Aula 04 - 03-10-2022 - Orsat-1

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Profº Luiz Ghelmandi Netto Complementos de Química Aplicada
Análise dos Fumos da Combustão
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Tipos de Combustão
 Dependendo das quantidades relativas combustível e comburente 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.
 Teoricamente Completas (ou estequiométricas): quando a alimentação de oxigênio é feita com a
quantidade estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do
combustível.
 Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade
estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível.
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Tipos de Combustão
 A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo ter uma
indicação da combustão obtida.
 Nas combustões incompletas aparece nos fumos grandes quantidades de frações sem queimar,
como o CO (e hidrocarbonetos em algumas situações). Não há presença de oxigênio.
 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.
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Razões do Uso de Excesso de Comburente em Processos de Combustão 
a) Contato combustível – comburente: À medida que se aumenta a quantidade de moléculas de
oxigênio, aumenta a probabilidade de choque com as moléculas do combustível (ou com suas
partículas finamente divididas).
b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações: As reações de combustão ocorrem em fase
gasosa, e são reações de equilíbrio químico (reversíveis).
C(grafite) + O2(g) CO2(g)
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Razões do Uso de Excesso de Comburente em Processos de Combustão 
 Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade de excesso deve ser
limitada ao valor que propicie ganho do calor.
 A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da construção
da instalação e das condições de operação.
 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.
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Controle da Combustão
 O controle tem como objetivo, verificar se uma
combustão está sendo efetuada com a
porcentagem correta de ar em excesso, de
acordo com o combustível queimado e demais
condições do processo.
 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). Aparelho de Orsat
Fonte: RBR Vidros
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Relatório
1 – Capa com NOME, RA, TURMA, NOME DO EXPERIMENTO.
2 – Objetivo: Análise dos fumos da combustão do gás encanado.
3 – Introdução Teórica: Pesquisar entre três e cinco parágrafos sobre a análise de fumos da
combustão.
4 – Materiais Utilizados: Aparelho de Orsat, solução indicadora, solução de hidróxido de potássio,
solução de pirogalato de potássio, solução de cloreto cuproso amoniacal, funil, mangueira, bico de
Bunsen, gás encanado.
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Relatório5 – Procedimentos:
Aparelho de Orsat
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Relatório
a) Preparo das pipetas de absorção: Devem-se elevar as soluções absorventes até uma marca
de referência no capilar.
Para isso opera-se do seguinte modo: Eleva-se o frasco nivelador até que a solução contida no
mesmo atinja a marca de 100 ml do eudiômetro, deixando-se aberta a torneira que a comunica com
o exterior.
A seguir fecha-se essa torneira e abre-se a que a põe em contato com uma das pipetas de
absorção.
Abaixando-se cuidadosamente o frasco nivelador e controlando o movimento dos níveis líquidos
por pressão com os dedos sobre o tubo de borracha que liga o frasco nivelador com a bureta
eudiométrica, faz-se com que a solução se eleve até o traço de referência. Fecha-se em seguida a
torneira.
Faz-se o mesmo com as demais pipetas.
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Relatório
Solução Indicadora Hidróxido de Potássio Pirogalato de Potássio
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Relatório
Cloreto Cuproso Amoniacal Bureta Eudiométrica
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Relatório
Aparelho Orsat 
Laboratório UNIP
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Relatório
b) Tomada de amostra de fumos: Eleva-se o frasco nivelador até a
solução nele contida atingir a parte superior do eudiômetro, colocando a
torneira de três posições na posição de comunicação com o exterior.
Fecha-se então esta torneira.
A seguir liga-se a canalização ou o recipiente que contém o gás a ser
examinado. A torneira de três posições deve estar na posição de abertura
para tomada de amostra e fechamento para o exterior. Abaixa-se o frasco
nivelador até que a solução do mesmo atinja a marcação zero do
eudiômetro.
Repete-se 3 a 4 vezes essa operação, para eliminar todo o ar do
aparelho, deixando-o cheio apenas com os fumos a analisar. Na última
tomada deve-se nivelar o frasco nivelador com o nível da solução dentro
do eudiômetro no ponto zero do eudiômetro, a fim de se ter a pressão
atmosférica também internamente no aparelho.
Após o nivelamento na marca zero do eudiômetro, fecha-se a torneira de
três posições, mantendo a amostra de fumos dentro do aparelho.
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Relatório
c) Absorção de gases:
1 – Hidróxido de Pótássio = CO2
2 – Pirogalato de Potássio = O2
3 – Cloreto Cuproso Amoniacal = CO
As soluções devem ser usadas nessa ordem rigorosa, pois, o pirogalato de potássio sendo
fortemente alcalino pode absorver também o CO2 alem do O2, e o cloreto cuproso amoniacal, pode
absorver o O2 alem do CO.
Abre-se a torneira que comunica o eudiômetro com a pipeta de absorção.
Elevando-se o frasco nivelador faz-se com que a mistura entre em contato com a solução
absorvente. Abaixa-se o frasco nivelador e a mistura gasosa retorna ao eudiômetro. Repete-se a
operação até obter leitura de volume constante.
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Relatório
c) Absorção de gases (continuação):
Em geral a passagem na solução de hidróxido de potássio deve se repetir por 3 a 4 vezes, a passagem
no pirogalato de potássio de 10 a 12 vezes.
A leitura do volume absorvido do componente da mistura (CO2, O2 ou CO) é efetuada igualando os
níveis de solução no frasco nivelador e na bureta eudiométrica (a fim de igualar as pressões interna e
externa ao aparelho) e lendo diretamente na escala do eudiômetro o volume absorvido em ml (que
corresponde à % volumétrica).
Deve-se notar que o volume lido após passagem pela solução de hidróxido de potássio é volume de
CO2, o volume lido após passagem pelo pirogalato de potássio corresponde ao volume de CO2 + O2. O
volume lido após passagem pelo cloreto cuproso amoniacal corresponde ao volume de CO2 + O2 + CO.
Por diferenças sucessivas obtém-se os volumes de CO2, de O2 e de CO. O restante do volume é
considerado como sendo gás nitrogênio.
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Relatório
Observações:
1 – As soluções absorventes nunca deverão ultrapassar o traço de referência das pipetas,
o que implicaria em desmontagem do aparelhopara limpeza. Daí, a necessidade de
cuidadoso manejo do frasco nivelador.
2 – A análise de Orsat dá resultados em “base seca”, isto é, fumos isentos de vapor de
água.
3 - Considerando o volume de 100 ml de fumos analisados, obtém-se a composição dos
fumos em percentual volumétrico, ou seja, %CO2, %O2, %CO e %N2. Considerando tratar-
se de uma mistura gasosa mantida a pressão e temperatura constante, essa porcentagem
volumétrica é numericamente igual à porcentagem molar.
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Relatório
6 – Resultados e Conclusões
Resultados da análise
CO2 =
O2 =
CO =
N2 =
Cálculo do percentual de ar em excesso
7 – Referências Bibliográficas
CO2 O2 CO N2 C
CO2
O2
CO
N2

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Exemplo de Cálculo
Os fumos provenientes da queima de um hidrocarboneto líquido, analisados no Aparelho de
Orsat, seguindo os mesmos procedimentos usados no laboratório, deram os dados abaixo, em
volume de fumos secos lidos no eudiômetro, após absorção total de cada um dos componentes
gasosos dos fumos:
Volume lido no eudiômetro após a absorção total pela solução de hidróxido de potássio: 92 mL
Volume lido no eudiômetro após a absorção total pela solução de pirogalato de potássio: 86 mL
Volume lido no eudiômetro após a absorção total pela solução de cloreto cuproso amoniacal: 80
mL
a) Determinar a porcentagem de ar em excesso utilizada na combustão;
b) O valor encontrado é adequado ao estado físico do combustível?
c) Qual a faixa adequada?
d) Está havendo perda de calor? Em caso positivo, que tipo?
e) Como deve ser alterado o fluxo de ar para melhorar a eficiência do processo?
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Exemplo de Cálculo
Em termos de absorção de gases, sabemos:
1 – Hidróxido de Pótássio absorve CO2
2 – Pirogalato de Potássio absorve O2
3 – Cloreto Cuproso Amoniacal absorve CO
SABEMOS QUE O EUDIÔMETRO TEM CAPACIDADE MÁXIMA DE 100 mL. SENDO
ASSIM, O VOLUME LIDO PODE SER TRABALHADO EM mL, MOL OU PERCENTUAL.
Sendo assim:
CO2 = 100 – 92 = 8%
O2 = 92 – 86 = 6%
CO = 86 – 80 = 6%
N2 = 100 – (8 + 6 + 6) = 80%
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Exemplo de Cálculo
Após a determinação dos percentuais dos elementos que compõem os fumos da combustão,
precisaremos saber, por intermédio de cálculos estequiométricos, a quantidade dos reagentes
que originaram os fumos analisados. Para isso, utilizamos uma TABELA AUXILIAR.
CO2 O2 CO N2 C
CO2
O2
CO
N2
∑
PRODUTOS →
← REAGENTES
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Exemplo de Cálculo
Preenchimento da tabela:
1 - Inicialmente coloca-se na diagonal principal da tabela, os resultados da análise;
2 - Com o auxílio das reações de formação dos componentes dos fumos, obtém-se as
quantidades de entrada dos reagentes;
CO2 O2 CO N2 C
CO2
O2
CO
N2
∑
C + O2 CO2
8mol 8 mol 8mol
C + 0,5 O2 CO
6mol 3 mol 6mol
3 – Por fim, somamos todas as quantidade de reagentes e produtos encontrados, na última
linha da tabela
8
6
6
80
88
3 6
8 17 6 80 14
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Exemplo de Cálculo
Oxigênio(Ar) REAL: Quantidade total de oxigênio aplicada no processo.
O cálculo do número de mols de oxigênio REAL é feito com base na proporção de oxigênio e
nitrogênio (N2 = 79%; O2 = 21%) existente no ar, com base na quantidade de nitrogênio
encontrada nos fumos.
79 mol N2 - 21 mol O2
80 mol N2 - nO2 REAL
O2 REAL = (21/79) x 80 = 21,3 mol 
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Exemplo de Cálculo
Oxigênio(Ar) TEÓRICO: Quantidade ESTEQUIOMÉTRICA de oxigênio necessária para oxidar
totalmente todas as frações de combustível.
QUANDO SE CALCULA O OXIGÊNIO TEÓRICO, DEVE-SE IMPOR QUEIMA COMPLETA
(OXIDAÇÃO TOTAL) DE TODAS AS FRAÇÕES DO COMBUSTÍVEL!!! OU SEJA, NÃO
DEVEMOS CONSIDERAR A FORMAÇÃO DE MONÓXIDO DE CARBONO (CO).
Como estamos trabalhando com um hidrocarboneto, será necessário determinar as quantidades
necessárias para a total oxidação do hidrogênio e do carbono que compõem o combustível em
questão. Sendo assim:
C + O2 CO2
14mol 14mol
(soma da tabela)
O2 TEÓRICO p/ C = 14 mol
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Exemplo de Cálculo
A quantidade de oxigênio para a queima do hidrogênio é a que “desaparece” na análise. É a
diferença entre o numero de mols de oxigênio alimentado no processo (n O2 REAL) e o número
de mols que aparece na tabela. Assim:
O2 TEÓRICO P/H2 = O2 REAL - O2 TABELA
O2 TEÓRICO P/H2 = 21,3 – 17 = 4,3 mol
O2 TEÓRICO = 14 + 4,3 = 18,3 mol
CO2 O2 CO N2 C
CO2 8 8 8
O2 6
CO 3 6 6
N2 80
∑ 8 17 6 80 14
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Exemplo de Cálculo
Oxigênio(Ar) EM EXCESSO: Quantidade adicional de oxigênio além da teórica, aplicada para
garantir a combustão completa.
O2 EXCESSO = O2 REAL - O2 TEÓRICO
O2 EXCESSO = 21,3 - 18,3 = 3 mol
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Exemplo de Cálculo
Após o cálculo das quantidade de oxigênio real (21,3 mol), teórico (18,3 mol) e em excesso (3 mol),
é chegada a hora de calcular o percentual de ar em excesso utilizado na combustão.
A primeiro momento, tudo o que deve ser feito para responder o ITEM A é a conversão das
quantidades de oxigênio encontradas até então, para ar. Pois o exercício nos pede a quantidade
de AR EM EXCESSO. Nesse caso, a conversão não é necessária pelo fato de o oxigênio SER
UMA PARTE DO AR. Dessa forma:
LETRA A CONCLUÍDA!!!!
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Exemplo de Cálculo
b) O valor encontrado é adequado ao estado físico do combustível?
Não é adequado. De acordo com o enunciado o combustível é liquido.
Foi visto que:
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.
c) Qual a faixa adequada?
Conforme acima, 20 a 40%
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Exemplo de Cálculo
d) Está havendo perda de calor? Em caso positivo, que tipo?
A presença de monóxido de carbono (CO) nos fumos (combustível sem queimar) acarreta
a perda de calor latente. Caso tivesse sido encontrado um valor acima do máximo
recomendado (40 % neste caso) estaria ocorrendo perda de calor sensível.
e) Como deve ser alterado o fluxo de ar para melhorar a eficiência do processo?
Deve ser promovido o aumento da alimentação de ar, até que a presença de CO nos
fumos se torne desprezível, respeitando-se o limite de máximo de 40%.
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Exercício
Os fumos provenientes da queima de um hidrocarboneto gasoso, analisados no Aparelho de
Orsat, seguindo os mesmos procedimentos usados no laboratório, deram os dados abaixo, em
volume de fumos secos lidos no eudiômetro, após absorção total de cada um dos componentes
gasosos dos fumos:
CO2 = 12%; O2 = 6%; CO = 4%.
a) Determinar a porcentagem de ar em excesso utilizada na combustão;
b) O valor encontrado é adequado ao estado físico do combustível?
c) Qual a faixa adequada?
d) Está havendo perda de calor? Em caso positivo, que tipo?
e) Como deve ser alterado o fluxo de ar para melhorar a eficiência do processo?
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Exercício
REAGENTES
CO2 O2 CO N2 C
P
R
O
D
U
TO
S
CO2 12,0 12,0 12,0 
O2 6,0 
CO 2,0 4,0 4,0 
N2 78,0 
∑ 12,0 20,0 4,0 78,0 16,0 
N2 = 100 – (12 + 6 + 4) = 78%
79 mol N2 - 21 mol O2
78 mol N2 - nO2 REAL
O2 REAL = (21/79) x 78 = 20,73 mol
C + O2 → CO2
12,0 mol 12,0 mol 12,0 mol
C + 0,5 O2 → CO
4,0 mol 2,0 mol 4,0 mol
O2teórico = 16,0 + 0,73 = 16,73 mol
C + O2 → CO2
16,0 mol 16,0 mol
O2 p/H2 = O2real - O2tabela
O2 p/H2 = 20,73 - 20,0 = 0,73 mol
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Exercício
%Ar exc = %O2exc = O2exc x 100
O2teorico
%Ar exc = %O2exc = 4,00 x 100
16,73
%Ar exc = %O2exc= 23,9%
O2excesso = O2real - O2teorico
O2teórico = 20,73 - 16,73 = 4,00 mol
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Exercício
b) O valor encontrado é adequado ao estado físico do combustível?
É adequado. De acordo com o enunciado o combustível é gasoso.
Foi visto que:
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.
c) Qual a faixa adequada?
Conforme acima, 5 a 30%
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Exercício
d) Está havendo perda de calor? Em caso positivo, que tipo?
A presença de monóxido de carbono (CO) nos fumos (combustível sem queimar) acarreta
a perda de calor latente. Caso tivesse sido encontrado um valor acima do máximo
recomendado (30 % neste caso) estaria ocorrendo perda de calor sensível.
e) Como deve ser alterado o fluxo de ar para melhorar a eficiência do processo?
Deve ser promovido o aumento da alimentação de ar, até que a presença de CO nos
fumos se torne desprezível, respeitando-se o limite de máximo de 30%.
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Fim