AULA_COMBUSTIVEIS_V07

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Prof. Nilson Bispo 
 
Química II 
Departamento de Química e Ambiental 
 Dúvidas:Sala306 -Lab Tec Ambiental 
nilson.bispo@gmail.com 
 
AULA 
 COMBUSTÍVEIS 
BIBLIOGRAFIA 
 
 
 
 APOSTILA COMBUSTÍVEIS – 
QUÍMICA II – Prof César. 
 LIVRO QUÍMICA TECNOLÓGICA 
(disponível na biblioteca). 
 Todos os combustíveis reagem com um comburente e essas 
reações são chamadas de reações de COMBUSTÃO. Essas reações 
têm papel fundamental na vida do homem pois são fontes de 
energia térmica. Esta energia térmica pode ser transformada em 
outros tipos de energia e também podem transformar materiais. 
 O que é exatamente combustão? 
 A combustão é um processo exotérmico onde uma 
substância COMBUSTÍVEL reage com uma substância 
COMBURENTE. 
COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS 
 
 
 
 Do ponto de vista tecnológico: COMBUSTÍVEL é todo 
material capaz de gerar energia, por combustão, de forma 
econômica. 
 
 Para que a combustão possa se processar de maneira 
tecnicamente viável: 
 deve ser conduzida rápida e controladamente; 
 necessário energia de ativação – atingida através da 
temperatura de ignição. 
 
 Seleção de um combustível: 
 critérios técnicos; 
 critérios do ponto de vista qualitativo, quantitativo 
e de mercado. 
COMBUSTÍVEIS - “ A química que move o mundo” 
 
 
 
 UM BOM COMBUSTÍVEL: 
 
 possui bom PODER CALORÍFICO ( relação 
calor produzido/ massa de combustível); 
 
 baixo nível de impurezas (critério qualitativo); 
 
 deve ser abundantemente encontrado na 
natureza (critério quantitativo); 
 
 deve ser produzido e comercializado a preços 
razoáveis e competitivos (critérios de mercado) 
COMBUSTÍVEIS 
 
 
 
CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS (quanto ao estado de 
agregação): 
 
COMBUSTÍVEIS 
 
 
 
 CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS: Renováveis e fósseis 
 
COMBUSTÍVEIS 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS carvão mineral 
 carvão mineral 
 
 Combustível mais usado mundialmente na geração de energia 
elétrica; 
 Origem: ação química e microbiológica sobre vegetais 
soterrados, sob pressão. Ao longo de milhares de anos, os 
vegetais vão sendo degradados, progressivamente, e o carbono 
vai sendo transformado em carbono elementar: 
 
 
 
 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS 
Estágios de formação do carvão mineral 
ANTRACITO 
CARVÃO BETUMINOSO 
LINHITO 
TURFA VEGETAL 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS 
 Quanto maior for a idade do fóssil, maior é a concentração de 
carbono e, portanto, melhor a qualidade do carvão; 
 
 O carvão fóssil é classificado de acordo com a porcentagem de 
carbono existente. Temos assim a TURFA (com 55 a 65% de 
carbono), o LINHITO (com 65 a 75% de carbono), a HULHA 
(com 75 a 90% de carbono), e o ANTRACITO ( com teor acima 
de 90 % de carbono); 
 
 À medida que a % de carbono aumenta, diminui-se o teor de 
umidade, tornando-se o carvão mais interessante para 
combustão. 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS 
carvão mineral 
 
 
 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS carvão mineral 
 Análise Imediata: 
 
 Determinação dos chamados “princípios imediatos”: 
 umidade (U) 
 matéria volátil (MV) 
 cinzas (Cz) 
 carbono fixo (CF) 
 
 Características de grande utilidade do ponto de vista 
técnico e comercial. 
 Análise Elementar: 
 Fornece os teores de C, H, O, S, e outros que podem 
constituir o carvão. 
 
 
 
 Análise Imediata: 
 umidade (U): perda de peso apresentada, quando 
o material é aquecido a 105°C, aprox. 90 minutos. 
 matéria volátil (MV): perda observada quando o 
material seco é aquecido a 950°C, durante 5 min, em 
recipiente fechado. 
 cinzas (Cz): materiais minerais (SiO2, Al2O3, Fe2O3, 
etc) presentes no material e pode ser determinada 
através da massa do resíduo final obtido após queima 
total do combustível sólido, sob T elevada. 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS carvão mineral e hulha 
 Carbono Fixo (CF):Corresponde ao material rico em 
carbono elementar sendo determinado pela diferença: 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS - carvão 
mineral 
 ÍNDICE VOLÁTIL ESPECÍFICO (IVE) 
 O IVE de um combustível sólido pode 
ser calculado, a partir de seu poder 
calorífico (Q), teor de carbono fixo (CF) e 
teor de matéria volátil (MV): 
 PODER CALORÍFICO de combustíveis sólidos 
 O poder calorífico é o mais importante parâmetro 
avaliativo da eficiência de um combustível em 
termos de sua capacidade específica de geração de 
energia útil. Ex.: Q = 2500 kcal/kg (Lenha) e Q= 6800 
kcal/kg (carvão mineral) 
 ÍNDICE VOLÁTIL ESPECÍFICO (IVE) 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS carvão 
mineral e hulha 
Os combustíveis sólidos naturais evoluem da madeira até o 
antracito, à medida que o seu IVE aumenta. 
 
 
 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS - carvão 
mineral 
 OBSERVAÇÕES: 
 Os carvões de alta qualidade (antracíticos e 
betuminosos) possuem poderes caloríficos (Q’) superiores 
a 7800 kcal/kg; 
 O teor de carbono fixo (CF) aumenta com o estágio 
evolutivo do carvão (dos linhitos até o antracito), 
enquanto o teor de matéria volátil (MV) aumenta no 
sentido contrário. 
 O poder calorífico (Q’) é maior em carvões 
betuminosos, pois sua matéria volátil (MV) é rica em 
combustíveis de elevado poder calorífico. 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS - carvão 
mineral 
COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS NATURAIS - carvão 
mineral e hulha 
Carvão coque: “coqueificação” 
O coque é obtido pelo processo de “coqueificação”, que consiste, em princípio, no 
aquecimento a altas temperaturas, em câmaras hermeticamente (exceto para saída 
de gases) fechadas, do carvão mineral. No aquecimento às temperaturas de 
coqueificação e na ausência de ar, as moléculas orgânicas complexas que constituem 
o carvão mineral se dividem, produzindo gases e compostos orgânicos sólidos e 
líquidos de baixo peso molecular e um resíduo carbonáceo relativamente não volátil. 
Este resíduo resultante é o “coque”, que se apresenta como uma substância porosa, 
celular, heterogênea, sob os pontos de vista químico e físico. A qualidade do coque 
depende muito do carvão mineral do qual se origina, principalmente do seu teor de 
impurezas. 
Carvão vegetal: carbonização de lenha 
O carvão vegetal ou de “madeira” é fabricado mediante pirólise da madeira, isto 
é, quebra das moléculas complexas que constituem a madeira, em moléculas mais 
simples, mediante calor. O aquecimento para a carbonização da madeira é feito em 
fornos de certo modo rudimentares e pouco eficientes, sobretudo no Brasil, pois os 
subprodutos gasosos e líquidos são perdidos durante o processo. O calor é aplicado 
à madeira, com ausência de oxigênio, resultando em gases (CO2, CO, H2, etc...), 
líquidos (alcatrões, ácido acético, álcool metílico) e o resíduo sólido que é o carvão 
vegetal. 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo: Do latim petra (pedra) e oleum (óleo) 
 Um dos recursos naturais de que a sociedade 
mais depende. 
 Origem: restos de animais e vegetais que se depositaram no 
fundo dos mares. Esses materiais, foram cobertos por 
sedimentos, originando as rochas sedimentares. Abaixo dessas 
rochas, sob condições altas T e P, esses restos orgânicos 
sofreram, ao longo de milhares de anos, transformações 
químicas complexas, formando o PETRÓLEO. 
 O petróleo é sempre uma mistura complexa de diversos tipos de 
hidrocarbonetos contendo também proporções menores de 
contaminantes (enxofre -S, nitrogênio - N, oxigênio – O, e metais, como 
níquel – N, ferro – Fe, Cobre – Cu, Sódio – Na e Vanádio - V). 
 Os contaminantes sulfurados (contém enxofre) causam problemas no 
manuseio, transporte e uso dos derivados que estão presentes. 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo 
 
 
Matéria orgânica Querogênio  Petróleo  Gás 
Aumento de profundidade e Temperatura 
Processos bacterianos e químicos 
Rocha geradora Rocha reservatório (Principalmente algas) 
PARAFÍNICOS NAFTÊNICOS MISTOS AROMÁTICOS 
Existe predominância de 
hidrocarbonetos parafínicos 
(alcanos). 
Existe predominância de 
hidrocarbonetos 
naftênicos. 
(Cicloalcanos).Possuem misturas de 
hidrocarbonetos 
parafínicos e 
naftênicos, com 
propriedades 
intermediárias, de 
acordo com maior ou 
menor percentagem de 
hidrocarbonetos 
parafínicos e 
naftênicos. 
Existe predominância de 
hidrocarbonetos 
aromáticos. Este tipo de 
petróleo é raro. 
Este petróleo produz subprodutos 
com as seguintes propriedades: 
Este petróleo produz 
subprodutos com as 
seguintes propriedades: 
Este petróleo produz 
subprodutos com as 
seguintes propriedades: 
- gasolina de baixo índice de 
octanagem. 
- gasolina de alto índice 
de octanagem. 
- gasolina de alto índice de 
octanagem. 
- querosene de alta qualidade. 
- óleo diesel com boas 
características de combustão. 
- óleos lubrificantes de alto índice 
de viscosidade, elevada 
estabilidade química e alto ponto 
de fluidez. 
- óleos lubrificantes de 
baixo resíduo de carbono. 
- não se utiliza este tipo de 
petróleo para a fabricação 
de lubrificantes. Produz 
solventes de excelente 
qualidade. 
- resíduos de refinação com 
elevada percentagem de parafina. 
- resíduos asfálticos na 
refinação. 
CLASSIFICAÇÃO DOS TIPOS DE PETRÓLEO 
 De acordo com a predominância dos hidrocarbonetos encontrados no petróleo cru, 
este pode ser classificado em: 
ALCANOS: parafinas 
 Fórmula geral CnH2n+2 
 Parafinas normais - 15 a 20% em 
peso de óleo 
 Isoparafinas - cerca de 1% em peso 
 
 
normais (n) 
iso 
ramificado H C 3 
3 C H 
3 C H 
R 
3 
C H 
R 
R 
H C 2 
H C 
C H H C 2 
R é em geral o radical 
H C 3 
H C 3 
CICLANOS: naftênicos 
 Fórmula geral CnH2n contendo um ou 
mais anéis saturados, são conhecidos como 
naftênicos por se concentrarem na fração do 
óleo denominada nafta. 
 Hidrocarbonetos naftênicos - 20 a 40% 
em peso do óleo 
 
Hidrocarbonetos com 1 anel 
R 
alquilciclopentanos 
R 
alquilcicloexanos 
 
R é em geral um CH3 
Hidrocarbonetos com 2 anéis 
tolueno 
metilnaftaleno 
C H 3 
3 H C 
dimetilfenantreno 
tetraidronaftaleno 
tetraidrofenantreno 
Monoaromáticos 
Poliaromáticos 
Naftênicos 
aromáticos 
AROMÁTICOS 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo 
 É uma importante fonte de combustíveis e 
de matéria-prima da indústria petroquímica ; 
 O petróleo é fundamentalmente composto 
por hidrocarbonetos; 
 A maioria dos combustíveis de uso rotineiro 
consiste de misturas de hidrocarbonetos 
derivados do petróleo. Ex.: gás de cozinha, 
gasolina, querosene, óleo diesel e óleos 
combustíveis pesados. 
 finalidade do processamento do petróleo: 
separar seus diversos componentes. 
COMBUSTÍVEIS 
LÍQUIDOS 
 Petróleo 
Materiais usados 
no cotidiano que 
podem ser obtidos 
do petróleo 
COMBUSTÍVEIS 
LÍQUIDOS 
 Petróleo 
Destilação 
fracionada do 
petróleo: separar os 
diversos 
componentes do 
petróleo. 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo 
Frações obtidas da destilação do petróleo 
 
 
Fração Temperatura de 
Ebulição (°C) 
Composição 
aproximada 
Usos 
Gás Residual - C1 – C2 Gás combustível 
Gás liquefeito de 
petróleo – GLP 
Até 40 C3 – C4 Gás combustível engarrafado, uso 
doméstico e industrial. 
Gasolina 40 – 175 C5 – C10 Combustível de automóveis, 
solvente. 
Querosene 175 – 235 C11 – C12 Iluminação, combustível de aviões 
a jato. 
Gasóleo leve 235 – 305 C13 – C17 Diesel, fornos. 
Gasóleo pesado 305 – 400 C18 – C25 Combustível, matéria-prima para 
lubrificantes. 
Lubrificantes 
 
gasóleo de vácuo 
 
 
 
resíduo de vácuo 
 
 
 
400 – 510 
 
 400 a 570 
 
 
 
Acima 570 
C26 – C38 Óleos lubrificantes 
 
 carga para craqueamento (gasolina 
e GLP), ·produção de lubrificantes (sub-
produto - parafinas), matéria prima 
para petroquímica 
 
óleo combustível, asfalto 
(pavimentação e isolamento), 
lubrificantes de alta viscosidade, coque 
de petróleo 
 
 
 FRAÇÕES BÁSICAS DO REFINO 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo 
 Gasolina: 
 Mistura de hidrocarbonetos (cerca de 100 
tipos ); 
 Os HC´s apresentam de 4 a 12 átomos de 
carbono, apresentando PE entre 30 e 225°C; 
 HC´s presentes: parafínicos, olefínicos, 
naftênicos e aromáticos; 
 Combustível mais utilizado em veículos 
automotivos leves. 
HC´s = hidrocarbonetos 
GASOLINA 
 Índice octanagem de uma gasolina 
 moléculas de alcanos com cadeia ramificada 
permitem que se consiga melhor rendimento de um 
motor a explosão; 
 quando a mistura gasolina e ar é submetida a 
compressão, pode vir a detonar antes do momento 
mais adequado, levando a uma queda de rendimento 
do motor; 
 a detonação, também é conhecida como “batida 
de pino”, e pode destruir o motor. Quanto maior a 
octanagem, maior será a resistência à detonação 
prematura. 
 HC´s com cadeia ramificada e cíclica possuem poder 
antidetonante maior que alcanos de cadeia não 
ramificada; 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Gasolina 
 Índice de octanagem de uma gasolina 
 n-heptano=> índice = 0 e isooctano (2,3,4-trimetil-
pentano) => índice =100 (arbitrado); 
 
 Uso de aditivos para aumentar a octanagem, 
denominados antidetonantes, pois evitam a pré-
ignição: Ex.: Brasil: etanol e o MTBE (meti-tercbutil-
éter), adicionados à proporção nas proporções de 22 a 
25% e de 9 a 11%, em volume, respectivamente. 
 
 No Brasil, a octanagem é expressa em IAD = 
Índice Antidetonante (a gasolina comum é 
especificada também pelo MON – Motor Octane Number). 
 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
A figura ilustra bem o momento em que surge a vibração de BATIDA DE PINO OU KNOCK 
 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
http://www.science-
animations.com/support-
files/engine01.swf 
 MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA 
 Motor de 4 tempos 
– Cliclo Otto 
 Motor de 4 tempos 
– Ciclo diesel 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Petróleo 
 Óleo Diesel 
 Composição variada em relação aos tipos de 
hidrocarbonetos constituintes: pela destilação direta, 
temos o diesel composto de parafinas, naftênicos e 
aromáticos. No caso de diesel oriundo de craqueamento 
pode conter também olefinas; 
 Geralmente apresenta hidrocarbonetos de 9 a 20 
átomos de carbono. 
 A distribuição de HC´s dessas 04 classes influenciam 
diretamente as propriedades dos combustíveis; Ex.: a 
relação C/H, importante para a combustão, é variável, 
sendo menor em parafínicos e maior em aromáticos. 
O óleo diesel é utilizado como combustível para motores de 
combustão interna em que a ignição se faz por compressão, 
não havendo necessidade de uma centelha; 
 Aplicações dos motores a diesel são variadas: caminhões, 
ônibus, tratores, equipamento pesado para construção, 
navios, locomotivas, centrais elétricas e alguns automóveis; 
 Índice de cetano: Para operação satisfatória do motor é 
necessário que a combustão ocorra, normalmente com um 
curto atraso na ignição, ou seja, o tempo decorrido entre a 
injeção do combustível e a sua ignição deve ser o menor 
possível; 
Quanto menor o retardo de ignição,mais alto será o índice de 
cetano do óleo diesel e menor a quantidade de combustível na 
câmara de combustão quando o ocorrer a ignição. 
 Óleo Diesel 
 Índice de cetano 
 Este atraso é consequência do tempo requerido para que 
ocorra: pulverização; aquecimento e evaporação do combustível; 
sua mistura com o ar e finalmente sua auto-ignição. Quanto 
menor for o atraso melhor será a qualidade de ignição do 
combustível. 
 
 A qualidade de ignição do diesel pode ser medida pelo seu 
número de cetano (NC) ou calculado pelo índice de cetano (IC). 
O número de cetano é obtido através de um ensaio padronizado 
do combustível em um motor mono-cilíndrico, onde compara-se 
o seu atraso de ignição em relação a um combustível padrão com 
número de cetano conhecido; 
 Combustíveis de referência: n-hexadecano (C16H34) => NC=100 
e heptametilnonano (C16H34) => NC= 15 
 Óleo Diesel 
COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 Etanol (C2H5OH) 
 Pode ser obtido por vias petroquímica ou fermentativa; 
 A via petroquímica: processo de hidratação catalítica doeteno (C2H4): 
 
 Via fermentativa: a partir da sacarose de cana-de açúcar: 
 
 
 
 
CANAVIAL 
 USINA DE ÁLCOOL 
 Etanol (C2H5OH) 
 O produto da fermentação (mosto fermentado) contém 
cerca de 12% de etanol. Por destilação desse mosto obtém-se 
álcool (etanol) hidratado, que é uma mistura azeotrópica de 
etanol e água, com 95,5% (em volume) de etanol (95,5° GL); 
 O etanol hidratado é empregado como combustível nos 
motores, segundo o mesmo ciclo termodinâmico dos motores a 
gasolina ( CICLO OTTO); 
 Apresenta índice de octano (I.O=90), sendo maior que o da 
gasolina (I.O=75); taxa de compressão (volume útil do cilindro/ 
volume da mistura explosiva) =12,3 => superior ao desempenho 
da gasolina comum; 
 Apresenta pode calorífico cerca de 46% em relação ao da 
gasolina comum; 
 O etanol que é adicionado à gasolina deve ser quimicamente 
puro (etanol anidro); 
 BIODIESEL 
Pode ser produzido a partir de gorduras animais ou de óleos 
vegetais, existindo dezenas de espécies vegetais no Brasil que 
podem ser utilizadas, tais como mamona, dendê (palma), girassol, 
babaçu, amendoim, pinhão manso e soja, dentre outras. 
 COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
Gases combustíveis são aqueles usados 
para produzir energia térmica. Os mais 
usados atualmente são o gás natural (GN), 
gás liquefeito de petróleo (GLP) e o gás 
acetileno (empregado nos maçaricos). 
 COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
 Gás natural 
 denomina-se gás natural a mistura de gases 
aprisionada em bolsões no subsolo em algumas regiões; 
 Geralmente aparece junto com o petróleo (evidência 
de origem comum de ambos); 
 apresenta composição variável (dependo do local 
onde é encontrado), mas o metano (CH4) é o 
constituinte em maior proporção. 
 outros componentes: etano (C2H6), propano (C3H8) e 
pequenas quantidades de butano, metil-butano, CO2, 
H2S; 
 Poder calorífico: entre 8500 a 12500 kcal/m3 (CNTP); 
 COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
 Gás natural 
 Utilizado como combustível, o gás natural 
proporciona uma queima mais limpa que os 
combustíveis fósseis tradicionais, “isenta de agentes 
poluidores”, ideal para processos que exigem a queima 
em contato direto com o produto final, como, por 
exemplo, a indústria de cerâmica e a fabricação de vidro 
e cimento; 
 uso como gás veicular (GNV) , industrial, domiciliar, 
termelétricas. 
 Transporte: gasoduto, GNL (gás natural liquefeito) 
através de navios criogênicos e derivados. 
 Gás natural - Usos 
 COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
 Gás natural 
Limites de inflamabilidade: Faixas de 
valores de porcentagem de volume do gás 
no ar onde ocorrerá combustão. Abaixo do 
limite inferior, há insuficiência de 
combustível para sustentar uma chama e 
acima do limite superior não há ar 
suficiente para a combustão. 
 Para o GN: 
 Limite inferior = 4% e Limite superior =14% 
 COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
 Gás Liquefeito de Petróleo (GLP) 
 HC´s que são produzidos durante o processamento 
do gás natural e refino do petróleo; 
 GLP proveniente de refinarias: maior proporção de 
propano e propeno e butanos e butenos; 
 fase líquida: facilidade de armazenagem, transporte e 
manuseio. E ainda ser utilizado sob forma de gás; 
 Larga utilização em aquecimento doméstico e 
comercial; 
 Poder calorífico da ordem de 26.000 kcal/m3 (CNTP);