São as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas;
• Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas.
Utilizadas em fornos quando se necessita de aquecimento radiante;
• Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico.
Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água;
• Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas
(evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso
é deixado em silos (para secagem ao ar).
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1.1.1. Coque:
O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (forado contato do ar) 
denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão  faz que haja o
desprendimento das matérias voláteis produzindo:
• Combustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos,
hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO2 e Hidrocarbonetos insaturados;
• Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos
combustíveis do alcatrão da hulha;
• Combustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do
carvão;
• Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre
1.100 e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação;
• Poder calorífico: 7.000 Kcal/Kg
• O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério
de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso,
deve apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o
ferro).
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1.2. “Combustíveis Líquidos”
• Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes grupos:
1-Petróleo e seus derivados
2-Derivados do alcatrão de hulha ou do linhito
3-Destilados dos xistos betuminosos
4-Hidrocarbonetos sintéticos
5-Álcool etílico
1.2.1. Derivados do Petróleo
1.2.1.1 Gasolina
• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 6 -12 átomos de carbono;
• Pode ser: Natural ou Petróleo;
• Poder calorífico: 11.000 Kcal/Kg;
• Ponto de fulgor - 40º C (gasolina automotiva) e - 46 ºC (gasolina de
aviação);
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• Índice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina.
Mede o poder anti-detonante da mesma;
• Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão
até que ocorra a pré-detonação ou “batida de pinos”;
• A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano
que apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a
gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos
dará o índice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura
apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso-
octano e 20% de heptano, a gasolina em teste será 80;
Esse método se baseia na convenção de que:
- Iso-octano: possui poder anti-detonante igual a 100 (melhor
comportamento)
- Heptano: possui poder anti-detonante igual a 0 (pior comportamento)
• A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de
octanagem;
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• O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adição:
- de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, benzol, gasolinas
naturais...);
- de produtos aditivos especiais: chumbo tetra-etila (no caso da gasolina de
aviação, que possuem índice de octana de 140 ou 160).
Curiosidades:
Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum?
• A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e no pistão)
deixa resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma.
• Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar,
que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a
eficiência do carro.
• Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência da gasolina.
• A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a aditivada
possui uma espécie de detergente.
• Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acúmulo de
mais resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e também é queimada.
(fonte: http://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-
comum.htm)
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1.2.1.2 Querosene
• Primeiro derivado do petróleo de valor comercial;
• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 14 - 19 átomos de carbono;
• Incolor, menos volátil que a gasolina;
• Excelente poder de solvência;
• Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de combustão interna;
• 84% de C e 16% de H em massa;
• Ponto de fulgor 40ºC;
• Poder calorífico: 11.500 Kcal/Kg.
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1.2.1.3 Óleo Diesel
• Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de energia;
• Poder calorífico: 10.100 Kcal/Kg;
• Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC (biodiesel
 segundo ANP);
• Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de ignição do
combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de cetanas, menor será o
retardo de ignição e por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se;
• Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores diesel de alta
velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade
aceitam óleos com índice 25;
• Cetano é um hidrocarboneto parafínico (alcano) de fórmula
química CH3(CH2)14CH3 (C16H34) usado como padrão na avaliação das propriedades
ignitoras do diesel (o número de cetano).
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1.2.2. Derivados do Alcatrão
Benzeno (C6H6) - principal
• Poder calorífico: 10.500 Kcal/Kg
• Índice de octano = 88
• Principal utilização: aditivo para gasolina
1.2.3. Destilados de Xistos betuminoso
• Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis (20% tipo
gasolina e 50% do tipo óleo diesel).
1.2.4. Hidrocarbonetos sintéticos
• Utilizados: Processo de síntese;
• Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-detonante).
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1.2.5. Álcool Etílico
• Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção de etanol
da cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros cúbicos, com
perspectivas de atingir 35,7 milhões de metros cúbicos em 2012-2013);
• Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo
sacarino (África), trigo (Europa)...
• Poder calorífico: 6.500 Kcal/kg;
• Ponto de fulgor 13ºC;
• Exige menor quantidade de ar para combustão;
• Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a 25% em
mistura com a gasolina;
• Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo (em média
95% etanol + 5% água);
•Alto poder anti-detonante.
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1.3. “Combustíveis Gasosos”
• Na temperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam numerosas
vantagens sobre os demais combustíveis:
1.Maior facilidade na reação de combustão
2.Maior facilidade de regular a entrada de ar
3.Maior extensão da chama
4.Maior facilidade de transporte
5.Maior facilidade de pré-aquecimento
6.Ausência de cinzas
• São sempre misturas gasosas;
• Composição varia:
- forma de produção (combustíveis preparados) ou
- fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais)
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• Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir:
Destaques:
1.3.1. Gás natural: Combustível fóssil: Metano (CH4) + Hidrocarbonetos
Parafínicos (etano, propano e outros mais pesados)  Ocorre: formações
geológicas petrolíferas. Possui aplicações domésticas, industriais e
automotivas.
Poder calorífico: 8.993 Kcal/kg;
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Incolor e inodoro, o gás natural dissipa-se facilmente na atmosfera em
caso de vazamento, por ser mais leve que o ar. Para inflamar é preciso
que seja submetido a uma temperatura superior a 620°C. Além disso, o
gás naturalqueima com uma chama quase imperceptível. Por questões de
segurança, o gás natural comercializado é odorizado com enxofre.
1.3.2. Gás liquefeito de petróleo (GLP): Propano (C3H8) + Butano (C4H10)
Utilizado: Combustível industrial, doméstico... São mais densos que o ar e
em caso de vazamento, tendem a se depositar apresentando o perigo de
explosão e/ou asfixia.
Poder calorífico: 11.500 Kcal/kg;
OBS.: Normalmente comercializado em botijões no estado líquido,
tornando-se gasoso à pressão atmosférica e temperatura ambiente na hora
de sua utilização em fogão. Por ser um produto inodoro por natureza, um
composto à base de enxofre é adicionado, dando-lhe um cheiro bastante
característico para facilitar a detecção de possíveis vazamentos.
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1.3.3. Gás de hulha: Obtido: destilação seca da hulha, em ausência de ar,
resultando ainda um resíduo combustível  coque. Uma tonelada de hulha
gera em média 300 a 350 m3 de gás. Poder calorífico: 4.000 a 5.000
Kcal/m3, 50 Kg de alcatrão, 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de águas
amoniacais (fonte de NH3).
1.3.4. Gás de ar: “Gás Pobre”, devido seu baixo poder calorífico (1.200 a
1.600 kcal/m3. Obtido: Oxidação parcial do carbono, a partir do coque,
carvões minerais ou vegetais;
1.3.5. Gás de água: Apresenta em média: CO2 5,1%; CO 40,2%; H2
50%; CH4 0,7 % e N2 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 2700
Kcal/m3. Obtido: injeção de vapor de água sobre carvão incandescente;
1.3.6. Gases carburados: Gás de água ou gás misto enriquecido com
vapores de hidrocarbonetos, obtidos  craqueamento de um óleo
combustível pesado. Poder calorífico: 5.400 Kcal/m3;
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1.3.7. Gás de alto forno: Possui cerca de 30% de CO e pequena
quantidade de H. Resultante: utilização parcial do CO para redução do
minério de ferro dentro do alto forno. CO é produzido pela queima do
coque com insuficiência de oxigênio durante o processo. Poder calorífico:
900 Kcal/m3 (utilizado na própria siderúrgica, misturado ao gás de
coqueira);
1.3.8. Gás de tratamento de esgoto: Produzido: durante a digestão
anaeróbica dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% de metano (CH4) e
poder calorífico: 5.800 a 6.500 Kcal/m3.
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Composição química dos 
combustíveis 
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2. Composição dos combustíveis:
2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.
• São muito freqüentes 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:
2.2. 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 oxida durante 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:
• 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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queimadovolumemassa
Q
PC gerado
)(

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Título aqui 17
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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