combustao e combustiveis (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA - UFSC 
CENTRO TECNOLÓGICO - CTC 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E ENGENHARIA DE 
ALIMENTOS- EQA 
LABORATÓRIO DE ENERGIA E MEIO AMBIENTE - LEMA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS 
Apostila Química Tecnológica Geral 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Humberto Jorge José, Dr. rer.nat. 
 
 
 
 Agosto 2004 
 
 
ÍNDICE 
 
 
1 Combustão 
 1.1 Introdução 1 
 1.2 Definições Fundamentais 2 
 1.2.1 Reagentes da Combustão 4 
 1.2.2 Composição do Ar e Definições 4 
 1.2.3 Alguns Compostos e Elementos Químicos 6 
 1.3 Combustão Espontânea 7 
 1.4 Ponto de Fulgor, Combustão e Ignição 8 
 1.5 Chama 8 
 1.5.1 Estrutura da Chama 9 
 1.6 Energia Liberada na Combustão 9 
 1.6.1 Determinação do Poder Calorífico 9 
 1.6.2 Número de Wobbe 12 
 1.7 Produtos da Combustão 12 
 1.7.1 Monóxido de Carbono 13 
 1.7.2 Material Particulado 13 
 1.7.3 Óxidos de Enxofre 15 
 1.7.4 Óxidos de Nitrogênio 16 
 1.7.5 Compostos Orgânicos Voláteis 19 
2 Combustíveis 
 2.1 Introdução 20 
 2.2 Combustíveis Industriais 20 
 2.2.1 Combustíveis Fósseis 21 
 2.2.2 Biomassa 32 
 2.3 Análise de Combustíveis 35 
 2.3.1 Combustíveis sólidos 35 
 2.3.2 Combustíveis Líquidos e Gasosos 35 
3 Bibliografia 37 
 
 ii 
1 Combustão 
 
1.1 Introdução 
 
Combustão é uma das tecnologias mais antigas da humanidade e tem 
sido usada por mais de um milhão de anos. Atualmente, a maior parte da 
energia consumida no mundo (por exemplo, em transporte, geração de 
energia elétrica, aquecimento) é fornecida pelo processo de combustão. Deste 
modo, o conhecimento desse processo é de grande importância para muitas 
áreas. 
 O Processo de Combustão 
 
O processo de combustão envolve diversas reações químicas que 
liberam energia, na forma de calor e luz. As principais reações desse processo 
ocorrem entre os componentes do combustível e o oxigênio do ar atmosférico, 
ou ar de combustão. Entretanto, outras reações são possíveis, como entre os 
componentes do ar ou entre os componentes do próprio combustível. 
Os principais elementos químicos encontrados na maioria dos 
combustíveis são o carbono e o hidrogênio. Além desses, o enxofre é outro 
componente normalmente presente, entretanto em quantidades bem menores. 
Esses elementos químicos reagem com o oxigênio de acordo com as reações 
(R1) a (R5). 
C + O2 → CO2 (R1) 
2C + O2 → 2CO (R2) 
2H2 + O2 → 2H2O (R3) 
S + O2 → SO2 (R4) 
2S + 3O2 → 2SO3 (R5) 
 
As reações (R1) a (R5) são chamadas de reações de oxi-redução, nas 
quais ocorre transferência de elétrons e um reagente sofre redução enquanto o 
outro sofre oxidação. 
 3
Carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, e outros elementos químicos 
que compõe os combustíveis, geralmente não se encontram livres, mas unidos 
através de ligações químicas. Assim, os combustíveis possuem diversos 
compostos químicos, sendo que os principais compostos são formados por 
carbono e hidrogênio, chamados de hidrocarbonetos. Por isso, as reações (R1) 
a (R5) representam simplificações do processo de combustão, sendo que 
normalmente estão envolvidas reações de oxidação e decomposição dos 
compostos encontrados nos combustíveis. 
Os principais produtos das reações envolvidas na combustão são os 
gases liberados, que em equipamentos industriais são chamados de gases de 
exaustão. Os produtos das reações (R1) a (R5) são exemplos de gases de 
exaustão. No caso de combustíveis sólidos, além dos gases, tem-se como 
produtos os resíduos sólidos, normalmente denominados de cinzas. 
 
 
1.2 Definições Fundamentais 
 
O tratamento quantitativo dos processos de combustão requer algum 
conhecimento dos conceitos e definições fundamentais. 
Uma reação química é a troca e/ou reordenamento de átomos de 
moléculas que colidem. No curso de uma reação química, os átomos são 
conservados, ou seja, eles não são criados ou destruídos. Por outro lado, 
moléculas não são conservadas. As moléculas reagentes são reordenadas para 
se tornar moléculas de produtos, com liberação simultânea de calor. 
Átomos e moléculas são quantificados em quantidade de substância ou 
número de moles (unidade: mol). Um mol de um composto corresponde a 
6,023 x 1023 partículas (átomos, moléculas, etc.). A fração molar xi das 
espécies i denota a razão do número de moles da espécie i, ni, para o número 
total de moles da mistura n (n = Σni e xi = ni/n). 
A massa m é uma propriedade fundamental da matéria. A fração 
mássica wi é a razão da massa das espécies i, mi, e a massa total m (m = Σmi 
e wi = mi/m). 
A massa molar das espécies i, Mi, é a massa de um mol desta espécie. 
Alguns exemplos usando hidrogênio molecular, oxigênio molecular e metano 
são MH2 = 2 g/mol, MO2 = 32 g/mol, MCH4 = 16 g/mol. A massa molar média de 
uma mistura pode ser calculada usando as frações molares como peso (Mm = 
ΣxiMi). 
Densidades não dependem do tamanho (extensão) de um sistema. 
Essas variáveis são chamadas de propriedades intensivas e são definidas como 
a razão das propriedades extensivas correspondentes (as quais dependem da 
 4
extensão do sistema) e do volume do sistema. Exemplos de propriedades 
intensivas são: 
 
densidade mássica (densidade) ρ = m/V [kg/ m3] 
densidade molar (chamada concentração) c = n/V [mol/m3] 
 
Para os gases e misturas gasosas em processos de combustão, uma 
equação de estado relaciona temperatura, pressão e densidade do gás. Para 
muitas condições é satisfatório usar a equação de estado dos gases ideais: 
 
TRnVp ⋅⋅=⋅ (E1) 
 
Exemplo 1: condições atmosféricas padrões para muitos cálculos podem ser 
representadas pelas seguintes frações molares: 
N2 – 78%, O2 – 21% e Ar – 1%. 
Para estas condições, determine: (a) as frações mássicas de N2, O2, e Ar; (b) o 
peso molecular da mistura. 
 
Solução: 
 
1. Frações molares: 
78,0
2
=Nx 21,02 =Ox 01,0=Arx 
 
2. Frações mássicas: 
 
 xi Mi xi Mi wi 
O2 0,21 32,0 6,72 0,232 
N2 0,78 28,0 21,84 0,754 
Ar 0,01 40,0 0,40 0,014 
 
232,0
96,28
72,622
2
==⋅
⋅= ∑ ii
OO
O Mx
Mx
w 
754,0
96,28
84,2122
2
==⋅
⋅= ∑ ii
NN
N Mx
Mx
w
 
 
014,0
96,28
40,0 ==⋅
⋅= ∑ ii ArArAr Mx
Mxw
 
 
 
3. Peso molecular da mistura – ar atmosférico: 
 5
 
96,28=⋅= ∑ iiar MxM 
 
 
 
 
1.2.1 Reagentes da Combustão 
 
a) Combustível 
É um material que participa da combustão e normalmente formado por 
vários compostos. O combustível possui o elemento que sofre a oxidação. 
 
b) Comburente 
É a substância, participante da combustão, cujo elemento sofre redução. 
 
 
A combustão ocorre quando: 
 
-Existe O2 suficiente e 
-O combustível atinge a temperatura de ignição 
 
Combustão completa 
 C + O2 → CO2 ∆H1 = - 33900 kJ/kg 
 H2 + 1/2O2 → H2O ∆H2 = - 141800 kJ/kg 
 S + O2 → SO2 ∆H3 = - 9200 kJ/kg 
¨ Combustão incompleta 
 
 C + 1/2 O2 → CO ∆H4 = - 23906 kJ/kg 
 
 
 
 
1.2.2 Composição do Ar e Definições 
 
É a mistura de nitrogênio, oxigênio, vapor de água, dióxido de carbono, 
argônio, neônio e pequenas quantidades de outros gases raros. Para todos os 
 6
fins práticos de combustão, o ar pode ser considerado como composto, em 
volume, de oxigênio (O2) 20,9%; nitrogênio (N2) 79,1%; e, em peso, de 
oxigênio (O2) 23,15%; nitrogênio (N2) 76,85%. O peso do ar a 15,5ºC é 1,22 
kg/m3, ao nível do mar e à pressão atmosférica tem um volume de 0,37 m3. 
 
a) 
b) 
c) 
d) 
e) 
f) 
g)Ar de combustão: ar que reage quimicamente com o combustível no 
processo de queima. 
 
Ar teórico: volume de ar teoricamente exato, segundo as relações 
estequiométricas, para a combustão completa de uma quantidade 
especifica de combustível. Muitas vezes, as condições determinadas 
pelas relações estequiométricas são chamadas de 100% ar teórico. 
 
Ar em excesso: ar que passa através da câmara de combustão e dutos 
de tiragem, em excesso ao que é teoricamente necessário para 
combustão completa. 
 
Ar primário: ar misturado com combustível para atingir determinadas 
características antes de ser admitido na câmara de combustão. 
 
Ar secundário: ar necessário para realização da combustão, admitido 
para a zona de combustão, após a combustão com o ar primário ter 
começado. 
 
Mistura ar-combustível: uma mistura ar-combustível que possui ar em 
excesso é chamada de mistura pobre em combustível (fuel-lean), 
enquanto uma mistura que tem excesso de combustível é chamada de 
mistura rica em combustível (fuel-rich). 
 
Razão ar-combustível (air-to-fuel ratio – AF): 
 
 (E2) 


−
−
−−
−−=
lcombustívekg
arkg
lcombustívedemassa
ardemassaAF
h) 
 
Razão combustível-ar (fuel-to-air ratio – FA): 
 



−
−
−−
−−=
arkg
lcombustívekg
ardemassa
lcombustívedemassaFA
i) 
 (E3) 
 
Razão combustível-oxidante adimensional – Φ: 
 
 7
tricoestequioméoxidantemoles
 −
atual
lcombustívemoles
oxidantemoles
lcombustívemoles
 −



−
−
=Φ (E4) 
 
 Se Φ < 1 – mistura pobre em combustível 
 Φ = 1 – mistura estequiométrica 
 Φ > 1 – mistura rica em combustível 
 
Exemplo 2: considere uma mistura homogênea de etileno, C2H4, e 130% de ar 
teórico (30% de excesso de ar). Calcule a fração molar e o peso molecular da 
mistura inicial, isto é, antes de ocorrer a reação de combustão. 
 
Solução: 
 
1. Equação estequiométrica 
 
C2H4 + a O2 → b CO2 + c H2O 
 
Balanço do carbono: b = 2 
Balanço do hidrogênio: c = 2 
Balanço do oxigênio: 2a = 2b + c = 6 → a = 3 
 
2. Reação com excesso de ar e considerando nitrogênio como inerte: 
 
Considerando a composição molar do ar como 21% de O2 e 79% de N2, 
tem-se para um mol de O2 3,76 moles de N2. Desse modo, o processo pode ser 
descrito pela seguinte reação: 
 
C2H4 + (1,3)(3)[O2 + 3,76N2] → 2CO2 + 2H2O + 0,9O2 + (3,9)(3,76)N2 
3. Frações molares: 
 
0511,0
)76,4)(9,3(0,1
0,1
42
=+=HCx 
7495,0
564,19
664,14
2
==Nx
 
1994,0
564,19
9,3
2
==Ox 
 
 
 
 8
[ ]
287495,0321994, ⋅+⋅
kmolkgM
M
mistura
mistura
/80,28
0280511,0
=
+⋅=
 
 
 
1.2.3 Alguns Compostos e Elementos Químicos 
 
a) Carbono: elemento químico que tem a mais ampla aplicação dentre 
todos os elementos e entra na composição de todos os compostos 
orgânicos. Não se funde e é quimicamente inativo a baixas 
temperaturas; a temperaturas mais elevadas queima e absorve 
oxigênio. 
 
b) Dióxido de carbono (CO2): gás carbônico, incolor e inodoro, responsável 
em grande parte pelo efeito estufa na atmosfera terrestre. 
 
c) Monóxido de carbono (CO): gás incolor e inodoro, altamente tóxico. 
Produzido na queima incompleta de combustíveis. 
 
d) Hidrocarbonetos: compostos químicos orgânicos, formados por átomos 
de carbono e hidrogênio, que compõem a base de todos os derivados de 
petróleo. Podem se apresentar na forma sólida, líquida ou gasosa. 
 
e) Metano: hidrocarboneto gasoso incolor, cuja molécula é constituída por 
um átomo de carbono e quatro de hidrogênio (CH4). Principal 
componente do gás natural. 
 
f) Propano: hidrocarboneto saturado com três átomos de carbono e oito de 
hidrogênio (C3H8), gasoso, incolor e possui cheiro característico. 
Empregado como combustível doméstico e como iluminante; utilizado 
como fonte de calor industrial em caldeiras, fornalhas e secadores. É um 
dos componentes do GLP, o gás de cozinha. 
 
g) Butano: hidrocarboneto saturado com quatro átomos de carbono e dez 
de hidrogênio (C4H10 ). É o principal componente do gás liqüefeito de 
petróleo, obtido pelo processamento do gás natural e também no 
processo de refino do petróleo. 
 
h) Etano (C2H6): hidrocarboneto consistindo de dois átomos de carbono e 
seis de hidrogênio. Normalmente um gás, presente na maioria das 
ocorrências de gás natural. 
 
i) Etileno (C2H4): hidrocarboneto e agente de iluminação, presente no gás 
manufaturado. Um importante insumo na indústria química e de 
plásticos. 
 
j) Enxofre (S): elemento químico, geralmente de cor amarela; impureza 
nos combustíveis, nessa forma ou como composto sulfuroso. O enxofre, 
 9
junto com o hidrogênio e oxigênio, forma ácidos corrosivos como o 
sulfúrico, o sulfuroso e o sulfídrico. 
 
 
 
 
1.3 Combustão Espontânea 
 
Os combustíveis normalmente necessitam calor de uma fonte externa 
para iniciarem as reações de combustão. A quantidade de calor fornecida ao 
combustível provoca reações que liberam calor, o que aumenta a temperatura 
do meio no qual está se processando a reação. Como conseqüência, a 
velocidade dessas reações também aumenta, liberando cada vez mais calor. 
Quando o calor liberado pelas reações de combustão é suficiente para manter 
essas reações, a fonte externa de calor pode ser eliminada. 
Entretanto, a quantidade de calor necessário para que o processo de 
combustão seja mantido é diferente para cada material. Essa quantidade é 
dependente de fatores como teor de umidade, composição, estrutura (no caso 
de sólidos) e outros. Por isso, certos materiais em determinadas pressões e 
temperaturas que podem ser encontradas, por exemplo, em ambientes de 
estocagem, possuem calor suficiente para iniciar e manter o processo de 
combustão. Nessas condições, esse processo é denominado de combustão 
espontânea. 
Um exemplo para esse processo é o que ocorre nos depósitos de carvão, 
na região carbonífera do sul de Santa Catarina. O carvão dessa região 
apresenta quantidade apreciável de pirita (FeS), que é um material facilmente 
oxidável. A oxidação desse material libera calor aumentando a temperatura 
nos depósitos. Há uma certa temperatura, cerca de 400oC outras substâncias 
presentes no carvão entram em combustão. Pode-se evitar o fenômeno 
refrigerando a massa de carvão com jatos de água ou então acumulando o 
carvão em pequenas porções. 
Um outro exemplo é o que ocorre nos depósitos de algodão bruto. Esse 
material possui pequenas porções de óleo, que facilmente sofre oxidação. 
Inicialmente a oxidação é lenta, mas a falta de arejamento pode elevar a 
temperatura até atingir o ponto de ignição. 
 
 
 
 
 
 10
1.4 Ponto de Fulgor, Combustão e Ignição 
 
Através das necessidades energéticas para a combustão de um material, 
pode-se definir os pontos de fulgor, combustão e ignição. 
 
a) Ponto de Fulgor: é a menor temperatura na qual o produto se vaporiza 
em quantidades suficientes para formar com o ar uma mistura capaz de 
inflamar-se momentaneamente quando se aplica uma centelha sobre a 
mesma. Desse modo, quando a fonte externa de calor é retirada, a 
combustão cessa. É um dado de segurança para o armazenamento, 
transporte e manuseio de um combustível, sendo possível detectar a 
contaminação por outros produtos. 
 
 Madeira + Calor → ⇑gás → + faísca = chama não se mantém 
 
b) Ponto de Combustão: é a mínima temperatura em que os vapores do 
combustível aquecido entram em combustão com aproximação de uma 
fonte externa de calor, e com a retirada da fonte, a combustão se 
mantém (se auto-alimenta). 
 
 Madeira + Calor → ⇑gás → + faísca = chama se mantém 
 
c) Ponto de Ignição: é a temperatura necessária para inflamar a mistura 
ar/combustível,sem fonte externa de calor. Se a temperatura ultrapassa 
o ponto de ignição, o combustível entra em combustão espontânea. 
 
 Madeira + Calor → ⇑gás → combustão espontânea 
 
1.5 Chama 
 
Chama é o resultado da combustão de um gás. As chamas podem vir 
acompanhadas de emissão visível chamadas de chamas luminosas, ou não 
virem acompanhadas de luz, que são as chamas não luminosas. No último 
caso, diz-se que a energia não pertence à parte visível do espectro. 
A luminosidade brilhante, que em determinadas condições aparece na 
chama produzida na combustão, é devido à presença de partículas de carbono 
incandescente existente na chama. 
 
 
 
 11
1.5.1 Estrutura da Chama 
 
Uma chama pode apresentar quatro zonas distintas, as quais são 
caracterizadas pelas reações ali processadas: 
 
a) Zona Interior: não apresenta coloração ou, então, é escura. É formada 
por uma mistura de ar e gás não queimado que não atingiu a 
temperatura de combustão. 
 
 ar + gás sem reação 
 
b) Zona Azul: região da chama onde a queima é completa, ou seja, os 
produtos finais são gás carbônico (dióxido de carbono) e água. 
 
 CH4 + O2 → CO2 + H2O 
 
c) Zona Redutora: é a zona mais brilhante da chama. É onde se processa a 
decomposição do combustível devido à quantidade de calor. Esta 
decomposição deixa carbono em liberdade, que aparece sob forma 
luminosa na chama. 
 
 CH4 → C + H2 
 2C + O2 → 2CO 
 2H2 + O2 → 2H2O 
d) Zona Oxidante: é a zona externa da chama e que está em contato com 
o ar atmosférico. Nessa região, os produtos obtidos na zona redutora 
queimam com facilidade, transformando-se em gás carbônico e água. 
 
 2CO + O2 → 2CO2 
 2H2 + O2 → 2H2O 
 
1.6 Energia Liberada na Combustão 
 
A energia liberada no processo de combustão normalmente é 
quantificada pelo Poder Calorífico de um combustível, o qual é definido como a 
quantidade de calor desprendido pela combustão completa de uma unidade de 
volume ou massa do combustível. 
Quando a quantidade de calor é medida com os produtos de combustão 
na fase gasosa, denomina-se de Poder Calorífico Inferior. No entanto, caso a 
água dos produtos de combustão for considerada na fase líquida, ou seja, com 
 12
os produtos de combustão à temperatura ambiente, o calor liberado é 
denominado de Poder Calorífico Superior. A diferença entre os dois valores é a 
entalpia de vaporização da água, tanto a que é formada na combustão como a 
que está presente no combustível como umidade. 
 
 
1.6.1 Determinação do Poder Calorífico 
 
O poder calorífico pode ser determinado, teoricamente, através de 
cálculos, desde que se tenha a composição elementar do combustível e o calor 
de combustão dos elementos ou compostos gasosos. Esse parâmetro também 
pode ser determinado experimentalmente através de calorímetros. 
 
a) Métodos Matemáticos 
 
a.1) Fórmula de Dulong 
Através dessa fórmula, o poder calorífico é calculado a partir da análise 
elementar do combustível. Entretanto, o carbono e o hidrogênio formam 
compostos tais como hidrocarbonetos, álcoois e a celulose, que são a base dos 
combustíveis industriais. O poder calorífico destes compostos não depende 
somente da composição elementar do combustível, mas também da natureza 
de sua constituição molecular. Por isso, para que um átomo seja queimado é 
necessário que se dispenda inicialmente um certo trabalho de desintegração 
molecular, o qual influencia no poder calorífico do conjunto. Desse modo, a 
determinação do poder calorífico pela fórmula de Dulong proporciona apenas 
resultados aproximados. 
O cálculo através da fórmula de Dulong baseia-se na seguinte idéia: o 
calor de combustão de um composto é igual à soma dos calores desprendidos 
pela combustão dos elementos que o integram. Além disso, a fórmula de 
Dulong assume que o oxigênio do combustível está combinado com o 
hidrogênio formando a água de constituição. 
 
a.1.1) Combustíveis Sólidos e Líquidos 
A fórmula de Dulong para combustíveis sólidos e líquidos é: 
 
SOHCPCS ⋅+

 −⋅+⋅= 500.2
8
400.34100.8 (E5) 
 
wSOHCPCI ⋅−⋅+

 −⋅+⋅= 600500.2
8
400.34100.8 (E6) 
 
 13
w = 9H + u (E7) 
 
 
onde: 
PCS = Poder calorífico superior [kcal/kg] 
PCI = Poder calorífico inferior [kcal/kg] 
C = Teor de carbono [kg C / kg combustível] 
H = Teor de hidrogênio [kg H / kg combustível] 
O = Teor de oxigênio [kg O / kg combustível] 
S = Teor de enxofre [kg S / kg combustível] 
w = Água formada nos produtos [kg H2O / kg combustível] 
U = Umidade 
 
a.1.2) Combustíveis Gasosos 
A fórmula de Dulong para combustíveis gasosos se baseia na 
composição do gás. Por exemplo, para um combustível gasoso composto de 
CO (monóxido de carbono), H2 (gás hidrogênio), CH4 (metano), C2H2 (acetileno 
ou etino) e C2H4 (etileno ou eteno), pode-se calcular o poder calorífico através 
do percentual e do poder calorífico (Tabela 1) de cada composto presente no 
gás: 
 
422242 1500013950950030703050 HCHCCHHCOPCS ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
422242 1405013500853025803050 HCHCCHHCOPCI ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=
 (E8) 
 
 (E9) 
 
onde 
PCS = Poder calorífico superior [kcal/Nm3] 
PCI = Poder calorífico inferior [kcal/Nm3] 
CO = Teor de monóxido de carbono [Nm3 CO / Nm3 combustível] 
H2 = Teor de hidrogênio [Nm3 hidrogênio / Nm3 combustível] 
CH4 = Teor de metano [Nm3 metano / Nm3 combustível] 
C2H2 = Teor de etino [Nm3 etino / Nm3 combustível] 
C2H4 = Teor de eteno [Nm3 eteno / Nm3 combustível] 
 
 
 
 
 
 
 
 14
Composto Fórmula PCS 
[kcal/kg] 
PCI 
[kcal/kg] 
PCS 
[kcal/Nm3] 
PCI 
[kcal/Nm3] 
Hidrogênio H2 34.400 29.000 3.070 2.580 
Monóxido de carbono CO 2.440 - 3.050 - 
Metano CH4 13.250 11.900 9.500 8.530 
Etileno C2H4 12.000 11.230 15.000 14.050 
Acetileno C2H2 12.000 11.600 13.950 13.500 
 Tabela 1: Poder Calorífico de alguns gases. 
Maiores detalhes, norma ASTM D 3588-98 
 
b) Métodos Experimentais 
 
b.1) Bomba Calorimétrica de Berthelot-Mahler 
Equipamento empregado na determinação experimental do poder 
calorífico de combustíveis sólidos e líquidos. 
 
b.2) Calorímetro de Junkes 
Usado na determinação experimental do poder calorífico dos 
combustíveis líquidos e gasosos. 
 
1.6.2 Número de Wobbe 
 
O número de Wobbe também é chamado de Índice de Wobbe, 
representa o calor fornecido pela queima de gases combustíveis através de um 
orifício submetido a pressões constantes. Como o poder calorífico, existe o 
número de Wobbe superior (Wsup) e o inferior (Winf), os quais são calculados 
através das equações (E9) e (E10): 
 
relativad
PCSW =sup (E10) 
 
relativad
PCIW =inf (E11) 
 
As unidades dos Números de Wobbe são as mesmas unidades que 
expressam o poder calorífico, já que a densidade relativa ao ar é adimensional. 
Porém, apesar de possuírem as mesmas unidades, as conceituações físicas do 
Número de Wobbe e do Poder Calorífico são diferentes. 
O Número de Wobbe tem diversas aplicações como cálculo de misturas 
de ar propanado para substituição de gás natural. 
 15
Exercícios: 
 
1- Uma lenha apresentou o seguinte resultado da análise elementar: 
C = 50 % 
H = 5,0 % 
O = 40,0 % 
N = 2,5 % 
Z = 2,5% 
Calcule o poder calorífico em Kcal/Kg, e a relação ar/combustível. 
 
2- Um gás natural apresenta a seguinte composição: 
 
 
 Compos.química 
% em volume 
METANO 88,55 
ETANO 7,48 
PROPANO 1,75 
ISO-BUTANO 0,27 
n-BUTANO 0,26 
PENTANO 0,00 
NITROGÊNIO 1,34 
CO2 0,35Calcule o PCs e PCi, a densidade e a relação ar/combustíveis 
 
Dados: 
 Densidade Densidade PCI PCS A/C gás puro 
 [Kg/m3] relativa ao ar [Kcal/m3] [Kcal/m3] [m3/m3] 
METANO 0,67 0,55 7970,31 8852,00 9,53 
ETANO 1,25 1,04 14186,87 15510,29 16,67 
PROPANO 1,83 1,52 20288,62 22052,01 23,81 
iso-BUTANO 2,42 2,01 26296,59 28500,83 30,95 
n-BUTANO 2,42 2,01 26387,74 28591,98 30,95 
N2 1,17 0,97 - - - 
CO2 1,83 1,52 - - - 
Valores tabelados de densidade e poder Calorífico , referentes à norma ASTM D 3588-98, (20°C, 
1 atm). Relação ar/combustívei (Estequiométrica) 
 
 
 
 
 
 
 
 16
1.7 Produtos da Combustão 
 
Os produtos da combustão, também chamados de gases de combustão, 
são os produtos resultantes das reações que ocorrem durante o processo de 
combustão. Entre os diversos gases que podem ser formados, pode-se citar o 
gás carbônico (CO2), vapor d’água (H2O), óxidos de enxofre (SO2 e SO3), 
monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NO e NO2) e outros. Na 
combustão de sólidos e líquidos, além de gases, também podem ser liberados 
materiais particulados. 
Muitos dos compostos liberados na combustão são poluentes 
atmosféricos, como os óxidos de nitrogênio e enxofre. Por isso, muitos estudos 
sobre combustão foram e são realizados com o objetivo de elucidar e 
minimizar a produção dos poluentes formados no processo de combustão. 
Muitas técnicas já foram desenvolvidas para diminuir a emissão da maioria 
desses poluentes. 
 
 
 
1.7.1 Monóxido de Carbono 
 
O monóxido de carbono é um dos produtos da combustão incompleta. É 
altamente tóxico, sem cor, odor e gosto, e não irritante. Por isso o monóxido 
de carbono somente pode ser detectado através de instrumentos de análise. 
Na Tabela 2 apresentam-se os efeitos fisiológicos que ocorrem em 
pessoas expostas a diferentes concentrações de monóxido de carbono. 
 
Concentrações de CO no ar Tempo de inalação e sintomas 
35 ppm Concentração máxima permitida para exposição 
contínua em um período de 8 horas, de acordo 
com resolução do CONAMA no 003, 28/06/1990. 
200 ppm Leve dor de cabeça após 2-3 horas. 
400 ppm Dor de cabeça frontal dentro de 1-2 horas. 
800 ppm Náuseas e convulsões dentro de 45 min. 
Inconsciência em cerca de 2 horas. 
Tabela 2: efeitos fisiológicos do monóxido de carbono. 
 
 
 
 
 
 17
1.7.2 Material Particulado 
 
A formação e a emissão de material particulado ocorre principalmente 
na combustão de combustíveis líquidos e sólidos. Considera-se como material 
particulado qualquer substância, à exceção da água pura, que existe como 
líquido ou sólido na atmosfera e tem dimensões microscópicas ou 
submicroscópicas, porém maiores que as dimensões moleculares. Na 
combustão resulta de duas fontes principais: 
• material inorgânico presente no combustível (cinzas); 
• fuligem formada pela combustão incompleta. 
 
a) Cinzas 
 
As cinzas, normalmente, encontram-se na forma de óxidos de elementos 
inorgânicos do combustível, tais como CaO, Al2O3, K2O, etc. A formação e 
emissão das cinzas depende fundamentalmente do teor de cinzas presente no 
combustível, o qual é geralmente maior em combustíveis sólidos. Óleos 
combustíveis pesados também apresentam algum teor de cinzas, que pode 
chegar até 0,1% em massa. 
O arraste das cinzas pelos produtos de combustão depende do sistema 
de combustão. Para combustão de líquidos, o arraste é praticamente total, 
enquanto que para combustíveis sólidos, o arraste de cinzas depende do 
projeto do sistema queimador e das condições de operação. 
 
b) Fuligem 
 
Fuligem é o produto de combustão incompleta de frações orgânicas do 
combustível. A fuligem pode ser formada devido a recombinações de voláteis 
ou frações leves do combustível, sob condições específicas ainda não bem 
conhecidas e determinadas. Pode ser formada também devido a devolatilização 
(liberação de voláteis) incompleta de gotas ou do combustível sólido, os quais 
não tiveram tempo, temperatura e oxigênio suficiente para oxidação completa. 
A emissão de fuligem é indesejável tanto do ponto de vista ambiental 
como de conservação de energia. Inclusive muitos dos compostos constituintes 
da fuligem são perigosos à saúde, especialmente os hidrocarbonetos 
aromáticos policíclicos – PAH, cujo efeito carcinogênico em animais é 
comprovado. Entretanto, as partículas de fuligem são a principal causa da 
luminosidade das chamas e sua formação é promovida quando se quer 
maximizar a transferência de calor por radiação da chama para as paredes da 
câmara de combustão, pois ao contrário de gases como CO2 e H2O que só 
emitem radiação em determinados comprimentos de onda, a fuligem emite e 
absoreve ao longo de toda a faixa espectral, inclusive na região do visível. 
 18
Portanto, em alguns casos é interessante inibir a formação de fuligem na 
chama e em outros promover e, em uma região posterior à chama, destruir via 
oxidação, de forma a contemplar os aspectos ambientais (controle das 
emissões) e de troca de calor por radiação. 
Os mecanismos de formação e oxidação da fuligem são ainda pouco 
conhecidos. No processo de formação são identificados, basicamente, os 
seguintes estágios: formação de precursores, nucleação, coagulação e 
crescimento superficial, e aglomeração. 
 
c) Técnicas para Redução das Emissões em Fontes Estacionárias 
 
As técnicas de controle das emissões de material particulado na queima 
de óleos combustíveis ultraviscosos em fontes estacionárias se dividem, 
basicamente, em dois grupos: aquelas aplicadas ao processo de combustão e 
aquelas aplicadas aos gases de combustão. 
Técnicas aplicadas ao processo consistem na adequação do sistema de 
queima e de suas condições operacionais ao uso de combustíveis ultraviscosos. 
Quanto às técnicas aplicadas aos gases de combustão, consistem na 
implantação de sistema de separação de material particulado dos gases. Há, 
basicamente, três alternativas: precipitador eletrostático, bateria de ciclones e 
lavador de gases. 
• Precipitador eletrostático: equipamento que utiliza forças elétricas para 
movimentar as partículas desde o fluxo de gases até os eletrodos 
coletores. O precipitador é o único equipamento de controle de 
particulados no qual as forças de remoção atuam somente sobre as 
partículas e não sobre todo o fluxo de gás. Isto garante alta eficiência 
de separação (99,5%) com uma pequena queda de pressão do gás. 
• Bateria de ciclones, cuja vantagem principal é o baixo valor do 
investimento, e a maior desvantagem é a alta perda de carga 
introduzida no escoamento dos gases. O material coletado é 
descarregado seco. 
• Lavador de gás ou scrubber é um dispositivo no qual realiza-se a 
separação de um conjunto de particulados, e/ou também de poluentes 
gasosos, de um gás por meio da lavagem do mesmo com água, que na 
maioria dos casos é nebulizada para formar pequenas gotas. Esse 
equipamento tem como característica baixo custo fixo e alto custo 
operacional, pois implica na implantação de sistema para tratamento do 
efluente líquido gerado. Possui baixa eficiência para partículas 
pequenas. Assim, o seu uso depende da granulometria do material 
particulado. 
 
 19
 
1.7.3 Óxidos de Enxofre 
 
A combustão de produtos contendo enxofre origina dióxido de enxofre 
(SO2). Uma parcela do SO2 produzido na câmara de combustão pode ser 
oxidada a SO3, dependendo das condições de temperatura e excesso de ar. A 
oxidação do SO2 também ocorre na atmosfera, e é ativada pelos raios 
ultravioleta do sol. 
Nas partes mais frias do processo, ou após o efluente gasoso ter sido 
emitido para a atmosfera, a umidade dos gases, ou do ar atmosférico reage 
com o trióxido de enxofre produzindo ácido sulfúrico: 
 
H2O + SO3 → H2SO4 (R6) 
 
Os gases ácidos de enxofre são um dos principais causadores da chuva 
ácida,juntamente com os óxidos de nitrogênio. Além disso, o ácido sulfúrico 
pode condensar nas partes mais frias de equipamentos industriais, como 
caldeiras e fornalhas, danificando-os rapidamente. Por isso, a emissão de 
óxidos de enxofre é altamente indesejável e seu controle e prevenção tem 
dispensado grande esforço em investimentos. 
Carvão mineral e óleos combustíveis pesados são os principais insumos 
energéticos que normalmente contem enxofre. Assim, na combustão desses 
combustíveis não há como evitar a formação de seus óxidos. O controle das 
emissões pode ser realizado através da remoção desses gases do efluente 
gasoso. Um método bastante empregado é através da lavagem dos gases em 
uma corrente de líquido alcalino. A água desse processo precisa ser analisada 
antes do seu lançamento em rios ou lagos e, se necessário, deve ser tratada 
para atingir os padrões exigidos pela legislação ambiental. Outra técnica é 
empregada na combustão em leito fluidizado, através da adição de calcáreo ao 
combustível; sendo que o enxofre é adsorvido no calcáreo. Nesse caso, a 
disposição do sólido residual também deve ser feita de acordo com as normas 
da legislação ambiental. 
 
 
1.7.4 Óxidos de Nitrogênio 
 
Os óxidos de nitrogênio, NOx, formados durante os processos de 
combustão são constituídos de aproximadamente 95% de óxido nitrico (NO) e 
o restante de dióxido de nitrogênio (NO2). 
 20
A formação de óxido nítrico durante os processos de combustão pode 
ocorrer através de quatro mecanismos diferentes: térmico, combustível, ativo 
e via N2O. 
 
a) NO Térmico 
É o NO formado em altas temperaturas através da reação entre o 
nitrogênio gasoso (N2) e oxigênio atômico (O), ambos provenientes 
principalmente do ar de combustão. 
Esse processo é descrito pelo mecanismo de Zeldovich, o qual abrange as 
seguintes reações: 
 
N2 + O → NO + N (R7) 
N + O2 → NO + O (R8) 
N + OH → NO + H (R9) 
 
O nome térmico é usado por que a reação (R7) tem energia de ativação 
muito alta devido à forte tripla ligação na molécula de N2. Assim, a reação (R7) 
é rápida somente em altas temperaturas (>1700K). Devido a sua pequena 
taxa, a reação (R7) é a etapa limitante da formação de NO térmico. 
Assumindo que os átomos de nitrogênio estão em um estado de quase-
equilíbrio, a taxa de formação de NO é: [ ] [ ] [ ]212 NOkdt
NOd ⋅⋅⋅= (E11) 
 
Isso indica que NO pode ser minimizado pela diminuição tanto da 
temperatura, da concentração de O ou de N2. 
A utilização de excesso de oxigênio, que é o emprego de uma 
quantidade de oxigênio maior que a necessária para a combustão completa de 
um combustível, aumenta a formação do NO térmico. 
 
b) NO Ativo 
 As taxas de formação de NO na combustão de combustíveis fósseis 
podem exceder as taxas atribuídas à oxidação direta de N2 através do 
mecanismo térmico, especialmente em condições ricas de combustíveis. Este 
NO formado foi chamado de NO ativo por Fenimore, desde que a formação de 
NO foi confirmada em regiões próximas à zona da chama. 
 O NO ativo resulta, principalmente, do radical CH, que é uma espécie 
intermediária que é gerada através de uma reação complexa. O radical CH 
reage com nitrogênio do ar de combustão formando cianeto de hidrogênio, o 
qual em reações posteriores é transformado em NO: 
 
CH + N2 → HCN + N → ... → NO (R10) 
 
 21
 A energia de ativação da reação (R10) é muito menor do que a reação 
limitante para o NO térmico (R7). Assim, o NO ativo é formado em 
temperaturas relativamente baixas (em torno de 1000K). 
 
c) NO Combustível 
 A conversão de nitrogênio quimicamente ligado ao combustível em NO é 
observado, principalmente, na combustão de carvão, por que o carvão possui 
no mínimo cerca de 1% em massa de nitrogênio. Os compostos contendo 
nitrogênio evaporam durante o processo de gaseificação e resulta na formação 
de NO na fase gasosa. 
 Cianeto de hidrogênio (HCN) é o principal produto quando o nitrogênio 
em anéis aromáticos, e amônia (NH3) quando o nitrogênio está contido em 
aminas. HCN e NH3 são oxidados a NO, mas também podem ser reduzidos a N2 
através de reações paralelas: 
 
HCN/ NH3 + O2 → NO + ... (R11) 
NO + HCN/ NH3 → N2 + ... (R12) 
 
 
 
 
d) NO via N2O 
O mecanismo do óxido nitroso é análogo ao mecanismo térmico no qual 
os átomos de O atacam o N2 molecular. Mas, com a presença de uma terceira 
molécula M, o resultado da reação é N2O: 
 
N2 + O + M → N2O + M (R13) 
 
O N2O pode reagir com átomos de O para formar NO: 
 
N2O + O → NO + NO (R14) 
 
Condições pobres em combustível podem diminuir a formação de CH e, 
como conseqüência, a formação de NO ativo, e baixas temperaturas reduzem a 
formação de NO térmico. O que sobra é o NO formado via N2O que ocorre em 
altas pressões e tem baixa energia de ativação. Deste modo, baixas 
temperaturas não penalizam esta reação tanto quanto para reações do NO 
térmico. Todas essas circunstâncias levam a rota N2O a ser a maior fonte de 
NO em combustão pré-misturada pobre em turbinas a gás. 
 
e) Minimização das emissões de NOx em fontes estacionárias 
 A diminuição das emissões de NOx em fontes estacionárias pode ser 
alcançada através da verificação de qual mecanismo é o mais importante para 
 22
determinado processo. Através dos parâmetros que influenciam o mecanismo 
principal de formação de NOx, pode se fazer alterações no tipo de combustível 
utilizado ou no processo. Outra alternativa é o tratamento dos gases de 
exaustão (efluentes gasosos). 
 Desse modo, para fontes estacionárias, as principais alternativas para 
minimização das emissões de NOx são: 
• Utilização de combustíveis com baixo teor de nitrogênio. 
 
• Modificações no processo de combustão: 
9 Combustão com baixo excesso de ar – envolve a operação com o excesso 
de ar mais baixo possível, mantendo-se a combustão completa. Nesse caso, 
normalmente utiliza-se de 5 a 8% de excesso de ar, obtendo-se reduções 
de até 15% nas emissões de NOx. Essa diminuição nas emissões é devido à 
iminuição na formação de NO térmico e combustível. d 
9 Combustão estagiada – é o emprego de mais de um estágio de combustão. 
Normalmente são dois estágios: primeiro estágio utiliza condições ricas em 
combustível; segundo estágio emprega excesso de ar. Diminuições entre 20 
a 50% nas emissões de NOx podem ser esperadas para a combustão do gás 
atural. n 
9 Recirculação dos gase de exaustão (FGR) – nessa técnica de 10 a 20% dos 
gases de exaustão (200-300oC) são recirculados para a fornalha ou 
queimador. Desse modo, há uma diminuição na temperatura da chama e a 
disponibilidade de oxigênio, diminuindo a formação de NO térmico. FGR 
pode reduzir a formação de NOx em até 70% em queimadores a gás 
natural. 
 
 
• Tratamentos pós-combustão: 
9 Redução seletiva não-catalítica (SNCR) – NH3, ou uréia, é injetada acima da 
zona de combustão, reagindo com OH a NH2, que então reage com NO 
formando N2 e água. Necessita de altas temperaturas (900-1100oC) 
9 Redução seletiva catalítica (SCR): nessa técnica faz-se a injeção de NH3 
quando os gases de exaustão passam por um leito de catalisador. A 
redução nas emissões de NOx é acima de 80-90%. A temperatura ótima de 
operação fica entre 300 - 400oC. SCR tem sido usada comercialmente 
desde 1980 no Japão e 1986 na Alemanha. 
 
 
1.7.5 Compostos Orgânicos Voláteis 
 
Diversos compostos orgânicos voláteis podem ser emitidos nos processos de 
combustão e são originados pela combustão incompleta do combustível. Estes 
compostos podem ser parcelas do próprio combustível que não conseguiu ser 
 23
queimado e saiu junto com os outros produtos de combustão, ou compostos 
formados a partir de radicais de hidrocarbonetos não oxidados completamente. 
A medição destescompostos nos produtos de combustão é denominada de 
hidrocarbonetos totais e juntamente com o monóxido de carbono pode ser 
utilizado como indicador de combustão completa para fins de controle do 
processo de combustão. 
As principais razões da formação de hidrocarbonetos totais nos gases de 
combustão são basicamente as mesmas para a formação de monóxido de 
carbono e outros produtos da combustão incompleta: 
mistura não homogênea entre combustível e ar; 
má distribuição do tempo de residência dos gases; 
esfriamento da chama, interrompendo as reações. 
Os principais são: 
VOCs e SVOCs (volatile and- semi volatlie organic compoundse); 
PAH (polynuclear hydrocarbons); 
PCDDs (polyclorineted dibenzo para dioxins) ~75 isomeros, e PCDFs 
 
(polyciclic dibenzofurans) ~135 isomeros. Este são estruturalmente 
muito similares, diferindo apenas no arranjo espacial das moléculas 
de cloro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 24
2 Combustíveis 
 
2.1 Introdução 
 
O termo combustível está, hoje em dia, associado à idéia de fonte de 
energia calorífica. Desta forma, o termo dificilmente se dissocia de outras 
formas de energia que também podem fornecer calor. Por exemplo, emprega-
se o termo combustível nuclear quando se faz referência a substâncias que por 
meio de fissão nuclear produzem calor. 
Entretanto, no sentido exato do termo, combustível é a substância 
susceptível de se combinar quimicamente com outra através de uma reação 
exotérmica, isto é, uma reação que desprende calor. 
Praticamente inúmeros elementos e compostos químicos possuem esta 
propriedade, principalmente quando a reação é feita entre eles e o oxigênio. 
Assim, o benzeno, o tolueno e muitos outros compostos orgânicos são 
combustíveis. Os metais, como o ferro, o alumínio, o magnésio, em certas 
condições comportam-se como combustíveis. Muitos outros elementos também 
queimam, como o silício e o enxofre. 
 
 
2.2 Combustíveis Industriais 
 
Apenas algumas substâncias são consideradas combustíveis industriais. 
Para tal consideração são necessárias as seguintes condições: 
• Disponibilidade, o que está ligado à existência de grandes quantidades; 
• baixo custo, ou seja, preço acessível no local de consumo; 
• aplicabilidade, isto é, a tecnologia associada ao seu uso deve estar 
disponível. 
Na Tabela 3 apresentam-se diversos combustíveis industriais, os quais 
estão separados pelos estados físicos da matéria. Entre os combustíveis 
apresentados nessa tabela, a maioria é usada em fornos e caldeiras. Uma 
parte é usada em motores de combustão interna ou turbinas a gás, como o 
álcool (etílico e metílico), os derivados de petróleo (óleo diesel, querosenes, 
gasolinas e gases), o gás natural, etc. O óleo combustível residual, o GLP e o 
gás natural também podem ser usados em motores de combustão interna. 
A seguir será feita uma descrição de alguns combustíveis. 
 
 
 
 
 25
Estado Físico Material 
Lenha 
Serragem 
Madeira (Biomassa) 
Cavacos 
Lodo e resíduos industriais (Biomassa) 
Carvão vegetal 
Coque de carvão 
sólido 
Coque de petróleo 
Petróleo 
Óleos de xisto 
Óleos vegetais (Biocombustíveis) 
Biodiesel (esterificação de óleo vegetal) 
Derivados de petróleo 
Líquido 
Álcool (Biocombustível) 
Gás natural 
Biogás (Biocombustíveis) 
Hidrogênio 
Gasoso 
GLP 
 
Tabela 3: diversos combustíveis industriais. 
 
 
2.2.1 Combustíveis Fósseis 
 
O termo “combustíveis fósseis” engloba um grande número de 
compostos orgânicos minerais, podendo ser sólidos, líquidos ou gasosos. Estes 
incluem carvão mineral, petróleo e gás natural. Através de processos físicos 
e/ou químicos apropriados, esses combustíveis fósseis podem ser separados 
ou transformados em produtos finais similares. Por exemplo, o petróleo é 
destilado para obtenção de diversos produtos, como a gasolina e o óleo diesel. 
 
a) Carvão Mineral 
O carvão mineral é originário da transformação da matéria vegetal de 
grandes florestas soterradas há milhões de anos, através da ação da pressão, 
temperatura e microorganismos. A pressão do solo, calor e movimento da 
crosta terrestre produziram a destilação dos produtos gasosos, ocorrendo a 
formação do lignito. A continua atividade subterrânea propiciou a redução 
progressiva do conteúdo gasoso dos carvões, resultando em carvões de 
diferentes classificações (ranking): turfa, lignito, sub-betuminoso, betuminoso 
e antracito. 
O carvão encontra-se distribuído por toda a crosta terrestre, com 
incidências superficiais ou profundas e com vários graus de pureza. O maior ou 
 26
menor grau de pureza decorre de como se processou a mistura dos materiais 
celulósicos com as substâncias minerais. 
A extração do carvão no Brasil vem sendo desenvolvida essencialmente 
nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, os quais possuem as 
maiores reservas de carvão nacional. A Bacia Carbonífera de Candiota, no Rio 
Grande do Sul, é a maior de todas e conta com cerca de 12 x 109 ton de 
carvão essencialmente usado como carvão energético. 
A caracterização das propriedades físicas, químicas e petrográficas do 
carvão pode determinar seu valor econômico, desde a mineração até sua 
utilização industrial. É importante o conhecimento das propriedades do carvão, 
pois se pode ter um melhor controle do processo industrial que utiliza esse 
material, incluindo o controle das emissões atmosféricas e efluentes líquidos, 
assim, como uma disposição adequada dos rejeitos sólidos, minimizando os 
efeitos indesejáveis ao meio ambiente. 
Na utilização do carvão para fins energéticos, é essencial o 
conhecimento prévio das propriedades do carvão por análise elementar, 
análise imediata, poder calorífico superior e inferior, reatividade. Além disso, a 
determinação de álcalis, Na (sódio) e K (potássio) nos carvões é importante, 
por que estes causam sérios problemas de obstrução (fouling) em caldeiras, 
devido à fácil volatilização e condensação destes sobre as frias paredes da 
caldeira. 
A análise imediata consiste na determinação da umidade, cinza, matéria 
volátil e carbono fixo (por diferença) por métodos normalizados: 
• A umidade total, segundo a norma técnica NBR 8293/83, é determinada 
pela diferença do material seco em estufa a 105oC, durante uma hora. 
• A cinza, que é o resíduo inorgânico remanescente, pode ser determinada 
pela norma ABNT NBR 8289/1983, que recomenda a combustão da amostra 
em forno mufla, em atmosfera oxidante, com ou sem adição de oxigênio. O 
resíduo remanescente após a queima é pesado e registrado como teor de 
cinza. 
• Matéria volátil é todo o produto, excetuando a umidade, desprendido por 
um material, como gás ou vapor, incluindo hidrogênio, hidrocarbonetos, 
produtos fenólicos, água, óxidos ou carbono em proporções variadas. Nos 
processos de combustão, o teor de matérias voláteis, junto com parâmetros 
como cinza, poder calorífico etc., prediz a eficiência da combustão, pois 
carvões com alto teor de voláteis tendem a queimar mais rapidamente que 
os de baixo teor de voláteis. A metodologia descrita na ABNT NBR 
8290/1983 baseia-se na determinação dos destilados voláteis do carvão, 
desprendidos durante o aquecimento em forno elétrico (vertical ou 
 27
horizontal), na ausência de oxigênio, sob rígido controle de massa, 
temperatura e tempo. 
• Carbono fixo representa, basicamente, a concentração de carbono, apesar 
de conter também outros elementos como enxofre, hidrogênio, nitrogênio e 
oxigênio. É um importante parâmetro utilizado para todos os cálculos de 
balanço energético e na caracterização de carvões. Os teores de carbono 
fixo, expressos em percentuais, são sempre valores calculados. A norma 
ABNT NBR 8299/1983 recomenda o cálculo do teor de carbono fixo a partir 
de teores de cinza, matéria volátil e umidade, conforme a equação:)_%%(%100_ volátilmatériacinzaumidadefixocarbono ++−= (E12) 
 
A análise elementar é a determinação de carbono, hidrogênio, enxofre, 
nitrogênio e cinza no material, e o cálculo do oxigênio por diferença. Para a 
realização dessa análise podem ser utilizados os equipamentos CHN 
(determinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio) e LECO (determinação de 
enxofre). 
Os resultados analíticos são utilizados para orientar tecnicamente os 
contratos comerciais do carvão. Para interpretação dos resultados é necessário 
considerar a base na qual os resultados estão expressos. As bases mais usadas 
são: 
• Base como recebida: são os dados analíticos obtidos nas condições de 
umidade em que a amostra for recebida no laboratório, antes de ser 
submetida a qualquer processo ou condicionamento. A amostra não deve 
sofrer nenhuma modificação no teor de umidade, seja ganho ou perda. 
• Base seca (dry basis – db): são os dados analíticos calculados a uma base 
teórica considerando que a amostra está isenta de umidade. 
• Base seca livre de cinzas (dry ash-free basis – daf): dados analíticos 
calculados a uma base teórica considerando a amostra isenta de umidade e 
cinza. 
O carvão é empregado, principalmente, nos processos de combustão, 
gaseificação, liquefação e carbonização. A Tabela 4 apresenta um resumo 
desses processos. 
A combustão do carvão inicia pela ignição, causando a degradação 
térmica (pirólise), que produz duas frações: produtos voláteis e o coque. Os 
voláteis queimam em uma reação na fase gasosa, enquanto o coque sofre uma 
reação superficial heterogênea com o oxigênio. Os produtos da combustão são 
calor e produtos finais de baixo valor, como as cinzas. 
 
 
 28
 
 
Processo Agente ativo 
sobre o carvão 
Produto 
principal 
Subprodutos 
Combustão Oxigênio Calor Cinzas 
Gaseificação Vapor (+ calor) Gás Cinza 
Liquefação Hidrogênio (+ 
“solvente”) 
Combustíveis 
líquidos 
Gases, cinzas 
Carbonização Calor Coque Gás, alcatrão 
Tabela 4: principais processos de utilização do carvão. 
 
As principais técnicas usadas na combustão do carvão são: 
• Leito fluidizado; 
• Leito fixo ou em grelhas; 
• Pulverizado. 
O último método é o mais usado em grandes plantas industriais para 
geração de energia elétrica, embora a combustão em leito fluidizado está 
sendo cada vez mais empregada. 
 
b) Petróleo 
O petróleo, sobre cuja origem há várias teorias, é extraído de poços 
mais ou menos profundos e constitui a base do progresso e soberania de uma 
nação. 
As reservas mundiais de petróleo no ano de 2001 mantiveram a marca 
de aproximadamente 1 trilhão de barris, registrando um crescimento de 0,3% 
em relação ao ano anterior. Esse pequeno crescimento deveu-se ao reduzido 
aumento de 0,5% por parte dos países que constituem a OPEP (Organização 
dos Países Exportadores de Petróleo) e, ainda, a uma redução de 0,6% nas 
reservas dos países não pertencentes à organização. 
No Oriente Médio, as reservas provadas se elevaram 0,3%, atingindo 
685,6 bilhões de barris, enquanto as reservas européias, que somaram 18,6 
bilhões de barris, diminuíram 2,6%. No continente americano, as reservas dos 
países norte-americanos reduziram 1,4% em relação ao ano de 2000, e as das 
Américas Central e do Sul exibiram um crescimento de 1,1%, alcançando 96,0 
bilhões de barris. O Brasil permaneceu com o mesmo volume de reservas 
registrado no ano 2000, e a Colômbia apresentou uma queda de 10,0% em 
relação ao ano anterior. Neste cenário, as reservas provadas brasileiras, de 8,5 
bilhões de barris, mantiveram-se novamente na 16ª posição mundial. 
Das reservas provadas nacionais, 89,3% localizavam-se no mar, com 
destaque para o Rio de Janeiro (detendo 97,4% das reservas provadas 
 29
localizadas no mar), e 10,7% estavam em jazidas terrestres. Vale ressaltar o 
crescimento das reservas provadas localizadas em terra: 6,4% entre 2000 e 
2001. 
Do petróleo derivam vários combustíveis e produtos químicos, que são 
obtidos, principalmente, em refinarias. No Brasil em 2001, a produção de 
derivados de petróleo energéticos e não-energéticos foi de 101,0 milhões de 
m3, superando em 5,0% o volume registrado em 2000. Entre os combustíveis 
obtidos do petróleo, destacam-se: 
 
b.1) Gasolina 
A gasolina é o combustível mais consumido entre os que são utilizados 
em transporte rodoviário. Em uso por mais de um século, a gasolina possui 
infraestrutura mundial de produção e distribuição; seu uso em grande escala 
permite preços baixos e o desenvolvimento de equipamentos específicos, como 
refinarias, motores, catalisadores de exaustão e uma infraestrutura de 
serviços. 
A gasolina é um combustível de, relativamente, alta densidade 
energética, sendo muito adequado para motores de ciclo Otto; mas possui um 
número de octanagem menor do que outros combustíveis usados nesses 
motores, o que limita as razões de compressão e a eficiência energética dos 
motores a gasolina. 
O índice de octanagem é um importante parâmetro da qualidade da 
gasolina. Esse índice mede a tendência de um combustível detonar quando 
queimado no cilindro de um motor. Quanto maior o índice de octanagem, 
menor a tendência à detonação. De acordo com a definição do índice de 
octanagem, isoctano (2,2,4 trimetil pentano) tem o valor de 100 para esse 
índice, enquanto o n-heptano (C7H16) possui o valor de zero. 
No Brasil, encontram-se disponíveis três tipos de gasolina: 
-Gasolina Comum ou Regular - com octanagem mínima de 80, medida 
pelo método Motor (MON), comercializada com sua cor original de produção 
(amarelada), sem adição de corantes. 
- Gasolina Regular Aditivada - difere da gasolina regular apenas pela 
presença de aditivos detergentes/dispersantes, adicionados pelas 
distribuidoras. Nessa gasolina é permitida a adição de corantes, tendo cores 
diferenciadas por distribuidora. Os aditivos têm a função de impedir a 
formação de depósitos, mantendo limpos os bicos injetores e as válvulas de 
admissão. 
-Gasolina Premium - gasolina com octagem mínima de 91, medida pelo 
Índice Antidetonante (MON + RON)/2, que, a exemplo da gasolina regular 
 30
aditivada, pode ser comercializada com cores diferenciadas, de acordo com 
cada companhia distribuidora. 
MON - Motor Octane Number 
RON - Reserch Octane Number 
Características e benefícios da Premium 
O que diferencia a Premium das gasolinas tradicionalmente comercializadas no 
Brasil é a sua maior octanagem e o seu menor teor de enxofre. 
• http://www2.petrobras.com.br/tecnologia/portugues/gasolina_premium/ga
solina_premium.stm 
• http://www.postocargapesada.com.br/produtos/gp.html 
Redução nas emissões de exaustão e evaporativas fornece um estímulo 
importante para reformulação da gasolina, que varia simultaneamente vários 
parâmetros da gasolina convencional para obter melhores características. 
Reformulação geralmente inclui: a adição de oxigenado como MTBE (éter 
metil-terc-butílico), ETBE (éter etil-terc-butílico), e o álcool etílico; redução do 
conteúdo de aromáticos e olefinas, e redução da temperatura de evaporação. 
 
b.2) Óleo Diesel 
 
O óleo diesel é mais uma das frações da destilação do petróleo. É o 
segundo combustível mais utilizado no transporte rodoviário, principalmente 
em veículos pesados por que o peso extra dos motores diesel comparados aos 
motores Otto, para uma dada potência de saída, tem desvantagem relativa 
menor em veículos mais pesados. 
O processo de combustão em um motor diesel envolve tanto processos 
físicos como químicos. Os processos físicos incluem o transporte do 
combustível e do ar para a câmara de combustão, a mistura do combustível 
com o ar, e o proporcionamento de condições favoráveis para a reação 
química. O processo químico envolve, primeiro, a auto-ignição do combustível 
e, finalmente, extensa reação química que liberaa energia potencial do 
mesmo. 
Em aplicações automotivas, o óleo diesel tem relativamente baixas 
emissões de CO e hidrocarbonetos, mas altas emissões de NOx e material 
particulado. As desvantagens nas emissões têm potencial para 
melhoramentos. Uma redução no conteúdo de enxofre, por exemplo, reduz 
não somente as emissões de SO2, mas também as emissões de material 
particulado. Como a gasolina, o controle nas emissões fornece um incentivo 
para a reformulação do óleo diesel. 
O óleo diesel e a gasolina embora sejam combustíveis com certos riscos, 
podem ser considerados combustíveis seguros, pois durante os anos as 
 31
pessoas aprenderam a manuseá-los de modo seguro. Ambos possuem 
desvantagem considerável: quando derramados penetram no solo, poluindo 
não apenas o solo, mas também a água. 
 
 
b.3) Óleo Combustível 
O termo “óleo combustível” designa, de um modo geral, frações pesadas 
residuais do petróleo, obtidas em vários processos de refinação. Entretanto, 
existem óleos combustíveis mais leves e menos viscosos obtidos como 
destilados, a exemplo dos óleos para aquecimento doméstico tão usados na 
Europa e nos Estados Unidos. 
No mercado existem atualmente produtos que são misturas de vários 
resíduos ou destilados pesados, obtidos em diferentes operações nas 
refinarias. Essas misturas permitem atender as variadas exigências do 
mercado consumidor. 
Assim, a composição dos óleos combustíveis é bastante complexa. Os 
hidrocarbonetos presentes são de elevado peso molecular e estão 
representados pelas famílias já conhecidas de parafinas, naftênicos e 
aromáticos, podendo ainda aparecer as olefinas quando houver produtos 
originados de craqueamento ou visco-redução. Além disso, aparecem 
derivados contendo enxofre, nitrogênio e oxigênio e ainda quantidades muito 
pequenas de alguns metais como o vanádio, níquel, sódio, ferro, etc. Os vários 
processos de refinação tendem a concentrar os compostos de enxofre e os 
metais nos resíduos pesados. 
Desse modo, a composição final dos óleos combustíveis depende das 
características e do tipo de processamento do petróleo, e das misturas 
realizadas. Aditivos especiais também podem ser adicionados, visando 
melhorar a estabilidade do produto ou para diminuir a ação corrosiva dos 
compostos de vanádio. 
As características mais importantes de um óleo combustível são 
viscosidade; quantidade de enxofre, água e sedimentos, e vanádio; ponto de 
fulgor; e ponto de fluidez. 
A viscosidade de um fluido é a medida da sua resistência ao escoamento 
a uma determinada temperatura. É uma importante característica de 
combustíveis líquidos, principalmente, os mais viscosos. A viscosidade 
determinará as condições de manuseio e utilização do produto. 
O ponto de fluidez é a menor temperatura na qual um produto líquido 
flui quando sujeito a resfriamento sob condições determinadas de teste. Ele 
estabelece as condições de manuseio e estocagem do produto. Especificam-se 
 32
limites variados para esta característica, dependendo das condições climáticas 
das regiões, de modo a facilitarem as condições de uso do produto. 
As especificações e as normas técnicas para a análise das características 
do óleo combustível são determinadas pela Portaria no 80, de 30/04/1999, da 
Agência Nacional do Petróleo – ANP, as quais são apresentadas na Tabela 5. O 
ponto de fluidez superior deverá ser, no máximo, igual ao indicado na Tabela 
6. 
O óleo combustível é utilizado em uma grande variedade de 
equipamentos destinados à geração de energia ou calor. A indústria consome 
enorme quantidade de óleos combustíveis, principalmente em caldeiras, 
aquecedores, fornos, secadores, etc. Nos países frios, os sistemas de 
aquecimento doméstico também usam óleo combustível, e as caldeiras 
marítimas fazem largo uso dele. 
 
MÉTODO TIPO 
CARACTERÍSTICA 
 
UNID. ABNT ASTM OCB1 OCA1 OCB2 OCA2 
 
Viscosidade Cinemática a
60°C, máx. 
ou 
Viscosidade Saybolt Furol
a 50°C, máx. 
 
mm²/s 
(cSt) 
 
SSF 
 
NBR 10441 
NBR 5847 
 
MB 326 
 
D445/ 
D2171 
 
D88 
 
620 
 
 
600 
 
620 
 
 
600 
 
960 
 
 
900 
 
960 
 
 
900 
 
Enxofre, máx. 
 
 
% 
massa 
 
MB 902 
D1552/ 
D2622/ 
D4294 
 
1,0 
 
2,5 
 
1,0 
 
2,5 
 
Água e Sedimentos, máx.
(2) 
 
% 
volume 
 
MB 37 e 
MB294 
 
D95 e 
D473 
 
2,0 
 
2,0 
 
2,0 
 
2,0 
 
 
Ponto de Fulgor, mín. 
 
°C 
 
MB 48 
 
D93 
 
66 
 
66 
 
66 
 
66 
 
 
Densidade 20/4°C 
 
 
 
NBR 7148/ 
NBR 14065 
 
D1298/ 
D4052 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
 
Ponto de Fluidez 
Superior, máx. 
 
°C 
 
NBR 11349 
 
D97 
 
Tabela 6 
 
Tabela 
6 
 
Tabela 
6 
 
Tabela 
6 
 
Vanádio, máx. 
 
mg/kg 
 
 
 
D5863/ 
D5708 
 
200 
 
200 
 
200 
 
200 
 
Tabela 5: Especificação de óleos combustíveis (Fonte: Portaria ANP no 80, 
30/04/1999). 
 
 
 
 
 
 33
Unidades da 
Federação 
Dez, Jan, Fev, Mar Abr, Out, Nov Maio, Jun, Jul, Ago, 
Set 
DF-GO-MG-ES-RJ 27 24 21 
SP-MS 24 21 18 
PR-SC-RS 21 18 15 
demais regiões 27 27 24 
Tabela 6: Ponto de fluidez superior de óleos combustíveis para as diversas 
regiões do Brasil e em 3 períodos do ano (Fonte: Portaria ANP no 80, 
30/04/1999). 
 
c) Gás Natural 
 
Gás natural é uma designação genérica para uma mistura de 
hidrocarbonetos gasosos contendo principalmente metano. Entre os 
combustíveis fósseis, o gás natural é o menos poluente. É encontrado na 
natureza, normalmente em reservatórios profundos no subsolo, associado ou 
não ao petróleo. 
Como os demais combustíveis fósseis, o gás natural tem origem na 
degradação da matéria orgânica. Através de movimentos de acomodação da 
crosta terrestre, a matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades e, 
por isso, sua degradação ocorreu, normalmente, fora do contato do ar (pela 
ação de bactérias anaeróbias), a grandes temperaturas e pressões. 
O gás natural é uma fonte energética não renovável, por isso tende ao 
esgotamento. Mesmo assim, o gás natural deve ser o principal combustível a 
substituir o petróleo, com predominância por toda a primeira metade do século 
21. 
Em 2001, as reservas provadas mundiais de gás natural somaram 155,1 
trilhões m³, registrando um crescimento de 3,3% em relação ao ano de 2000. 
As reservas localizadas nos países da OPEP apresentaram uma elevação de 
cerca de 6,0% e atingiram 70,4 trilhões m³. O bloco de países não 
pertencentes à OPEP deteve a maior parte das reservas, com um volume de 
84,7 trilhões m³ e um crescimento de 1,1% em relação ao ano anterior. O 
volume de reservas brasileiras manteve-se inalterado em relação ao ano 2000, 
220 bilhões m³, preservando a 41ª posição mundial. 
Muitas vezes o gás natural encontra-se associado ao petróleo, sendo que 
a proporção em que o petróleo e o gás natural se encontram misturados na 
natureza varia muito. Pode ocorrer petróleo com muito gás associado, bem 
como jazidas em que há quase exclusivamente a presença do gás natural. 
Quando há predominância do petróleo, quem define as condições de 
exploração da jazida é a produção do petróleo e, então, o gás natural 
associado é um subproduto da produção do primeiro. Se não houver condições 
 34
econômicas para aproveitamento do gás natural, ele é reinjetado na jazida ou, 
então, queimado, em queimadores de segurança (flare), para se evitar a 
criação de uma atmosfera rica em gases combustíveis no entorno das 
instalações de produção de petróleo. 
Quando o gás é dominante, ou seja, gás natural não-associado, o seu 
aproveitamento econômico é condição essencial ao desenvolvimento da 
produção. As maiores ocorrências de gás no mundo sãode gás não-associado 
ao petróleo. 
Tanto o gás não-associado, quanto a corrente gasosa recuperada do 
petróleo constituem-se no que se costuma denominar de gás natural úmido, o 
qual contêm em suspensão pequenas quantidades de hidrocarbonetos que são 
líquidos, nas condições atmosféricas de pressão e temperatura, dispersas na 
massa gasosa. Desse modo, o gás natural úmido é composto 
predominantemente de metano, etano e, em menores proporções, de propano 
e outros hidrocarbonetos de maior peso molecular, apresentando 
contaminantes, como nitrogênio, dióxido de carbono, água e compostos de 
enxofre. 
Assim, o gás natural precisa passar por um tratamento inicial, também 
denominado secagem do gás natural. Esse tratamento, normalmente realizado 
junto à jazida, é feito em Unidades de Processamento de Gás Natural (UPGN), 
resultando de um lado gás natural seco e de outro líquido de gás natural 
(LGN). 
Durante o processo de secagem do gás natural nas UPGN, são também 
removidos contaminantes ou reduzidos os seus teores, para atender às 
especificações demandadas pelo mercado. Esses tratamentos são muito 
eficazes, razão pela qual o gás natural seco (forma sob a qual é, normalmente, 
comercializado e, simplificadamente, chamado de gás natural) é composto de 
uma mistura de metano e etano, com reduzidíssimas proporções de outros 
hidrocarbonetos e de contaminantes. A proporção de metano nesta mistura 
normalmente é de 80 a 95%. 
Os líquidos de gás natural (LGN) correspondem às frações que se 
liquefazem facilmente (propano e butano) ou que são líquidas nas condições 
ambientais. Essas frações apresentam alto valor comercial, sendo aproveitados 
como: 
• gás liquefeito de petróleo – propano e butano, usado no Brasil como 
combustível doméstico; 
• gasolina natural – pentanos e hidrocarbonetos de maior peso molecular, 
os quais são utilizados na formulação de gasolinas automotivas e como 
matéria-prima para as unidades petroquímicas, com vistas à produção 
de eteno e propeno. 
 35
O meio de transporte mais utilizado para o gás natural é através de 
gasodutos, que são dutos (tubulações) para conduzir o gás natural, que é 
introduzido sob pressão, por meio de compressores. 
Atualmente, o uso do gás natural como combustível em substituição a 
praticamente todos os demais combustíveis, especialmente pela facilidade do 
seu manuseio e pelo efeito ambiental limitado da sua queima, é dominante. 
Entre os principais empregos se destacam: a geração de energia elétrica, o uso 
em áreas urbanas e em automóveis. 
A utilização do gás natural para geração de energia elétrica vem 
crescendo de importância no mundo inteiro, sendo considerado o combustível 
mais apropriado para uso em turbinas a gás. É usado, principalmente, em 
grandes usinas próximas aos maiores centros de consumo. Quando há a 
possibilidade de agregar estas usinas a grandes indústrias usuárias de vapor 
d’água, para aquecimento e acionamento de pequenas turbinas, em cogeração, 
a eficiência energética do conjunto é ainda maior. Dessa forma, a energia 
elétrica é produzida a baixo custo, o que torna essas usinas muito econômicas. 
O gás natural tem sido usado como combustível em motores de 
combustão interna em alguns países, tanto em veículos leves (táxis e veículos 
particulares) quanto pesados (ônibus e caminhões). No Brasil, em algumas 
regiões, principalmente nas cidades de São Paulo e Rio de Janeiro, já existem 
muitos veículos, principalmente ônibus e táxis, operando com gás natural. 
Nas áreas urbanas, o gás natural é distribuído por rede de tubulações 
subterrâneas, e pode atender: 
• uso residencial – para cocção (nas cozinhas), para aquecimento de água 
e para calefação (nas regiões frias); 
• uso comercial – similar ao uso residencial, mas especialmente em todas 
as necessidades de calor. Já é corrente a sua aplicação em centrais de 
ar-condicionado, em especial em unidades de maior porte, como centros 
comerciais. 
 
d) Gás Liquefeito do Petróleo-GLP 
 
O GLP, gás liquefeito de petróleo, é constituído por hidrocarbonetos que 
são produzidos no início da destilação do petróleo, e também durante o 
processamento do gás natural. Dependendo da origem e dos processos de 
tratamento a que foram submetidos, podem apresentar variações na 
composição. Desse modo, o GLP obtido do gás natural não contém 
hidrocarbonetos insaturados, ao passo que quando são obtidos a partir de 
gases de refinarias (petróleo) esses hidrocarbonetos podem aparecer em 
quantidades variáveis. Para o GLP proveniente do petróleo, os hidrocarbonetos 
 36
que aparecem em maiores proporções são os compostos de três átomos de 
carbono (propano e propeno) e de quatro carbonos (butano e buteno). 
Pequenas quantidades de etano e pentano também podem ocorrer. 
Entre as principais impurezas encontradas no GLP, os compostos 
sulforosos são dos mais indesejáveis, pois estes incorporam corrosividade ao 
produto, sendo o gás sulfídrico o mais agressivo. Por essa razão, quando 
necessário, submete-se o produto a tratamentos em unidades especiais. 
Os hidrocarbonetos predominantes no GLP são gasosos a pressão e 
temperatura ambiente, mas liquefazem-se quando pressões relativamente 
baixas são aplicadas, proporciando a redução a pequenos volumes, facilitando 
os trabalhos de manuseio e transporte. 
O GLP tem amplo emprego tanto em aquecimento doméstico como 
industrial. Apresenta grandes vantagens sobre os combustíveis sólidos ou 
líquidos, devido ao seu alto poder calorífico, que é da ordem de 11.000 
kcal/kg. Apresenta, também, várias vantagens sobre o gás de carvão (produto 
de gaseificação) e entre eles se destacam: o maior poder calorífico, menor 
toxidez e risco de explosão. 
O GLP é um combustível alternativo para motores do ciclo Otto, mas é pouco 
consumido no transporte rodoviário. Entretanto, em alguns países, como a 
Holanda, é responsável por 12% da energia usada em veículos de passeio. 
Tem alto índice de octanagem, o que permite que motores a GLP tenham 
maiores razões de compressão do que os motores a gasolina e, assim, maiores 
eficiências energéticas. Mas veículos leves a GLP não exploram essa vantagem 
e os motores não tem a eficiência otimizada. O consumo de GLP é menor que o 
da gasolina, mas acima do diesel. Em veículos leves, as emissões de NOx são 
próximas das obtidas com a gasolina, mas as outras emissões são menores. 
 
 
 
2.2.2 Biomassa 
 
Biomassa é a matéria orgânica da terra, principalmente, os resíduos de 
plantas. No campo da energia, o termo biomassa é usado para descrever todas 
as formas de plantas e derivados que podem ser convertidos em energia 
utilizável como, madeira, resíduos urbanos e florestais, grãos, talos, óleos 
vegetais e lodo de tratamento biológico de efluentes. A energia gerada pela 
biomassa é também conhecida como “energia verde” ou “bioenergia”. 
Uma das formas de utilização da biomassa é através da queima direta 
para produzir energia térmica e elétrica. É uma fonte primária de energia e que 
está em desenvolvimento em muitos países. 
 37
Outra forma de utilização é através do processamento da biomassa para 
produção de combustíveis. O processamento pode ser realizado através de 
processos químicos, como a gaseificação, ou através de processos 
biotecnológicos, como a fermentação. Como exemplos, pode-se citar o álcool. 
O óleo vegetal, obtido de mamona ou de colza, e o biodiesel, obtido pela 
esterificação do óleo vegetal, também são utilizados como combustíveis em 
motores diesel. A diferença básica entre os dois está na forma de obtenção e 
na maior viscosidade do óleo vegetal. 
Há muitas vantagens na utilização da biomassa diretamente como 
combustível, por exemplo, as reduzidas emissões de poluentes. Por exemplo, o 
conteúdo de enxofre em biomassas, geralmente, é baixo, ocorrendo baixas 
emissões de SO2 na combustão. As emissões deCO2, liberadas durante a 
queima de biomassa, podem ser consideradas praticamente nulas, pois esse 
gás é reabsorvido no próximo ciclo de vida da planta, no processo de 
fotossíntese. Além disso, a madeira, por exemplo, contem pouca cinza (1% ou 
menos) o que reduz a quantidade de cinza que precisa ser disposta no meio 
ambiente, em comparação ao carvão mineral. 
Entretanto, deve ser observado que em comparação com combustíveis 
fósseis sólidos, biomassa contem muito menos carbono e mais oxigênio e, 
como conseqüência, tem um baixo poder calorífico. Além disso, o conteúdo de 
cloro de certas biomassas, como algumas palhas, pode exceder o nível 
encontrado no carvão. 
Como acontece com qualquer tipo de combustível, deve ser 
adequadamente administrado de forma sustentável. Assim, o desmatamento 
deve ser evitado, pois pode diminuir a diversidade genética de nossas 
florestas, com todos os prejuízos associados. 
Entre os diversos tipos de biomassa que podem ser usados como 
combustíveis, se destacam no Brasil, pela quantidade utilizada, as que são 
provenientes da madeira, como a lenha, serragem e cavacos. Além dessas, o 
bagaço de cana também é muito empregado, devido à grande produção 
brasileira de açúcar e álcool. 
 
a) Lenha 
É o combustível mais antigo em uso e atualmente ainda é bastante 
utilizado em alguns países, incluindo o Brasil. A lenha é a madeira (tronco e 
galhos) de árvores nativas ou de reflorestamentos. Os troncos e galhos são 
cortados em pedaços de 1m, para facilitar a medição, já que a lenha 
normalmente é vendida em volume. 
 38
A lenha, sendo madeira, é constituída de celulose, resinas, água e sais 
minerais. A queima da lenha é feita sobre grelhas, e a chama produzida é 
longa devido aos gases da combustão. 
 
b) Serragem e Cavaco 
A serragem e o cavaco são resíduos da indústria de beneficiamento da 
madeira, como a indústria moveleira, de papel e outras. A queima desses 
combustíveis requer grelhas especiais (cascata). 
 
 
c) Álcool Etílico 
No Brasil, o álcool etílico, ou etanol, é mais conhecido simplesmente 
como álcool, embora exista uma classe de compostos orgânicos que possua 
essa denominação, a qual pertence o álcool etílico. 
O emprego do álcool etílico como combustível foi uma solução brasileira 
para a crise do petróleo do final da década de 70, através do Proálcool, projeto 
criado pelo governo como incentivo à produção desse combustível. Entretanto, 
com o fim da crise, esse projeto não recebeu mais estímulo governamental e a 
indústria privada não o desenvolveu. Assim, atualmente o uso do álcool 
diminuiu sensivelmente. 
O álcool etílico é obtido de biomassa, normalmente de plantas ricas em 
açúcar, amido e material celulósico, através da fermentação da glicose 
(açúcar). A maior parte da glicose pode ser extraída diretamente de plantas 
ricas em açúcar, o que não necessita de hidrólise; plantas ricas em amido 
precisam ser processadas por hidrólise enzimática; e materiais celulósicos 
requerem hidrólise ácida. 
Assim, o álcool etílico é um combustível ecologicamente correto, pois é 
obtido de fontes renováveis de energia. Por isso, ajuda na redução do gás 
carbônico da atmosfera, através da fotossíntese durante o crescimento das 
plantas, como a cana-de-açúcar. 
O álcool etílico pode ser usado tanto em motores do ciclo Otto como do 
ciclo Diesel e é usado, principalmente, em misturas com gasolina tanto como 
combustível como, após a sua conversão em ETBE (éter etil-terc-butílico), 
aditivo antidetonante. No Brasil, em 1985, a produção de automóveis movidos 
a álcool etílico foi de 66,4% do total. Atualmente, o álcool etílico é mais usado 
em misturas com a gasolina. 
Existem dois tipos de álcool fabricados no Brasil, o álcool anidro e o 
hidratado. O álcool anidro é o álcool etílico com teor mínimo de 99,3oINPM 
(porcentagem de álcool em peso, em uma mistura hidroalcoólica à 
temperatura padrão de 20ºC), sendo usado como aditivo oxigenante da 
 39
gasolina. O álcool hidratado possui um teor alcoólico mínimo de 92,6oINPM, e é 
usado como combustível em veículos de passeios e comerciais leves. 
Na Tabela 7 são apresentadas as especificações do álcool etílico anidro e 
hidratado, segundo a Portaria 126 de 08 de agosto de 2002, da Agência 
Nacional do Petróleo – ANP. 
 
ESPECIFICAÇÕES MÉTODO 
CARACTERÍSTICA UNIDADE 
AEAC AEHC 
ABNT 
/NBR 
ASTM (1) 
Aspecto - (2) (2) Visual 
Cor - (3) (3) Visual 
Acidez total (como ácido
acético), máx. 
mg/L 30 30 9866 D 1613 
Condutividade elétrica, máx µS/m 500 500 10547 D 1125 
Massa específica a 20 °C kg/m3 791,5 máx. 
807,6 a 
811,0 (4) 
5992 D 4052 
Teor alcoólico °INPM 99,3 mín. 
92,6 a 93,8 
(4) 
5992 
- 
Potencial hidrogeniônico (pH) - - 6,0 a 8,0 10891 - 
Resíduo por evaporação, máx.
(5) 
mg/100mL 
- 
5 8644 
- 
Teor de hidrocarbonetos,
máx.(5) (NR) 
%vol. 3,0 3,0 13993 
- 
Íon Cloreto, máx. (5) mg/kg 
- 
1 
10894 / 
10895 
D 512(6) 
Teor de etanol, mín. (7) %vol. 99,3 92,6 - D 5501 
Íon Sulfato, máx. (8) (NR) mg/kg 
- 
4 
10894/ 
12120 
- 
Ferro, máx. (8) mg/kg - 5 11331 - 
Sódio, máx. (8) (NR) mg/kg - 2 10422 - 
Cobre, máx. (8) (9) (NR) mg/kg 0,07 - 10893 - 
Tabela 7: Especificações do álcool etílico anidro combustível e hidratado 
combustível, AEAC e AEHC, respectivamente (Fonte: Portaria 126 de 08/08/02, 
Agência Nacional do Petróleo). 
(1) Poderão ser utilizados como métodos alternativos para a avaliação das 
caraterísticas nos casos de importação do álcool, com exceção do método ASTM 
D4052, que poderá ser sempre utilizado como método alternativo para a determinação 
da massa específica. 
(2) Límpido e isento de impurezas. 
(3) Incolor a amarelada se isento de corante, cuja utilização é permitida no teor 
máximo de 20 mg/L com exceção da cor azul, restrita à gasolina de aviação. 
(4) Aplicam-se na Importação e Distribuição os seguintes limites para a massa 
específica e teor alcoólico do AEHC: 805,0 a 811,0 e 92,6 a 94,7 respectivamente. 
(5) Limite admitido na Importação e Distribuição, não sendo exigida a análise para a 
emissão do Certificado de Qualidade pelos Produtores. (NR) 
(6) Procedimento C e modificação constante na ASTM D4806. 
(7) Requerido quando o álcool não for produzido por via fermentativa a partir da cana-
de-açúcar. 
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(8) O produtor deverá transcrever no Certificado de Qualidade o resultado obtido na 
última determinação quinzenal, conforme previsto no art. 4º- A da presente Portaria. 
(NR). 
(9) Deverá ser sempre determinado no AEAC que tiver sido transportado ou produzido 
em local que possua equipamentos ou linhas de cobre, ou ligas que contenham este 
metal.(NR) 
 
Propriedades e características dos combustíveis 
 GASOLINA ETANOL 
Calor específico (kJ/kg) 34900 26700 
Número de octano (RON/MON)* 91/80 109/98 
Calor latente de vaporização 
(kJ/kg) 376 ~ 502 903 
Temperatura de ignição (ºC) 220 420 
Razão estequiométrica 
Ar/Combustível 
14,5 9 
http://www.mct.gov.br/clima/comunic_old/alcohol3.htm 
 
2.3 Análise de Combustíveis 
 
As propriedades e a composição dos combustíveis precisam ser 
analisadas para manutenção de um padrão de qualidade, tanto para a 
eficiência da combustão, como para manter as emissões de poluentes 
atmosféricos dentro do que é determinado pela legislação ambiental. 
 
 
2.3.1 Combustíveis Sólidos 
 
A metodologia para a análise do carvão mineral está descrita no subitem 
a do item 2.2.1, que abrange a análise elementar e imediata. A maioria dos 
demais combustíveis sólidos, como muitas biomassas, as análises empregadas 
são as mesmas utilizadas pelo carvão mineral, 
 
 
 
 
 
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2.3.2 Combustíveis Líquidos e Gasosos 
 
a) Composição 
A maioria dos componentes dos combustíveis líquidos e gasosos pode 
ser determinada