4 UNIDADE 2 PARTE 2

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TERMODINÂMICA 
APLICADA
Prof. Dr. Paulo V. Trevizoli
NOÇÕES DE TERMOQUÍMICA: COMBUSTÃO
• ENERGIA QUÍMICA  ENERGIA TÉRMICA  ENERGIA MECÂNICA 
• COMBUSTÃO – REAÇÕES DE OXIDAÇÃO DE UM COMBUSTÍVEL, QUE ACARRETAM A 
LIBERAÇÃO DE UMA QUANTIDADE DE CALOR
• POR EXEMPLO
𝐶 + 𝑂2 𝐶𝑂2 : 393.500 kJ/kmol
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COMBUSTÃO
APLICAÇÕES
• MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
• TURBINAS A GÁS 
• CALDEIRAS – CICLO RANKINE
• FORNOS E QUEIMADORES DE FOGÕES
• ENTRE OUTRAS
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COMBUSTÍVEIS
• TODO MATERIAL QUE PODE SER QUEIRMADO PARA LIBERAR ENERGIA TÉRMICA
• PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA
• GASOLINA - 𝐶8𝐻18
• DIESEL, BIODIESEL
• ETANOL - 𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻
• TURBINAS A GÁS
• GÁS NATURAL - 𝐶𝐻4
• QUEROSENE DE AVIAÇÃO
• TURBINAS A VAPOR – COMBUSTÃO EXTERNA
• CARVÃO
• COMBUSTÍVEIS VEGETAIS: BIOCOMBUSTÍVEIS
• ÓELOS
ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO
• OXIDAÇÃO DE UM COMBUSTÍVEL COM LIBERAÇÃO DE GRANDE QUANTIDADE DE ENERGIA
• O AR ATMOSFÉRICO SECO POSSUI 21% DE 𝑂2 E 79% DE 𝑁2
• OU SEJA, 1 MOL DE 𝑂2 E 3,76 MOLES DE 𝑁2
ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO
• POR EXEMPLO – 1 KMOL DE H2 REAGEM COM ½ KMOL DE 02, PRODUZINDO 1 KMOL DE H20
• EM TERMOS DE MASSA – 2 KG DE H2 REAGEM COM 16 KG DE 02, PRODUZINDO 18 KG DE H20
A MASSA TOTAL É CONSERVADA, MAS O NÚMERO DE MOLES NÃO É CONSERVADO
𝐻2 + ൗ1 2 𝑂2→𝐻2𝑂
2𝑘𝑔 𝐻2 + 16𝑘𝑔 𝑂2→18𝑘𝑔 𝐻2𝑂
ESTEQUIOMETRIA DA COMBUSTÃO
• PARA QUE A COMBUSTÃO ACONTECA, ALÉM DA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO DO COMBUSTÍVEL, É 
NECESSÁRIO AUMENTAR A TEMPERATURA DO COMBUSTÍVEL
• TEMPERATURA DO COMBUSTÍVEL DEVE SER MAIOR QUE A SUA TEMPERATURA DE IGNIÇÃO
• Gasolina: 260oC
• Carbono: 400oC
• Hidrogênio: 580oC
• APESAR DE COMPLEXA PODEMOS MODELAR AS REAÇÕES DE COMBUSTÃO A PARTIR DOS SEUS 
REAGENTES E PRODUTOS
RAZÃO AR-COMBUSTÍVEL (AC)
• TODO COMBUSTÍVEL, DADA A SUA COMPOSIÇÃO QUÍMICA, NECESSITA DE UMA CERTA 
QUANTIDADE DE OXIGÊNIO 
• COMBUSTÃO COMPLETA – TODO C → 𝐶𝑂2 + H →𝐻2𝑂
• COMBUSTÃO INCOMPLETA – PRESENÇA DE 𝐶, 𝐻2, 𝐶𝑂 ou 𝑂𝐻 NOS PRODUTOS
• EXCESSO DE AR - PRESENÇA DE 𝑂2 NOS PRODUTOS
• EXCESSO DE AR É UTILIZADO NA PRÁTICA – TENTATIVA DE GARANTIR A COMBUSTÃO COMPLETA
RAZÃO AR-COMBUSTÍVEL (AC)
• DEFINIMOS
• RAZÃO DE EQUIVALÊNCIA – REAÇÕES COM AR EM EXCESSO
𝐴𝐶 =
𝑚𝐴
𝑚𝐶𝑜𝑚𝑏
𝛽 =
𝐴𝐶𝑅𝐸𝐴𝐿
𝐴𝐶𝑇𝐸Ó𝑅𝐼𝐶𝑂
EXEMPLO
• DADA A REAÇÃO DE COMBUSTÃO
• FAZENDO O BALANÇO ESTEQUIOMÉTRICO DA EQUAÇÃO
𝐶𝐻4 + 2 𝑂2 + 3,76𝑁2 →𝑥𝐶𝑂2 + 𝑦𝐻2𝑂 + 𝑧𝑁2
𝐶𝐻4 + 2 𝑂2 + 3,76𝑁2 →𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 7,52𝑁2
EXEMPLO
• PARA A QUEIMA COMPLETA DE 1 KMOL DE CH4 PRECISAMOS DE 2 𝑂2 + 3,76𝑁2 KMOL DE 
AR SECO, O QUE EQUIVALE A 9,52 KMOL DE AR SECO
• SENDO A MASSA MOLAR DO AR ATMOSFÉRICO = 28,97 KG/KMOL
• SENDO A MASSA MOLAR DO METANO = 16 KG/KMOL
• A MASSA TOTAL DE AR É 275,8 KG
• A MASSA TOTAL DE METANO É 16 KG
• LOGO
𝐶𝐻4 + 2 𝑂2 + 3,76𝑁2 →𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂 + 7,52𝑁2
𝐴𝐶 =
𝑚𝐴
𝑚𝐶𝑜𝑚𝑏
=
275,8
16
= 17,24
PODER CALORÍFICO
• É A QUANTIDADE DE CALOR DESPRENDIDO PELA COMBUSTÃO COMPLETA DE 1KG DE 
COMBUSTÍVEL
• PODE SER CARACTERIZADO PELO PODER CALORÍFICO INFERIOR OU SUPERIOR
• PCI – QUANDO O CALOR LIBERADO NA COMBUSTÃO É MEDIDO NOS PRODUTOS DE 
COMBUSTÃO NA FASE GASOSA
• PCS – CONSIDERA A ÁGUA CONDENSADA NA ANÁLISE, ASSIM ACRESCENTA-SE A ENTALPIA DE 
VAPORIZAÇÃO
𝑃𝐶𝑆 = 𝑃𝐶𝐼 + 𝑚ℎ𝑓𝑔|𝐻2𝑂
PODER CALORÍFICO
• LEMBRANDO DA IMPORTÂNCIA DO PODER CALORÍFICO
NOS FORNECE A QUANTIDADE TOTAL DE CALOR QUE ENTRA NOS CICLOS DE POTÊNCIA
ሶ𝑄𝑄 = ሶ𝑚𝐶𝑃𝐶𝐼
PODER CALORÍFICO
TEMPERATURA ADIABÁTICA DE CHAMA
• É A TEMPERATURA TEÓRICA MÁXIMA QUE PODERIA SER ATINGIDA DURANTE A COMBUSTÃO
• TEÓRICA POIS TODAS AS PERDAS DE CALOR SÃO DESCONSIDERADAS
• É UTILIZADA COMO REFERÊNCIA PARA DIMENSIONAR CÂMARAS DE COMBUSTÃO
• MAS NA PRÁTICA, A TEMPERATURA DA CÂMARA É CONTROLADA PELA QUANTIDADE DE AR EM 
EXCESSO
CONSIDERAÇÕES 
• FAZER OS EXEMPLOS APRESENTADOS NA APOSTILA
• FAZER OS EXERCÍCIOS SOBRE COMBUSTÃO