Aula 01 - 11-08-2025 - Combustão e Combustiveis

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Profº Luiz Ghelmandi Netto Complementos de Química Aplicada
Combustão e Combustíveis
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Combustão
 A combustão é uma reação química. Numa reação química, uma ou mais substâncias
transformam-se dando origem a outra ou outras substâncias. Esta reação, é
acompanhada de liberação de calor, que é o que se busca no processo.
 Genericamente, a combustão pode ser representada de acordo com o seguinte
esquema:
Combustível + Comburente Fumos + Cinza + Calor
Δ
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Combustão
 Toda combustão é uma reação de oxidação-
redução (transferência de elétrons).
 Combustível = Agente Redutor (Oxida; Perde
elétrons.
 Para que ocorra uma reação de combustão,
devem estar presentes simultaneamente, o
combustível, o comburente e a "energia de
ativação".
Triângulo do Fogo. 
Fonte: https://www.areaseg.com/fogo/
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Composição dos Combustíveis
 Os elementos químicos normalmente presentes nos combustíveis são: carbono,
hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, enxofre e com menor frequência o fósforo.
 Os elementos essenciais (Carbono e Hidrogênio) têm presença muito frequente na
composição dos combustíveis, sendo que normalmente, predominam
quantitativamente, respondendo pela geração de calor e pela função redutora. Podem
estar presentes de forma isolada, como substâncias simples, ou combinados na forma
de hidrocarbonetos. Exemplos: H2, CH4, CO, C3H8 e C4H10
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Elementos Essenciais
 Carbono
 Cada mol de carbono (C) reage com um mol de oxigênio (O2), produzindo um mol de
dióxido de carbono (CO2) e liberando 96,7 kcal.
C(grafite) + O2(g) CO2(g) + 96,7 kcal/mol
 Havendo falta de oxigênio para a reação com o carbono, além da reação de combustão
acima, ocorrerá parcialmente, a seguinte reação endotérmica:
C(grafite) + 0,5O2(g) CO(g) - 40,8 kcal/mol
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Elementos Essenciais
 Carbono
 Das duas reações anteriores obtém-se a reação de queima incompleta do carbono:
C(grafite) + 0,5O2(g) CO(g) + 26,6 kcal/mol
 A reação incompleta do carbono é altamente desvantajosa, pois além do fato do
monóxido de carbono (CO) ser tóxico, perde-se calor latente (combustível sem
queimar), pois o CO é um combustível. Se houver alimentação adicional de O2 no
processo, ocorrerá a queima do CO, de acordo com a reação:
CO(g) + 0,5O2(g) CO2(g) + 69,9 kcal/mol
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Elementos Essenciais
 Hidrogênio
H2(g) + 0,5O2(g) H2O(v) + 57,8 kcal/mol
 A diferença entre as reações acima é o estado físico em que se encontram os fumos, a
água resultante da reação.
 Resfriando-se os fumos de forma a condensar o vapor de água, "ganha-se" uma
quantidade adicional de energia, relativa ao "calor de condensação" da água (PCS/PCI).
H2(g) + 0,5O2(g) H2O(l) + 68,3 kcal/mol
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Elementos Secundários
 Nitrogênio
 O nitrogênio apresenta grande inércia química, caracterizada por uma baixa tendência
de combinação, inclusive nos processos usuais de combustão.
 O nitrogênio presente num combustível não se oxida durante o processo de combustão
e assim, em nada contribui para a geração de calor.
 Entretanto o nitrogênio como uma espécie material possui massa, e sua presença no
combustível aumenta a massa total do mesmo.
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Elementos Secundários
 Sendo o Poder Calorífico de um combustível, como será visto adiante, a relação entre a
quantidade de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustível
queimada’ conclui-se que a presença deste elemento, que contribui apenas para o
aumento da massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição do
Poder Calorífico do combustível.
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Elementos Secundários
 Enxofre
 Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se oxida de acordo
com as reações:
S(s) + O2(g) SO2(g) + 72 kcal/mol
S(s) + 1,5O2(g) SO3(g) + 105,5 kcal/mol
 Tanto o SO2 como o SO3 são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas,
constituindo-se em poderosos agentes poluentes.
H2SO3
H2SO4
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Elementos Secundários
 Fósforo
 O Fósforo presente em um combustível, se oxida de acordo com a reação:
P4 + 5O2(g) P4O10 + 360 kcal/mol
 O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácido fosfórico
(H3PO4) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo no combustível.
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Elementos Secundários
 Oxigênio
 A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente uma redução na
capacidade de geração de calor dos mesmos.
 Aceita-se como explicação que o oxigênio existente no combustível acarreta uma prévia
e parcial oxidação dos elementos essenciais.
 Tudo se passa como se parte do carbono e do hidrogênio do combustível tivesse sido
queimada previamente pelo oxigênio de constituição.
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Elementos Secundários
 Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por oxidação parcial,
preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono. Assim, dever-se subtrair da
quantidade total de hidrogênio a parcela já queimada.
HT (hidrogênio total): A quantidade total de hidrogênio presente no combustível;
HC (hidrogênio combinado): A parcela do hidrogênio total oxidada pelo oxigênio do
combustível;
HL (hidrogênio livre): A quantidade de hidrogênio útil para o processo de combustão.
HT = HL + HC
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HL → H2O formada (APÓS COMBUSTÃO)
HC → H2O combinada (ANTES DA COMBUSTÃO)
LEMBRE-SE!!!!!
O2 (COMBURENTE) ≠ O2 (COMBUSTÍVEL)
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Exemplo de Cálculo
Um combustível apresenta a composição abaixo em 1000g:
Carbono (C) Hidrogênio (H2) Oxigênio (O2) Enxofre (S) Umidade Cinzas
720g 70g 80g 48g 38g 44g
Pede-se:
a) Em quantidade de matéria e em massa, as quantidades de hidrogênio livre e
hidrogênio combinado;
b) As massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão;
c) A massa de água do combustível;
d) A massa do combustível capaz de gerar calor.
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Exemplo de Cálculo
1. TODO o oxigênio do combustível irá oxidar uma parte do hidrogênio, também contido
no combustível, resultando em ÁGUA COMBINADA.
2. O hidrogênio oxidado pelo oxigênio é chamado de HIDROGÊNIO COMBINADO.
3. Sendo assim, tudo o que nos resta fazer é saber a quantidade de HIDROGÊNIO
COMBINADO (massa e matéria (mol)) por intermédio do oxigênio do combustível.
4. HT = HL + HC
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Exemplo de Cálculo
COMO FAZER ISSO!?!?!?!?!
ESTEQUIOMETRIA
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Estequiometria
2
COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO
Multiplica TODA molécula
Quando não existir valor, 
considera-se 1.
ÍNDICE
Multiplica SOMENTE 
o elemento que o precede.
Nesse caso H.
Objetivo: Calcular as quantidades de reagentes e produtos envolvidos em uma reação
química. A estequiometria segue a “Lei de Conservação das Massas”, o famoso: O QUE
ENTRA, SAI.
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Exemplo de Cálculo
Reação de formação da água:
H2(g) + O2(g) H2O(l)½
1 mol - 0,5mol 1 mol
nH2C - nO2
nH2C = 2nO2
Relação MOLAR entre
Hidrogênio Combinado e
Oxigênio
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Exemplo de CálculoCOMO DETERMINAR O NÚMERO DE MOLS 
A PARTIR DA MASSA!??!?
n = Número de mols [mol]
m = massa [g]
M = Massa molar [g/mol]
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Exemplo de Cálculo
Carbono 
(C)
Hidrogênio
(H2)
Oxigênio 
(O2)
Enxofre 
(S)
Umidade Cinzas
Massa (m) 720g 70g 80g 48g 38g 44g
Massa Molar (M) 12g/mol 2g/mol 32g/mol 32g/mol - -
÷
Mol (n) 60 mol 35 mol 2,5 mol 1,5 mol - -
Massas Atômicas
C = 12 g/mol
H = 1 g/mol
O = 16 g/mol
S = 32 g/mol
HT = HL + HC
HT = HL + 2nO2
35 mol = HL + 2x(2,5 mol)
nH2C = 5mol
nH2L = 30 mol
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Exemplo de Cálculo
Reação de formação da água:
H2(g) + O2(g) H2O(l)½
1 mol - 0,5mol 1 mol
2g/mol - 32g/mol
2g - 16g
X X
mH2C - mO2
mH2C = mO2
8
Relação MÁSSICA entre
Hidrogênio Combinado e
Oxigênio
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Exemplo de Cálculo
HT = HL + HC
HT = HL + mO2/8
70 g = HL + (80g)/8
mH2C = 10 g
mH2L = 60 g
LETRA A CONCLUÍDA!!!!
Carbono 
(C)
Hidrogênio
(H2)
Oxigênio 
(O2)
Enxofre 
(S)
Umidade Cinzas
Massa (m) 720g 70g 80g 48g 38g 44g
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Exemplo de Cálculo
b) As massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão.
H2(g) + 0,5 O2(g) H2O(l)
1 mol 1 mol
nH2 = nH2O
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Exemplo de Cálculo
HL → H2O formada (APÓS COMBUSTÃO)
HC → H2O combinada (ANTES DA COMBUSTÃO)
Água combinada: mH2C = nH2C x MH2O = 5 mol x 18g/mol = 90 g
Massas Atômicas
H = 1 g/mol
O = 16 g/molÁgua formada: mH2L = nH2L x MH2O = 30 mol x 18g/mol = 540 g
mH2O TOTAL NOS FUMOS = mH2O FORMADA + mH2O COMBINADA + m UMIDADE
mH2O TOTAL NOS FUMOS = 540 + 90 + 38 = 668 g 
LETRA B CONCLUÍDA!!!!
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Exemplo de Cálculo
c) A massa de água do combustível.
A massa de água do combustível consiste na quantidade de água ANTES da reação de 
combustão
mH2O DO COMBUSTÍVEL = mH2O COMBINADA + m UMIDADE
mH2O DO COMBUSTÍVEL = 90 + 38 = 128 g
d) A massa do combustível capaz de gerar calor.
m CAPAZ DE GERAR CALOR = m CARBONO + m HIDROGÊNIO LIVRE + m ENXOFRE
m CAPAZ DE GERAR CALOR = 720 + 60 + 48 = 828 g
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Poder Calorífico
 O poder calorífico de um combustível fornece o rendimento energético do mesmo, ou
seja, a quantidade de calor que será obtida na queima completa da unidade de massa
(ou de volume) do combustível.
 É determinado em equipamentos e condições padronizadas que variam em função do
estado físico do combustível.
 Os valores podem ser apresentados em kcal/kg para combustíveis sólidos ou líquidos e
em kcal/m3 para combustíveis gasosos.
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Poder Calorífico
queimadovolume)(oumassa
Q gerado
=PC
Poder Calorífico a Pressão Constante (PCp)
É a quantidade de calor liberada na combustão que se processa a pressão constante
(ambiente aberto).
Poder Calorífico a Volume Constante (PCv)
É a quantidade de calor liberada na combustão que se processa a volume constante
(ambiente fechado).
PCv > PCp
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Poder Calorífico
 Em função do estado físico que se encontra a água presente nos fumos da combustão, define-se
ainda:
 Poder Calorífico Superior (PCS): Obtido quando resfriamos os fumos da combustão até a
temperatura ambiente. Dessa forma, ocorre a condensação do vapor de água, e a quantidade
de calor medida inclui o CALOR DE CONDENSAÇÃO DA ÁGUA.
 Poder Calorífico Inferior (PCI): Pode ser obtido deduzindo-se do valor do poder calorífico
superior, a quantidade de calor relativa à condensação do vapor de água. Tudo se passa como se
a medida de quantidade de calor fosse feita, deixando a água presente nos fumos, sair do
sistema na forma de vapor.
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Poder Calorífico – Fórmulas de Dulong
 Permite calcular, de forma estimativa, o Poder Calorífico Superior (PCS) e o Poder Calorífico
Inferior (PCI) de combustíveis, conhecendo-se a composição percentual em massa dos mesmos.
PCS = 81,4 (C) + 345 (H - O/8) + 25 (S)
PCI = 81,4 (C) + 290 (H - O/8) + 25 (S) − 6 (H2O)
ÁGUA DO COMBUSTÍVEL
H2Oc + Umidade
PARCELA DE 
ÁGUA FORMADA
QUE SERÁ
EVAPORADA
HIDROGÊNIO LIVRE
HL = HT – mO2/8
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Exercício
Um carvão mineral apresentou a seguinte composição em 1000 gramas:
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre Umidade Cinzas
578g 86g 56g 48g 76g 156g
Dados: mH2Oc = 63g
Pede-se:
a) Calcular o PCS e o PCI desse carvão pelas fórmulas de Dulong.
PCS = 81,4 (C) + 345 (H - O/8) + 25 (S)
PCI = 81,4 (C) + 290 (H - O/8) + 25 (S) − 6 (H2O)
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Exercício
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre H2Oc Umidade Cinzas
578g 86g 56g 48g 63g 76g 156g
57,8% 8,6% 5,6% 4,8% 6,3% 7,6% 15,6%
Percentuais:
PCS = 81,4 (57,8) + 345 (8,6- 5,6/8) + 25 (4,8) = 7.550 kcal/kg
(H2O) = 6,3 + 7,6 = 13,9 %
PCI = 81,4 (57,8) + 290 (8,6 – 5,6/8) + 25 (4,8) − 6 (13,9) = 7.033 kcal/kg
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Poder Calorífico – Fórmulas de Dulong Coeficiente Desenvolvido
 Permite calcular, de forma estimativa, o Poder Calorífico Superior (PCS) e o Poder Calorífico
Inferior (PCI) de combustíveis, conhecendo-se a a fração mássica (%P/100) dos mesmos.
PCS = 8.070 (C) + 34.550 (H - O/8) + 2.248 (S)
PCI = 8.070 (C) + 29.000 (H - O/8) + 2.248 (S) − 600 (H2O)
ÁGUA DO COMBUSTÍVEL
H2Oc + Umidade
PARCELA DE 
ÁGUA FORMADA
QUE SERÁ
EVAPORADA
HIDROGÊNIO LIVRE
HL = HT – mO2/8
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Exercício
Um carvão mineral apresentou a seguinte composição em 1000 gramas:
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre Umidade Cinzas
578g 86g 56g 48g 76g 156g
PCS = 8.070 (C) + 34.550 (H - O/8) + 2.248 (S)
PCI = 8.070 (C) + 29.000 (H - O/8) + 2.248 (S) − 600 (H2O)
Dados: mH2Oc = 63g
Pede-se:
a) Calcular o PCS e o PCI desse carvão pelas fórmulas de Dulong com coeficiente
desenvolvido.
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Exercício
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre H2Oc Umidade Cinzas
578g 86g 56g 48g 63g 76g 156g
0,578 0,086 0,056 0,048 0,063 0,076 0,156
Frações Mássicas:
57,8% 8,6% 5,6% 4,8% 6,3% 7,6% 15,6%
Percentuais:
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Exercício
Um carvão mineral apresentou a seguinte composição em 1000 gramas:
Carbono Hidrogênio Oxigênio Enxofre H2Oc Umidade Cinzas
578g 86g 56g 48g 63g 76g 156g
PCS=8070x(0,578) + 34550x(0,086 – 0,056/8) + 2248x(0,048) = 7.502 kcal/kg
(H2O) = 0,063 + 0,076 = 0,139
PCI=8070x(0,578) + 29000x(0,086–0,056/8) + 2248x(0,048) – 600x(0,139) = 6.980 kcal/kg
0,578 0,086 0,056 0,048 0,063 0,076 0,156
Frações Mássicas:
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Fim