Apostila de caldeiras

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Faculdade de Engenharia Mecânica 
 
UNICAMP 
 
 
 
 
EM 722/ES606 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GERAÇÃO, DISTRIBUIÇÃO E 
UTILIZAÇÃO DE VAPOR 
 
 
 
 
 
 
 
 
Apostila de Curso 
 
 
 
 
 
 
 
Profº Waldir A. Bizzo 
 
 
1º sem/2003 
EM 722 Aulas ministradas pelo prof. Caio Sánchez 
ES 606 Aulas ministradas pelo prof. Waldir Bizzo 
EM 722 - Geração, Distribuição e Utilização de Vapor Profº Waldir A. Bizzo 
 
 
 
 
 
 
 Apresentação: 
 
 
 
 Esta apostila foi elaborada para utilização como notas de aula do 
curso EM 722 - Geração, Distribuição e Utilização de Vapor. Além do 
trabalho do professor, reúne e utiliza alguns textos e figuras 
emprestados da bibliografia abaixo. 
 
 
 
 
 Bibliografia: 
 
 Bazzo, E.,1992 "Geração de Vapor", Editora da UFSC, Florianópolis. 
 Pera, H., 1990, "Geradores de Vapor", Editora Fama, São Paulo. 
 Babcock&Wilcox Co., 1978, "Steam, its Generation and Use", N.York. 
 Telles, P.C.S.,1982, "Tubulações Industriais", Livros Técnicos e 
Científicos, R.Janeiro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ÍNDICE: 
 
 
cap. 1 - Combustão....................................... 1 
 2 - Combustíveis.................................... 18 
 3 - Queimadores..................................... 41 
 4 - Geradores de Vapor.............................. 66 
 5 - Cálculo Térmico e Fluidomecânico de Caldeiras... 81 
 6 - Segurança na Operação de Geradores de Vapor..... 95 
 7 - Distribuição de Energia Térmica................. 100 
 8 - Aquecedores..................................... 120 
 9 - Eficiência de Geradores de Vapor................ 128 
EM 722 - Geração, Distribuição e Utilização de Vapor Profº Waldir A. Bizzo 
 
1 
 
cap. I - COMBUSTÃO 
 
 
 
 
 Reações de combustão são reações químicas que envolvem a oxidação 
completa de um combustível. Materiais ou compostos são considerados 
combustíveis industriais quando sua oxidação pode ser feita com liberação 
de energia suficiente para aproveitamento industrial. 
 Os principais elementos químicos que constituem um combustível são 
Carbono, Hidrogênio e em alguns casos, Enxôfre. Estes elementos reagem 
com oxigênio, e na sua forma pura apresentam a seguinte liberação de 
calor: 
 
 
C O CO
H O H O
S O SO
+ → −
+ → −
+ → −
2 2
2
1
2 2 2
2 2
393.500 kj / kmol
241.800 kj / kmol
29.300 kj / kmol
 
 
 
 
 
1.1 - Composição típica dos combustíveis 
 
 
 A maior parte dos combustíveis fósseis são hidrocarbonetos, e as 
composições típicas são de: carbono, hidrogênio e oxigênio. Combustíveis 
vegetais, produtos de madeira e refugo (bagaço, serragem, cascas, etc.) 
são carboidratos que contém 1/2 átomo de oxigênio para cada atomo de 
hidrogenio. Seus produtos de combustão são similares aqueles dos 
hidrocarbonetos ( CO2 e H2O) mas a energia liberada durante a combustão é 
comparativamente menor. 
 
 
 
Tabela 1.1 - Composição típica de alguns combustíveis 
 C H O N,S,etc. 
Gás Natural ~75 ~25 - - 
Petróleo 84~86 11~14 0~3 0~5 
Carvão 
Mineral 78~95 ~7 1~15 1~5 
Lenha 49 6 43 ~1 
 
 
 
1.2 - Análise dos combustíveis 
 
 Os combustíveis gasosos são usualmente misturas de gases que podem 
ser identificados individualmente. Combustíveis líquidos destilados tais 
como a gasolina ou o querosene também são misturas de hidrocarbonetos 
simples que podem ser separados e identificados. Carvões, óleos 
combustíveis residuais e combustíveis vegetais têm estruturas complexas, 
difíceis de se reduzir a componentes individuais. No entanto, para a 
maior parte de nossos propósitos a análise ELEMENTAR do combustível é 
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2 
tudo o que é preciso. Dada a análise elementar de um combustível em 
termos de C, H, O, S, etc., é possível calcular-se o requisito teórico de 
ar e a quantidade e composição dos produtos de combustão. 
 
 
 
1.3 - Estequiometria da combustão 
 
 
 A maioria dos processos industrias de combustão utiliza o ar 
ambiente como fonte de fornecimento de oxigênio para a combustão. O 
conhecimento das necessidades de ar para combustão, bem como da 
composição e volume dos produtos de combustão é fundamental para o 
projeto e contrôle de equipamentos de combustão. A estequiometria 
química nos fornece os principais dados necessários aos cálculos de 
combustão. 
 
 Os pêsos atômicos dos principais elementos envolvidos em combustão, 
bem como a composição do ar ambiente encontram-se na tabela abaixo: 
 
 
 
Elemento em massa em volume Elemento Peso Atômico 
oxigênio 23,2% 21% Carbono 12 
nitrogênio 76,8% 79% Hidrogênio 1 
 Oxigênio 16 
 Nitrogênio 14 
 Enxôfre 32 
 
 
 
 Sabe-se que alguns dos números acima requerem correção decimal. Os 
erros são pequenos e podem ser ignorados em grande parte se tomados no 
contexto da precisão das medições industriais comuns. 
 
 
 O peso molecular de um material é a soma dos pesos atômicos que o 
constituem. Por exemplo, o peso molecular do monóxido de carbono, CO, é: 
 12 + 16 = 28 
 
da água, H2O, é: 
 2 + 16 = 18, e assim por diante. 
 
 Não existem unidades comuns, mas uma unidade prática é a molécula-
grama, ou grama-mol, escrita normalmente como gmol, que é em efeito, o 
peso molecular expresso em gramas. Assim a molécula grama, ou o gmol do 
monóxido de carbono pesa 28 gramas. Análogamente pode ser utilizado a 
molécula-quilograma, o kgmol, ou a molécula-libra, o lbmol, o equivalente 
no sistema inglês. 
 
 Se uma reação for escrita em forma molecular, ela pode ser tomada 
para representar as quantidades relativas de reagentes em termos destas 
unidades práticas, por exemplo: 
 
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3 
 C + O2 -> CO2 
 
 
é uma equação que indica o que acontece quando um átomo de carbono e uma 
molécula de oxigênio reagem completamente. Em termos práticos ela 
estabelece que 1 kmol de carbono reage com 1 kmol de oxigênio para 
formar, no final, 1 kmol de dióxido de carbono. A utilização de pesos 
atômicos ou moleculares para os elementos vai se tornar evidente quando 
os cálculos acima forem estudados. Os pesos atômicos são usados para 
elementos que são gasosos em CNTP. Para produtos e combustíveis gasosos, 
esta prática pode ser levada um estágio adiante. A teoria de Avogadro 
estabelece, na verdade, que volumes iguais de gases diferentes sob as 
mesmas condições contém um número igual de moléculas de gás. Por exemplo, 
1 metro cúbico de nitrogênio em CNTP contém tantas moléculas de 
nitrogênio quanto 1 metro cúbico de dióxido de carbono contém de 
moléculas de dióxido de carbono a CNTP. Segue-se que a reação molecular, 
quando escrita para combustíveis gasosos, não só indica a reação e os 
produtos em termos de moléculas-kg mas também em termos de volumes. Por 
exemplo, se o metano queima com oxigênio e reage completamente com tudo 
permanecendo em estado gasoso e sendo medido sob as mesmas condições de 
pressão e de temperatura, temos: 
 
 
CH O CO H O4 2 2 22 2+ → +
1 kmol 2 kmol 1 kmol 2 kmol
1 volume 2 volumes 1 volume 2 volumes
 
 
 
 
 Os requisitos de energia da grande maioria dos processos 
industriais são obtidos originalmente de combustíveis convencionais 
através de uma complexa cadeia de reações denominada combustão. 
Felizmente para a maioria das aplicações, esta situação de combustão 
potencialmente complicada pode ser reduzida a uma consideração sobre os 
materiais de partida - combustível mais oxigênio, normalmente comoum 
componente do ar - e os produtos finais. Tal simplificação facilita por 
exemplo o cálculo do ar ou do oxigênio necessário para um combustível, o 
desprendimento potencial de calor e temperatura e a composição ideal dos 
produtos gasosos de combustão produzido. Este último ponto é útil ao 
inverso, em que uma comparação da composição real de gás de combustão com 
a composição ideal indica o rendimento do processo de combustão. 
 
 
 
1.4 - Cálculo da proporção teórica de Ar/combustível 
 
 Qualquer combustível convencional requer, de acordo com sua 
composição, uma quantidade específica e calculável de oxigênio (e 
portanto de ar, uma vez que este é o agente comum de fornecimento) para 
atingir teoricamente uma reação completa. Menos do que essa quantidade 
vai produzir combustão incompleta e portanto perda de calor potencial. 
Mais do que essa quantidade, gera perdas excessivas de gás de combustão e 
da temperatura. Na prática, um pouco mais do que a quantidade teórica é 
usada por razões posteriormente explicadas. Para um material simples tal 
como o metano, constituinte principal do gás natural, pode ser escrita a 
equação de combustão: 
 
 
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4 
( ) ( )modificado não ar, do 2ar do 2 222224 NOHCONOCH ++→++ 
 
 
A rigor, o fenômeno da dissociação vai alterar um pouco esta reação. 
Isto, de fato, significa a separação de parte dos produtos da combustão 
em outros compostos que não sejam CO2 e H2O, e consequentemente a perda 
de calor, de acordo com as condições exatas de equilíbrio relacionadas às 
temperaturas, pressões e concentrações. A dissociação típica do dióxido 
de carbono é representada por: 
 
 2 22 2CO CO O→ + 
 
 
 Na maioria das condições industriais, a dissociação não está muito em 
evidência, e, apesar de sua importância ser reconhecida, ela não é levada 
em conta para os propósitos deste capítulo introdutório. As técnicas de 
cálculo estabelecidas estão disponíveis na literatura especializada. 
 Segue-se da equação que 1 Kgmol de metano requer 2 Kgmol de 
oxigênio para a reação teórica completa. Portanto, convertendo para uma 
base de massa, 16 Kg de metano requerem 64 Kg de oxigênio o que, uma vez 
que o ar contém 23,2% de oxigênio por peso, dá uma proporção teórica de 
ar/combustível de 17,25: 1. É visto que, em base de volume, 1 volume de 
metano requer 2 volumes de oxigênio de forma que a proporção volumétrica 
correspondente de ar/combustível é 9,53 : 1 . Tal mistura quimicamente 
correta é uma mistura estequiométrica. As situações em que uma equação 
exata pode ser escrita são poucas e são quase exclusivamente para 
combustíveis gasosos de composição conhecida ou determinada. Exatamente o 
mesmo procedimento pode ser seguido em qualquer caso onde equações exatas 
possam ser formuladas para os constituintes reativos, tomando-se os 
inertes como não-afetados e qualquer oxigênio livre na mistura original 
como disponível para a combustão. 
 
 
Exemplo 1.1: 
 
Determine a proporção estequiométrica de ar/combustível para o propano. 
 
 
 O balanceamento das equações é feito levando-se em conta a 
conservação da massa dos elementos químicos, ou seja, para um determinado 
elemento, carbono, por exemplo, o número de átomos que existirá nos 
produtos de combustão é o mesmo número de átomos dos reagentes. 
 
( ) 2222283 4376,3 NyOHCONOxHC ++→++ 
 
 
 A quantidade "x" é o número de moléculas de O2 necessários a 
combustão completa do propano. Como a combustão é feita, no caso, com ar 
atmosférico, para cada molécula de oxigênio do ar, é considerado 
obrigatóriamente 3,76 moléculas de nitrogênio (a relação de volumes entre 
os dois gases no ar atmosférico). A necessidade de oxigênio "x" é 
calculada fazendo-se o balanceamento dos átomos de oxigênio: 
 
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5 
 
( )
8,1876,3
5
4232
==
=
+×=
xy
x
x
 
 
 
 
 Isto significa que para cada mol de propano, ou cada volume de 
propano são necessários 5 volumes de oxigênio e consequentemente: 
 
 ( ) 8,2376,315 =+× volumes de ar atmosférico. 
 
 
 É conveniente para os combustíveis gasosos tomar-se uma base 
arbitrária de 100 volumes, metros cúbicos, ou qualquer unidade que seja 
apropriada. Para os constituintes ativos, as reações são escritas 
levando-se em conta o número de volumes presentes por 100 volumes da 
mistura. 
 A proporção estequiométrica de ar/combustível para esta mistura 
gasosa em uma base de volume é, então, 23,8 : 1. Uma vez que a relação 
entre volumes, moléculas e moléculas-Kg estejam bem estabelecidas é um 
problema fácil converter em base de massa. Não é necessário dizer que, 
todos os volumes relativos precisam ser medidos sob condições 
semelhantes. No exemplo acima, a relação ar/combustível em massa pode 
ser calculada com base nos pesos moleculares: 
 
 1 mol de propano pesa 44 kg e necessita 23,8 kmol de ar, que pesa 
686,4 kg, ou seja, a relação A/C em massa é 15,6 : 1. 
 
 
 A massa de ar necessária foi calculada multiplicando-se diretamente 
o índice "x" pelos pesos moleculares do oxigênio e nitrogênio, levando-se 
em conta a sua devida proporção: 
 
 
( ) ( )
22
4,6862876,35325
NO
=××+×
 
 
 
 
 Para a maioria dos combustíveis sólidos e líquidos, tais equações 
exatas não são possíveis devido à complexidade delas e em alguns casos, 
devido à sua composição indeterminada. No entanto, uma simplificação pode 
ser aplicada de tal forma que a análise química básica (quantidade de 
elementos constituintes) possa ser avaliada, não fazendo nenhuma 
referência, qualquer que seja, ao modo pelo qual esses elementos são 
combinados no combustível. Para combustão completa, as exigências de 
peso líquido de oxigênio são obviamente as mesmas e assume-se que 
qualquer oxigênio no combustível está disponível para reação. A posição 
provável para tal oxigênio é que ele tenha combinado com a estrutura dos 
combustíveis, tendo assim o mesmo resultado final.A análise básica é 
comumente determinada em base gravimétrica ou de peso e usada com 
referência a Kgmol. O modo de aplicação é ilustrado melhor pelo exemplo. 
 
 
Exemplo 1.2 : 
 
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6 
 Uma amostra de querosene tem uma análise básica de 86% de carbono 
e 14% de hidrogênio por peso. Determine a proporção estequiométrica de 
ar/combustível. 
 
 
 Tome uma base arbitrária de 100 Kg de querosene e converta a 
quantidade em massa de cada elemento em quantidade de kmol:
 
cada 100 kg de combustível possui: 
 86 kg de C, que corresponde a 86
12
 kgmol de C
 14 kg de H, que corresponde a 14
1
 kgmol de H
 
=
=
7 17
14
,
 
 
 
 a reação estequiométrica pode ser escrita, fazendo-se o devido 
balanceamento: 
 
 
( )
6,14
100
1464,8
:massa em A/C relação
kg 8,14642876,367,103267,10
:necessáriaar de massa
67,10
7217,72
717,776,31417,7 22222
=
=××+×
=
+×=
++→+++
x
x
yNOHCONOxHC
 
 Assim a proporção estequiométrica de ar/combustível, Kg/Kg é 
14,6:1. Observe que nenhuma referência, qualquer que seja, é feita à 
maneira em que o carbono e o hidrogênio são ou podem estar combinados no 
querosene. Um exemplo a mais ilustra o tratamento dos materiais inertes e 
do oxigênio composto. 
 
 
Exemplo 1.3 : 
 
 Um combustível fóssil tem uma composição em peso de: 
 
Carbono, 72,0%; Hidrogênio, 14,0%, Oxigênio, 8,0%; Nitrogênio, 2,8%; 
Enxofre, 3,2%. 
 
 Determine a proporção estequiométrica de ar/combustível. 
 
 
 C H O N S 
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7 
massa do constituinte, 
kg/100 kg de combustível 72 14 8 2,8 3,2 
kgmol de cada 6,0 14,0 0,5 0,2 0,1 
 
 
 a equação estequiométrica fica: 
 
 
( )
8,12
100
1283,6
:massa em A/C relação
kg 1283,6=283,769,35+329,35
:necessáriaar de massa
35,9
21,07265,02
1,07676,31,02,05,0146 222222
=
×××
=
×++×=+
+++→++++++
x
x
yNSOOHCONOxSNOHC
 
 A proporção estequiométrica de ar/combustível em base de peso é 
12,8:1. Observe que se assume que o conteúdo de enxofre está convertido 
em dióxido de enxofre. Se um cálculo for feito para incluir uma 
quantidade de ar em excesso, o procedimento é como o de cima, com um 
fator de excesso sendo introduzido na última etapa. 
 
 Vamos definir aqui o coeficiente de excesso de ar ϕϕϕϕ como a relação 
entre o nº de moles realmente utilizado na combustão e o nº de moles 
estequiométricamente necessário: 
 
 
2
2
2
2
esteqO
realO
esteqOmol
realOmol
m
m
n
n
&
&
==
−
−ϕ 
 
 
 Por exemplo, se este combustível fosse queimado com 20% de excesso 
de ar, então a proporção de trabalho de ar/combustível é 1,20 vezes a 
proporção estequiométrica. A proporção ar/combustível com 20% de excesso 
de ar = 12,8 x 1,20 = 15,36 : 1. Quando um combustível contém cinza ou 
umidade, estas podem ser tratadas como constituintes inertes para 
aparecerem como tais nos produtos finais da combustão. Os principios 
utilizados nestes exemplos podem ser aplicados com igual facilidade a 
todos os combustíveis. 
 
 
1.5 - Avaliação do rendimento da combustão 
 
 Se a composição do combustível e a composição dos produtos de sua 
combustão são medidos, o rendimento da combustão pode ser calculado. A 
quantidade teórica de ar (ou oxigênio) para combustão completa e a 
composição estequiométrica dos produtos combustíveis são calculados e 
comparados com a composição real obtida pela análise dos gases de 
combustão; isto pode mostrar: 
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8 
 a) que quantidade de calor está sendo desperdiçada em aquecer 
quantidades excessivas de gases de combustão; isto quer dizer que está 
sendo usado mais ar que o necessário. (Na prática um pequeno excesso 
sobre o ar estequiométrico é necessário para assegurar uma completa 
combustão). 
 b) Se parte do combustível está escapando da região de combustão 
sem estar completamente queimado. Isto é demostrado pela presença de CO, 
fuligem, combustível não queimado e possivelmente hidrogênio nos produtos 
combustíveis. 
 
 
 A análise dos gases de combustão ou de gases perdidos dos processos 
de combustão é comumente relatada em base sêca de volume, isto é, sem 
referência à água no gás. Uma grande variedade de equipamentos para 
análise do gás é usada, desde os tipos simples de aparelhos, Orsat e 
Fyrit aos mais sofisticados aparelhos contínuos. O valor da análise do 
gás de combustão reside na informação que tal análise é capaz de 
proporcionar e na interpretação posta em tal informação. Como foi 
observado previamente, um combustível específico requer uma quantidade 
específica de ar para a combustão completa teórica, com alguma quantidade 
adicional para atingir praticamente a combustão completa. Abaixo desta 
quantidade prática, que é uma função do tipo de combustível, do 
rendimento do queimador e das condições de combustão, é desperdiçado 
combustível e esta condição pode ser reconhecida pelo aparecimento de 
quantidades excessivas de monóxido de carbono no gás de combustão, um 
pouco antes da produção da fumaça prêta (fuligem). Acima desta 
quantidade, o calor é perdido junto com quantidades excessivas de gás de 
combustão e é reconhecido pela grande quantidade de oxigênio no gás de 
combustão. A aplicação do bom senso ao interpretar a análise do gás de 
combustão pode levar, por exemplo, à descoberta de deficiências no 
processo de combustão, vazamento no forno ou no sistema condutor e 
inconsistências na análise e especificação do combustível. 
 
 
 
1.6 - Teor de CO2 no gás de exaustão 
 
 A medida do teor de CO2 no gás de exaustão seco (uma medição simples 
e comum) dá uma medida útil do rendimento da combustão de um determinado 
combustível. A proporção máxima de CO2 nos produtos de combustão será 
encontrada quando a relação ar/combustível for estequiométrica, figura 
1.1. Observemos que em relações abaixo da estequiométrica, o teor de CO2 
também cai, porém há o aparecimento de monóxido de carbono. 
 
 
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9 
 
 
Fig. 1.1 - Teor de CO2 no gás de exaustão 
 
 
 
 Na prática as concentrações de CO2 devem ser mais baixas que a 
estequiométrica pela necessidade de se usar ar em excesso a fim de se 
atingir a combustão completa. A quantidade de excesso de ar necessária 
decresce com o aumento da capacidade e com o rendimento maior no 
equipamento de combustão. Valores típicos são: 
 
 Gases: 0 a 10% 
 Líquidos: 2 a 30% 
 Sólidos: > 50% 
 
 
 
1.7 - Determinação da Análise Teórica do Gás de Combustão 
 
 Uma vez que, segundo a Lei de Avogadro, o Kgmol e o volume são 
numericamente parâmetros permutáveis sob condições adequadas, a 
determinação das proporções de ar/combustível está encaminhada a partir 
dos produtos da análise teórica do gás de combustão. A qualificação 
teórica está assinalada aqui porque, devido a pontos práticos observados 
anteriormente, algumas diferenças podem ser encontradas entre a análise 
real do gás e a proposta nas mesmas condições iniciais. Então, a análise 
teórica indica a situação ideal, e quando mais perto a análise prática 
estiver desta tanto melhor. Para qualquer instalação que utiliza 
combustível, a experiência vai ditar o limite desta aproximação. Para 
combustíveis gasosos, a estimativa da análise do gás de combustão é um 
cálculo feito diretamente em base volumétrica. Suponha que o metano seja 
queimado completamente com sua quantidade estequiómetrica de ar: 
 
 
CH O N CO H O N4 2 2 2 2 22 7 52 2 7 52+ + → + +, , (do ar) (sem modificar) 
 
 
 Nos gases de combustão secos, portanto, existe 1 volume de CO2 para 
7,52 volumes de N2. Isto dá um conteúdo de dióxido de carbono (talvez o 
ítem mais utilizado em tais análises) de 11,73%. Um gráfico com o 
conteúdo de CO2 no gás de combustão e com a relação ar/combustível vai 
mostrar um pico teórico na condição estequiométrica, daí a importância 
deste item para o rendimento total e como uma indicação das condições de 
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10 
operação.Quando é fornecido ar em excesso, o ar excedente passa através 
do sistema, inalterado. Isto é uma extensão do cálculo acima para uma 
mistura gasosa e será apreciado através de um exame do seguinte exemplo 
de análise de gás. 
 
 
Exemplo 1.4: 
 
 
 Um gás de composição: 
 
 C3H8 CO H2 N2 CO2 O2 
 20 25 30 10 10 5 %, 
 
em volume, é queimado com 20% de excesso de ar. Determine a análise do 
gás de combustão sêco. 
 
 
Balanço estequiométrico: 
 
 
 
( )
83,5
100
583,1
:tricaestequiomé ívelar/combust relação
583,1=3,76122,5+122,5 :necessárioar de volume
5,122
11095225210225
:oxigênio de balanço
1109576,351010302520 22222222283
=
×
=
+×=+×+×+
++→+++++++
x
x
yNOHCONOxOCONHCOHC
 
 
 Foi mostrado que 100 volumes deste gás requer 122,5 volumes de 
oxigênio, ou 583 volumes de ar atmosférico. Dessa forma, 20% de excesso 
significa que 24,5 volumes extra de oxigênio são fornecidos, para ir 
através do sistema sem se alterar. Associado a este total de 147 volumes 
de oxigênio, haverá 553 volumes de nitrogênio para se acrescentar aos 100 
de combustível.A composição em volumes dos produtos de combustão, 
incluídos o excesso de ar fica: 
 
 
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11 
95 110 552 7 24 5
95 552 7 24 5 672 2
0 141
0 036
0 823
0 121
0 140
0 031
0 706
2 2 2 2
24 5
672 2
552 7
672 2
95
782 2
110
782 2
24 5
782 2
552 7
782 2
CO H O N O+ + +
+ + =
=
=
=
=
=
=
=
, ,
, , ,
: ,
: ,
: ,
: ,
: ,
: ,
: ,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
volume total dos gases secos: 
composição dos gases secos:
 CO 
 O
 N
volume total dos gases úmidos: 95 + 110 + 552,7 + 24,5 = 782,2
composição dos gases úmidos:
 CO
 H O
 O
 N
2
95
672,2
2
2
2
2
2
2
 
 
 
 
Exemplo 1.5 : 
 
 Metano é queimado com uma deficiência de 5% de ar estequiométrico. 
Calcule a análise do gás de combustão. 
 
 
 Estequiométricamente, a combustão completa de metano com ar pode 
ser representada como antes: 
 
 
 ( ) 222224 52,7276,32 NOHCONOCH ++→++ 
 
 
 
e com uma deficiência de de ar de 5%: 
 
 
 ( ) 222224 14,776,39,1 NOHcCObCOaNOCH +++→++ 
 
 É assumido que a oxidação do hidrogênio do combustível é 
inicialmente completada, sua reação pode ser representada como: 
 
 
 H O H O4 2 22+ → 
 
 Portanto sobram 0,9 O2 para oxidação de 1 C, representada em 2 
etapas: 
 
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12 
 
C O CO O
CO O CO CO
+ → +
+ → +
0 9 0 4
0 4 0 8 0 2
2 2
2 2
, ,
, , ,
 
 
 
 Assim a=0,8 e b=0,2, de forma que toda a equação é: 
 
 
 
CH O N CO H O N4 2 2 2 2 21 90 7 14 0 8 2 7 14+ + → + +, , , , 
 
 
 Um processo semelhante pode ser aplicado a combustíveis mais 
complexos mas precisa-se lembrar que esta simples aproximação tem 
limitações específicas. 
 
 
 
1.8 - Determinação da Quantidade do Excesso de Ar da Análise do Gás de 
Combustão 
 
 
 O uso da análise de gás de combustão para determinar a quantidade 
de ar excedente, se intencionalmente fornecido para a integridade da 
combustão ou se involuntariamente fornecido através de vazamento, 
consiste essencialmente em fazer os cálculos anteriores ao inverso e 
equilibrar os elementos que entram no processo com aqueles que saem. 
Esses equilíbrios dos elementos é necessário, uma vez que as análises são 
usualmente apresentadas em percentagens, e não em quantidades absolutas. 
Alguns exemplos vão demonstrar a aproximação utilizada. 
 
 
Exemplo 1.6 : 
 
 O metano é queimado com excesso de ar e dá uma análise de gás de 
combustão seco de: 
 
CO2 9,15%, O2 4,58%, N2 86,27 % por volume (ou kmol/100 kmol). 
 
Calcule a quantidade de ar excedente utilizada. 
 
 
 
 Reescrevemos agora a equação da combustão do metano incluído o 
coeficiente de excesso de ar: 
 
 
 ( ) ( ) 2222224 52,721276,32 NOOHCONOCH ϕϕϕ +−++→++ 
 
 
 
 
 Observe que o oxigênio estequiométricamente excedente, bem como o 
nitrogênio associado sai junto com os produtos da combustão, compondo 
assim a massa total dos gases na saída. Para cada kmol de metano 
queimado nestas condições, é produzido um total de : 
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13 
 
( )
( ) secos combustão de produtos de kmol 152,952,721-+1
ou úmido, combustão de produtos de kmol 52,9152,72121
−=+
+=+−++
ϕϕϕ
ϕϕϕ
 
 
 
 
 Se a concentração de CO2 é de 9,15% nos gases secos, é possível 
determinar o coeficiente de excesso de ar: 
 
 0 0915 1
9 52 1
1 25,
,
,=
−
⇒ =
ϕ
ϕ 
 
 
 Quando a combustão foi incompleta e algum monóxido de carbono foi 
produzido, o cálculo de ar excedente precisa levar isto em conta e fazer 
concessão ao oxigênio presente no gás de combustão, que pertence ao 
monóxido de carbono. O aparecimento de monóxido de carbono, devido à 
combustão incompleta, num gás de combustão em que ar excedente é 
utilizado, não é prontamente previsível mas o efeito de sua presença é 
visto na análise do gás. 
 
 
 
Exemplo 1.7 : 
 
 
Um combustível de composição 
 
 C H O N S Cinzas 
 
 72,0 8,4 8,0 2,8 3,2 5,6 
 (porcentagem em massa) 
 
 
produz uma análise de gás de combustão sêco de: 
 
 
 CO2 O2 CO N2 
 
 12,0 5,0 1,2 por diferença 
 (porcentagem em volume) 
 
e o resíduo sólido da combustão contém 25% de carbono. Determine a 
quantidade de ar excedente que é fornecida. 
 
 
 Existem três etapas para resolver neste cálculo: 
(1) Calcular as exigências teóricas de ar; 
(2) Fazer o balanceamento do carbono, determinando assim a parcela de 
carbono que queimou esaiu com os produtos de combustão, por unidade de 
combustível queimado. 
(3) Fazer o balanço de oxigênio, considerando a devida proporção entre 
CO2 e CO e O2. 
 
 
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14 
1ª etapa: 
 
 partindo de l00 kg de combustível, incluso as cinzas, já calculamos 
diretamente o nº de kmol de cada elemento: 
 
( )
95,721,02,42625,0
76,31,02,4676,31,02,05,04,86 222222
=⇒×++×=+
+++→++++++
xx
NxSOOHCONOxSNOHC
 
 
 
 
exigência de oxigênio = 7,95 Kg.mol/100 Kg de combustível 
 
 
2ª etapa: 
 
Para 100 kg de combustível existem 72,0 Kg de carbono. O resíduo sólido 
da combustão contém a cinza indicada na análise mais carbono não queimado 
(25%). O resíduo total é assim 5,6 de cinza mais 1,87 Kg de C. A quantia 
de C queimado é dessa forma, 5,84 Kg.mol (72 kg - 1,87 kg). 
( )
( )
21,231,54167,04167,0
12
5
%
%
cinzas) (nas16,02,095,776,31,02,453,031,5
76,395,71,02,05,04,86
2
2
22222
22
=×=⇒==
++×+++++
→++++++
z
CO
O
CNzOSOOHCOCO
NOSNOHC
ϕ
ϕ
 
 
 
 
Observe que foi descontado o parcela de carbono que não queimou, e foi 
mantido a relação CO2/CO, possibilitando o balanceamento correto da 
equação e o cálculo do coeficiente z, relativo ao O2, pela relação O2/CO2. 
 
 
 
 
 
3º etapa: 
( )
20,1
35,8892,29
5,31=0,12
:calculado éar de excesso de ecoeficient o 12%, a igual CO de teor o sendo
35,8892,292,095,776,3,212+0,1+0,53+5,31
:é produzido seco gases de total volumeo
2
=⇒
+
+=+×+
ϕ
ϕ
ϕϕ
 
 
 
 A avaliação do excesso de ar assume combustão completa, e portanto 
o excesso precisa ser relatado nesta base. A determinação de ϕ acusou um 
excesso de 20,0%. 
 O Oxigênio em excesso é devido a somatória das parcelas de oxigênio 
oriundos do próprio ar em excesso fornecido, de oxigênio devido ao 
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15 
Carbono que não queimou e apareceu nos residuos de cinzas, e de oxigênio 
devido a formação de monóxido de carbono, que não foi oxidado 
completamente em CO2. 
 
 
 
 A importância dos cálculos de combustão em circustâncias 
industriais usuais foi mostrada e os exemplos escolhidos aqui não 
pretendiam somente mostrar o processo de cálculo mas salientar alguns 
pontos assinalados. Não está implícito que o método de cálculo 
demonstrado aqui seja o único método ou mesmo o melhor, mas é um enfoque 
dos princípios básicos, e como tal, é flexível e amplamente aplicável. 
Existem situações aqui minimizadas para maior clareza, nas quais os 
cálculos necessários são muitos, e muito mais sofisticados, como por 
exemplo, os processos de altas temperaturas onde os efeitos da 
dissociação são mais importantes. Um enfoque de tais situações pode ser 
feito, fundamentado no método decálculo anterior. 
 
 
 
1.9 - Temperatura de Chama 
 
 
 Qualquer reação de combustão, na verdade qualquer reação química, 
pode ser geralmente representada pelo esquema: 
 
 
 
 reagentes (cadeia de reação)→ 
 
 produtos 
 
 Vamos apresentar isto simbolicamente como: 
 
 
 A + B → 
 
 C + D 
 
Na verdade, não vai haver nunca uma transformação completa de A e B para 
C e D. Antes, é atingida uma situação de equilíbrio, a qual deveria ser 
representada como: 
 
 
 A + B ←→ C + D 
 
 Naturalmente, são estabelecidas reações para se atingir os 
produtos, de forma que na maioria das circustâncias usuais o equilíbrio é 
muito mais para a direita, com C e D predominando. No entanto, se os 
intrumentos analíticos são bons o bastante, os traços de A e B serão 
detectados qualquer que sejam as circustâncias. Também, como a reação é 
uma cadeia de reações, podemos esperar encontrar traços dos materiais de 
cadeia. 
 
 Os fatores que controlam o grau de dissociação para qualquer reação 
dada (isto é, a posição de equilíbrio) são: temperatura, pressão e 
concentração. O princípio de Le Chatelier diz que se uma variável que 
afeta o equilíbrio de um sistema é modificada, então a posição de 
equilíbrio é deslocada para se opor à mudança. 
 
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16 
 Para efeito de cálculos de combustão industrial, onde os níveis de 
temperatura são usuais até um máximo de 1500 ~1600 K, a dissociação 
assume pouca ou nenhuma importância. A dissociação do CO começa a ser 
detectada por volta de 2000 K, e apresenta-se como um caso particular dos 
processos gerais de combustão e não será aqui tratada em detalhes. Os 
príncipios gerais da dissociação são encontrados na literatura de 
cinética química e sua aplicação específica em combustão é necessária 
quando a combustão é uma parte de um processo e determina sua 
eficiência, tais como nos processos de incineração térmica, na 
gaseificação de carvão e lenha, ou na fabricação de combustíveis 
sintéticos. 
 
 
 
1.10 - Medição do rendimento de combustão 
 
 
 Para se calcular o rendimento de calor útil de um sistema de 
combustão é necessário saber o Poder calorífico do combustível, a relação 
ar ( ou oxigênio) /combustível e o grau de complexidade da combustão. 
 O Poder Calorífico de um combustível é definido como a quantidade 
de calor desprendido pela combustão completa do combustível. Se esta 
quantidade de calor é medida com os produtos de combustão saindo 
completamente na fase gasosa, este é denominado Poder Calorífico 
Inferior. Se, por outro lado, a água nos produtos de combustão for 
considerada na fase líquida, ou seja, com o produtos de combustão à 
temperatura ambiente, o calor desprendido é denominado Poder Calorífico 
Superior. A diferença entre os dois valores é exatamente a entalpia de 
vaporização da água formada na combustão do hidrogênio constituinte e da 
água presente no combustível na forma de umidade: 
 
 
 
( )
sêco) lcombustíve de kg / OH (kg lcombustíve no umidade de teor 
(kg/kg) lcombustíve do teconstituin hidrogênio de teor 
(kj/kg)Superior CaloríficoPoder 
(kJ/kg)Inferior CaloríficoPoder 
:onde
92440
2:u 
:h 
:PCs 
:PCi 
uhPCsPCi +−=
 
 
 
 
 As medições de Poder Calorífico em laboratório são realizadas em 
bomba calorimétrica com temperatura do meio controlada próximo a 
temperatura ambiente, e o valor obtido é sempre o Poder Calorífico 
Superior. A avaliação do PCI é feita através da equação acima, e 
portanto deve ser conhecida o teor de hidrogênio do combustível, ou pelo 
menos, estimado com alguma margem de segurança. A maioria dos processos 
industriais tem seus produtos de combustão exauridos a temperaturas onde 
a água está na forma de vapor, e por esta razão o conhecimento do Poder 
Calorífico Inferior é útil e facilita os cálculos de aproveitamento de 
calor. 
 
 
 
 
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17 
 
1.11 - Temperatura Adiabática de Chama 
 
 
 O desprendimento de calor proveniente da reação de combustão pode 
ser calculado conhecidos o Poder Calorífico do combustível e a taxa de 
consumo de combustível na fornalha. Se for assumido que todo o calor 
gerado é transformado em entalpia dos produtos de combustão, sem nenhuma 
perda de calor por radiação ao ambiente externo (uma situação, na 
prática, impossível) ou perda de temperatura por dissociação, é possível 
calcular a Temperatura Adiabática de Chama: 
 
 
 
( )
(K) combustão dear do entrada de ura temperat:
Chama)(K) de Adiabática aTemperaturcombustão( de gases dos saída de tura tempera
K) (kJ/kg combustão de gases dos EspecíficoCalor 
(kg/s) combustão de gases de massa 
(kJ/kg)Inferior CaloríficoPoder 
(kg/s) lcombustíve de consumo de taxa
:
 
ar
g
g
g
c
argggc
T 
:T 
:Cp 
:m 
:PCi 
:m 
onde
TTCpmPCim −= &&
 
 
 A temperatura Adiabática de Chama é uma abstração, pois nenhum 
processo real pode ser adiabático, e tanto mais difícil em altas 
temperaturas, geralmente produzidas em condições de chama. Além disso, a 
dissociação começa a se fazer sentir em temperaturas acima de 2000 K, 
e o calor desprendido tende a ser menor que o calculado. De qualquer 
maneira, o cálculo pode ser útil para efeito de comparação de potenciais 
de combustíveis para uma dada necessidade de calor e temperatura. 
Observe que no cálculo da massa de gases produzidos está implícito a 
relação ar/combustível, pois os produtos de combustão é a soma das massas 
do ar de combustão e do combustível consumido no processo. A temperatura 
adiabática de chama pode ser então calculada para uma massa unitária de 
combustível desde que se estabeleça a relação ar/combustível. 
 
 De modo inverso, conhecido a temperatura de saída dos gases de 
combustão, é possível calcular o calor recebido pelo processo de 
combustão, o qual será a diferença entre a entalpia dos gases à 
temperatura adiabática de chama e entalpia de saída dos produtos de 
combustão: 
 
 
 
( )
(K) fornalha na combustão de gases dos saída de ura temperat
(kJ/s) fornalha pela recebidocalor 
:onde
:Ts 
:Q 
TTsCpmPCimQ
g
argggc
&
&&& −−=
 
 
 
EXERCICIOS CAP. 1 
 
 
 
 Determine a composição dos produtos de combustão do bagaço de cana, queimando com 
100% de excesso de ar. Considere a composição elementar do bagaço semelhante a composição 
da lenha, porém com 50% de umidade (b.u.). 
 
 
 Caldeira queima 2000 kg/h de lenha com 20% umidade(b.u.) e a análise dos gases de 
combustão resultou em 8,7% CO2 (b.s.) e o resíduo sólido do cinzeiro tem 90% de carbono não 
queimado. Determine o excesso de ar real (b.u.). 
 
 
 Se os produtos de combustão tem temperatura de 180º C, qual deve ser a capacidade em 
m3/h do exaustor dos gases de combustão? 
 
 
 Determine a temperatura dos produtos de combustão saindo de uma fornalha., queimando 
GLP com 10% de excesso de ar, considerando que 50% do calor gerado é perdido por radiação. 
Assumir propriedades dos produtos de combustão iguais a do ar atmosférico. 
 
 
 Calcule a relação Ar/Combustível estequiométrica para combustão de Etanol hidratado 
(96ºGL). 
 
 
 Determine o teor de CO2 (b.s.) para combustão do etanol hidratado com 25% de excesso 
de ar. 
 
 
 Supondo apenas dissociação do CO2, qual deve ser o teor de CO (b.s.) para combustão do 
etanol hidratado com 3% de falta de ar? 
 
 
 Gás residual tem composição volumétrica Metano 82%, etano 8%, H2S 1%, CO2 5% e N2 
4%. Faça um gráfico do teor de CO2 (b.s.) nos produtos decombustão em função do excesso de 
ar. Determine o teor de SO2 com 5% de excesso de ar. 
 
 
 Carvão mineral tem composição C 67%, H 8%, S 7%, O 1,5%, cinzas 16,5 %. O 
equipamento de combustão será controlado por analisador contínuo de oxigênio cujo sensor deve 
ser instalado diretamente na saída dos produtos de combustão que tem temperatura média de 210 
ºC. Para controle computadorizado você deve estabelecer uma função do teor de O2 nos gases de 
chaminé em relação ao excesso de ar. Após a instalação e testes iniciais do sistema da questão 
anterior, o resíduo da combustão acusa um teor médio de 12% de carbono não queimado. A 
função estabelecida anteriormente ainda é valida? Se não, como corrigi-la? 
 
 
 Calcule a temperatura adiabática de chama a 10% de excesso de ar de uma mistura de 
composição volumétrica Metano 82%, etano 8%, H2S 1%, CO2 5% e N2 4%. , sem dissociação, 
dados os PCS: Metano 55.488, Etano 51.865, H2S 16.560 kJ/kg. 
 
 
 
 
 Uma câmara adiabática opera com metano, com relação estequiométrica, sendo que a 
concentração em massa de CO nos produtos de combustão é 5%. Determine a temperatura 
adiabática de chama na condição de operação. 
 
 
 Carvão mineral tem composição C 63%, H 9%, S 3%, O 1%, cinzas 24%. Determine a 
composição dos produtos de combustão base sêca, utilizando 60% de excesso de ar. A 
legislação do local onde está instalado o equipamento da questão anterior permite a emissão de 
dióxido de enxôfre em 3200 mg/Nm3 (base sêca). O equipamento está enquadrado na 
legislação? Qual seria o máximo teor de enxôfre do carvão que poderia ser utilizado nas 
condições da questão anterior, que ainda seria abaixo dos limites de emissão permitidos? 
 
 
 Escrever a reação de combustão do óleo combustível, com ar estequiométrico e com 30% 
de excesso de ar e determinar a concentração de CO2 e SO2 base seca. Considerar óleo com 
3,5% de enxôfre e densidade relativa 0,98. 
 
 
 Num forno de reaquecimento de lingotes, operando a 1250 ºC, supondo que todos os 
sistemas de combustão abaixo tenham a mesma características no que se refere a troca de calor 
por radiação ( mesma emissividade e fator de forma), escolha o sistema de combustão mais 
adequado para maior transferência de calor, justificando matematicamente: 
Combustível PCI (kcal/kg) A/C esteq Excesso de Ar 
óleo BTE 9.965 13,7 40% 
GLP 10.218 15,6 5% 
óleo diesel 10.250 14,6 15% 
 
 
 Uma câmara de combustão adiabática queima metano com relação A/C estequiométrica. 
Nos produtos de combustão estão presentes 5% CO (em volume). Determine a temperatura 
adiabática de chama. 
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 18 
 
cap. 2 - COMBUSTÍVEIS 
 
 
 Combustíveis para utilização em energia e aquecimento industrial 
apresentam características importantes tais como baixo custo por 
conteúdo energético, disponibilidade, facilidade de transporte e 
armazenamento, possibilidade de utilização dentro de tecnologias 
disponíveis, baixo custo operacional e de investimento, etc. Durante 
muitos anos, os derivados de petróleo preencheram a maioria destas 
características e se tornaram o tipo mais utilizado de combustível 
industrial. Nas décadas recentes, outros tipos de combustíveis tem sido 
utilizados e pesquisados, principalmente aqueles que produzem menor 
impacto ambiental que os combustíveis fósseis. 
 
 Do ponto de vista de origem, os combustíveis podem ser 
classificados como: fósseis (não renováveis) e vegetais (renováveis), 
representados pela tabela abaixo. 
 
Origem Combustível Básico Derivado 
 
 
 
FÓSSEIS 
Petróleo GLP 
Gasolina 
Óleo Diesel 
Óleo Combustível 
Óleos Residuais 
 Gás Natural 
 Xisto Betuminoso 
Carvões Minerais 
Gases manufaturados 
 Cana-de-açucar Bagaço de cana 
Alcool Etílico 
 
VEGETAIS 
Lenha Carvão Vegetal 
Gases manufaturados 
Metanol 
 Resíduos Vegetais Biogás 
 
 
 Quanto a utilização de combustíveis é conveniente classificá-los e 
estudá-los quanto a sua forma física: sólidos, líquidos ou gases. 
 
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 19 
 Composição dos combustíveis: 
 
 
 Os combustíveis industrias apresentam em sua composição alguns dos 
seguintes elementos ou compostos: 
 
 Carbono C 
 Hidrogênio H 
 Oxigênio O 
 Enxôfre S 
 Nitrogênio N 
 Água H2O 
 Cinzas (Z) 
 
 Carbono e hidrogênio são os elementos que mais contribuem para o 
poder calorífico dos combustíveis e oxigênio é geralmente presente em 
combustíveis vegetais, sendo que sua presença diminui o poder calorífico 
do combustíveis, bem como as exigências teóricas de ar de combustão. 
 Embora o enxôfre seja também combustível, este traz consequências 
prejudiciais ao meio ambiente e aos equipamentos: 
 - seu poder calorífico é menor que o carbono e hidrogênio 
 - Os produtos de combustão, SO2 e SO3, em presença de umidade formam 
ácido sulfúrico, que irá atacar as partes mais frias da instalação. 
H2SO4 é o principal causador de "chuva ácida", com consequências 
desastrosas ao meio ambiente. 
 - se a atmosfera da combustão for redutora, pode haver formação de 
H2S, ou outros compostos, que são perigosos e produzem mal cheiro. 
 O enxôfre nos combustíveis líquidos é enconrado na forma de 
mercaptanas (um radical R-S-H) ou também na forma de dissulfetos( 
radicais R-S-R). 
 
 Nitrogênio é responsável pela formação de diversos óxidos: N2O, NO e 
NO2, que são compostos de alta irritabilidade para as mucosas além de 
reagirem com o ozona da atmosfera (O3). 
 
 Outros elementos ocorrem eventualmente nos combustíveis em 
concentrações muito pequenas, porém de efeitos não menos importantes. Os 
metais são mais frequentes: Níquel, Vanádio, Cálcio, Sódio, Potássio e 
Manganês. 
 O vanádio forma um óxido: V2O5, que é catalizador da reação de 
formação de ácido sulfúrico, agravando as consequencias de corrosão com 
combustíveis que contenham enxofre. Sódio e potássio (metais alcalinos) 
contribuem para a corrosão a baixa temperatura formando compostos de 
baixo ponto de fusão, pdendo inclusive atacar materias refratários. 
 
 A água é normalmente encontrada em todos os combustíveis, 
principalmente nos combustíveis sólidos, na forma de umidade, e traz 
duas consequências: 
 - diminui o poder calorífico, 
 - aumenta a temperatura do ponto de orvalho do ácido sulfúrico, 
aumentando os problemas de corrosão. 
 
 
 
 
 
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 20 
2.1 - COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS 
 
 
 Os combustíveis líquidos são amplamente utilizados na indústria 
pelas facilidades de armazenamento, operação e transporte, e os derivados 
de petróleo praticamente estão presentes na maioria das aplicações. 
 
 A caracterização dos combustíveis líquidos compreende a medição de 
algumas propriedades aplicáveis a estes, as quais serão definidas a 
seguir. O poder calorífico de combustível, como definido no capítulo 
anterior é aplicável a todos os tipos de combustíveis. 
 
 
 Propriedades de combustíveis líquidos 
 
 
 Ponto de fulgor: é a temperatura do combustível na qual, sob a ação 
de uma chama escorvadora sobre a superfície líquida do mesmo, provoca uma 
ignição e combustão transitória. Importante propriedada para a segurança 
de armazenamento. 
 
 Ponto de ignição: temperatura do combustível na qual a chama 
escorvadora provoca uma combustão continuada sobre a superfície do mesmo. 
 
 Temperatura de auto-ignição: temperatura mínima de uma mistura 
ar/combustível na qual a combustão é iniciada e se mantém, sem a presença 
de uma chama escorvadora. 
 
 Ponto de fluidez: temperatura mínima necessária para que o 
combustível setorne um fluido. 
 
 Viscosidade: importante propriedade que vai determinar as 
temperaturas de armazenamento, bombeamento ecônomico e pulverização 
(atomização) para combustão. 
 
 Outras propriedades de combustíveis líquidos são aplicáveis apenas 
a combustíveis automotivos (gasolina, óleo diesel), tais como a 
octanagem, o período de indução e a cetanagem, e não serão tratadas neste 
texto. 
 Todas as propriedades tem normas e métodos de medição e algumas 
podem variar em resultado conforme o método utilizado. 
 
 
 Derivados de Petróleo 
 
 
 O petróleo é uma mistura de hidrocarbonetos que apresenta 
composição variável e dependente de fatores geológicos tais como 
localização da jazida, idade, profundidade, etc. Os principais elementos 
que constituem o petróleo são apresentados no quadro abaixo, com sua 
correspondente faixa de variação da composição: 
 
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 21 
 
Elemento % em massa 
Carbono 83 a 87 
Hidrogênio 11 a 14 
Enxôfre 0,05 a 8 
Nitrogênio 0,1 a 1,7 
Oxigênio ~0,5 
Metais(Fe, Ni, V, etc.) ~0,3 
 
 
 Os principais constituintes orgânicos do petróleo são : 
 
 - Alcanos (ou parafinas), cadeias carbônicas retas, de fórmula 
geral CnH2n+2 e seus isômeros. 
 - Ciclanos (ou naftênicos), de fórmula geral CnH2n , são compostos de 
anéis saturados, tais como o ciclo pentano e ciclo-hexano. 
 - Aromáticos, os quais contém o anel benzênico, e de baixo peso 
molecular. 
 - Compostos sulfurados, presentes em todos os tipos de óleo cru, 
mas em geral, quanto maior a densidade do petróleo, maior o teor de 
enxôfre. 
 - Compostos nitrogenados, presentes nas frações mais pesadas, 
ocasionam problemas no processamento de petróleo por envenenamento de 
catalizadores de processo. 
 - Compostos oxigenados, também se concentram nas frações mais 
pesadas, e são responsáveis pela acidez, escurecimento e o forte odor dos 
derivados de petróeleo. 
 - Compostos metálicos, são compostos organo-metálicos e também 
predominam nas frações mais pesadas. 
 
 - Impurezas inorgânicas, ficam em solução ou suspensão na água 
emulsionada ou no corpo do petróleo: sais minerais, argila, areia e 
óbviamente a água. 
 
 
 Os derivados de petróleo são produtos do processamento do óleo cru, 
bàsicamente em dois tipos de processos: 
 - destilação atmosférica, onde grupos de frações são separadas por 
diferença de ponto de ebulição (ou pressão de vapor), numa coluna de 
destilação, 
 - destilação à vácuo do resíduo, onde é extraído no resíduo de 
fundo da coluna atmosférica mais frações leves. O resíduo de destilação 
à vácuo é utilizado para produção de asfalto ou complementação da 
produção de óleo combustível, 
 - craqueamento térmico ou catalítico, onde é possível transformar 
frações pesadas do óleo em frações mais leves, ajustando o perfil da 
produção com as necessidades de mercado consumidor. 
 
 Um esquema básico de refino é apresentado na figura 1. 
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Utilização de Vapor 
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 22 
 
 A qualidade e característica do petróleo determina a faixa de 
extração de cada componente principal, embora os processos adicionais 
como o craqueamento permitam uma pequena variação do ajuste. As 
principais frações produzidas, em ordem crescente de densidade são as 
seguintes: 
 - Gás residual 
 - Gás Liquefeito de Petróleo 
 - Nafta petroquímica 
 - Gasolina 
 - Querosene 
 - Óleo Diesel 
 - Óleo Combustível 
 - Lubrificantes 
 - Óleos residuais 
 - Asfaltos 
 
 
 Óleo Combustível 
 
 O óleo combustível é a fração mais importante para os sistemas de 
aquecimento industrial, devido a seu baixo preço. Apesar de no ínicio da 
utilização do petróleo, frações mais leves tais como o diesel e o 
querosene terem sido utilizadas, atualmente, tais derivados são 
reservados a utilizações com maior exigência de qualidade de combustível, 
como os motores de combustão interna (ciclos Diesel e turbinas de 
aviação). A tendência atual é adequar o perfil de refino a maior 
produção de diesel e consequentemente,o óleo combustível utilizado 
 
 
 
Figura 1. Esquema da destilação atmosférica de petróleo. 
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 23 
pela indústria tem sua densidade e viscosidades aumentadas, além do maior 
teor de enxofre. 
 A especifição básica para os óleos combustíveis são a viscosidade, 
o ponto de fluidez e o teor de enxôfre. 
 A viscosidade é determinada em aparelhos que se baseiam no tempo de 
escoamento de um dado volume de óleo a uma temperatura constante. Os 
tipos de viscosímetros mais utilizados são: 
 - Saybolt, com dois tipos: SSU Segundos Saybolt Universal e 
 SSF, Segundos Saybolt Furol 
 - Engler 
 - Redwood 
 
 
 A conversão em viscosidade cinemática, dada em centipoises está 
apresentada na tabela 1. 
 
 As temperaturas utilizadas são as seguintes: 
 
 20 ºC 
(68 F) 
37,8 ºC 
(100 F) 
50 ºC 
(122 F) 
98,9 ºC 
(210 F) 
100 ºC 
(212 F) 
SSU X X 
SSF X X 
Engler X X 
Redwood X 
 
 Os óleos combustíveis apresentam várias faixas de viscosidades 
conforme sua classificação. Para se conhecer a viscosidade de um óleo em 
qualquer temperatura, é necessário conhecer-se pelo menos a viscosidade 
em duas temperaturas, e com o auxílio do gráfico da figura 2, traça-se 
uma reta que reproduz o comportamento da viscosidade em relação a 
temperatura para derivados de petróleo. 
 
 As especificações atuais brasileiras para os óleos combustíveis são 
apresentados na tabela 2, sendo que análises de laboratório são 
apresentadas nas tabelas 3 e 4. Uma tabela de equivalencia de 
denominações também esta anexo. 
 
 
Antiga A(BPF) D(BTE) E F GD HD GK HK GM HM 
Atual 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B 5A 5B 
 
Antiga GN HN GP HP - - - - OC4 
Atual 6A 6B 7A 7B 8A 8B 9A 9B C 
 
 
 
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 24 
 
 
 Tabela 1 – Equivalência entre viscosidades. 
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 25 
 
 
Figura 2. Gráfico para determinação da curva viscosidade x temperatura 
para derivados de petróleo.
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 26 
 
Figura 3. Gráfico típico de ponto de orvalho em função do teor de 
enxofre no combustível. 
 
Tabela 2. Especificações do CNP para óleos combustíveis. 
 
 
 Viscosidade (2) 
 
 
Óleo 
Combustíve
l 
 
Ponto 
de 
fulgor 
em oC 
Ponto 
de 
fluidez 
superio
r oC 
Cinzas
, % em 
peso 
Teor 
de 
enxofr
e % em 
peso 
Água e 
Sedimen
tos % 
em peso 
 
Cinemátic
a a 60oC, 
eSt ou 
(Saybolt, 
Furol a 
65oC, s 
Cinemática a 
37,8oC, cSt ou 
Saybolt Universal 
37,8oC, s 
 Mínimo Máximo Máximo Máximo Máximo Máximo Mínimo Máximo 
TipoA 
(B.P.F.) 
66 (4) - 5,0 2,00 
(3) 
390 (185) 31,9 (150 - 
TipoB 
(A.P.F.) 
66 - - 5,0 2,00 
(3) 
390 (185) 31,9 (150) - 
TipoC (óleo 
no 4) 
66 (5) 0,10 - 0,50 
(6) 
- 2,11 
(33,0) 
26,0 
(124) 
TipoD 
(B.T.E.) 
66 - - 1,0 2,00 
(3) 
390 (185) 31,9 (150) - 
Tipo E 66 - - 5,5 2,00 
(3) 
600 (285) 31,9 (150) - 
Tipo F 66 - - 1,0 2,00 
(3) 
600 (285) 31,9 (150) - 
1) - Em vigor a partir de 02/02/82, através do Regulamento Técnico CNP 09/82. 
2) - Para óleos combustíveis cuja diferença entre a temperatura de referência de 
viscosidade e o ponto de fluidez seja menor que 20oC, os valores da viscosidade deverão 
ser obtidos em temperaturas mais altas, reportando-se às temperaturas por extrapolação.3) - A quantidade de água e sedimento exceder 1,00%, deverá ser feita a dedução da cifra 
total na quantidade de óleo combustível. 
4) - O ponto de fluidez superior deverá ser, no máximo, igual ao indicado na tabela 
anexa. 
5) - O ponto de fluidez superior deverá ser, no máximo, igual ao indicado na tabela anexa 
 de 6oC. 
6) - O resultado de água e sedimentos para o óleo combustível tipo “C” é expresso em % 
por volume. 
OBS.: A partir de 02/02/82, através da Resolução no 02/82, o Conselho Nacional de Petróleo 
autorizou em caráter experimental, mediante acordo com o comprador a utilização do 
Óleo Combustível Ultra-Viscoso”. Entende-se por Ultra-Viscoso um óleo combustível 
com viscosidade cinemática acima de 600 cSt a 65oC (285 SSF a 65oC), sendo que as 
demais características atendem as especificações constantes da Resolução 1/82 que 
estabelece o Regulamento. 
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 27 
 
 
 V I S C O S I D A D E 
 
TIPOS 
 
Ponto 
de 
Fulgor, 
oC 
Ponto de 
fluidez 
superior
, 
oC 
Teor de 
enxofre
, % 
peso 
Água e 
sedimento 
% 
volume 
(1) 
 
Saybolt 
Furol 
a 50oC, s 
Cinemática, cSt 
 
37,8oC 60 oC 
 
Cinza
s 
 Mínimo Máximo Máximo Máximo Máximo - Máximo Mínimo 
1A 66 (2) 5,0 2,0 (600) - 620 - 
1B 66 - 1,0 2,0 (600) - 620 - 
2A 66 - 5,5 2,0 (900) - 960 - 
2B 66 - 1,0 2,0 (900) - 2.300 - 
3A 66 - 5,5 2,0 (2400) - 2.300 - 
3B 66 - 1,0 2,0 (2400) - - - 
4A 66 - 5,5 2,0 10.000 - - - 
4B 66 - 1,0 2,0 10.000 - - - 
5A 66 - 5,5 2,0 30.000 - - - 
5B 66 - 1,0 2,0 30.000 - - - 
6A 66 - 5,5 2,0 80.000 - - - 
6B 66 - 1,0 2,0 80.000 - - - 
7A 66 - 5,5 2,0 300.000 - - - 
7B 66 - 1,0 2,0 300.000 - - - 
8A 66 - 5,5 2,0 1.000.000 - - - 
8B 66 - 1,0 2,0 1.000.000 - - - 
9A 66 - 5,5 2,0 (sem 
limite) - 
- - - 
9B 66 - 1,0 2,0 (sem 
limite) - 
- - - 
C 66 (3) - 0,5 - 2,1, a 
26,0 
- 0,10 
1 - A quantidade de água por destilação, mais a do sedimento por extração, não deverá 
exceder 2,0% (percentagem em vol.). 
 Uma dedução na quantidade deverá ser feita para toda a água e sedimento em excesso de 
1,0%. 
2 - O ponto de fluidez superior deverá ser, no máximo, igual ao indicado na tabela anexa. 
3 - O ponto de fluidez superior deverá ser, no máximo, igual ao indicado na tabela anexa, 
diminuído de 6oC. 
 
 
 O teor de enxôfre é umas característica importantíssima para 
especificação e utilização de óleos combustíveis. Como explicado, o 
enxôfre ocasiona a formação de SO2 e SO3, o qual em reação com a água dos 
produtos de combustão dever formar ácido sulfúrico. A formação e 
condensação de ácido sulfúrico depende do teor de SO2 ,e consequentemente 
do teor de enxôfre no óleo, e da pressão parcial do vapor de água nos 
gases de combustão. Um gráfico típico do ponto de orvalho deo ácido em 
função do teor de enxôfre no óleo é apresentado na figura 3. 
 
 Nem sempre está disponível dados sobre a análise elementar dos 
óleos combustíveis, e mesmo o poder calorífico. No caso em que não 
existe uma análise laboratorial, os gráficos das figuras 4, 5 e 6 
auxiliam no estabelecimento da composição química elementar, fornecendo 
dados estimativos a partir de propriedades facilmente mensuráveis, como 
a densidade. O teor de enxôfre, por ser de importância fundamental na 
especificação dos óleos, normalmente é fornecido. Os gráficos e tabelas 
fornecem dados com exatidão suficiente para os cálculos de combustão 
industrial. 
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 28 
 
 
Tabela 3. Análise de óleo combustível tipo 1 B. 
 MÉDIA TRIMESTRAL 
ENSAIOS RESOLUÇÃO 
CNP 
 
1º 
 
2º 
 
3º 
 
4º 
OBS. 
Água e sedimentos. % 
peso 
2.0 (max) 0,10 0,10 0,10 0,10 
Água por destilação. % 
volume 
- 0,1 0,1 0,1 0,1 
Densidade relativa. 
20/4 C 
- 1,0122 0,9932 0,0100 1,0035 
Enxofre. % peso 5,5 (max) 0,96 0,75 0,7 max) 0,78 
Ponto de fluidez 
superior. C 
- 6 6 3 9 
Ponto de fulgor. C 66 (min) 76 74 68 66 
Viscosidade SSF a 50 C 600 (max) 600 600 600 600 
cSt a 60 C 620 (max) - - - - 
Poder calorífico 
inferior. kcal/kg 
- 9880 9880 9880 9880 
Poder calorífico 
superior. kcal/kg 
- 10470 10470 10470 10470 
 
*Dados obtidos por 
extrap. Ensaio a 65 C 
 
 
 
 
Figura 4. Relação entre peso específico do óleo combustível e seu teor de 
hidrogênio. 
 
 
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 29 
 
Figura 4. Relação entre peso específico do óleo combustível e seu teor de 
hidrogênio. 
 
Tabela 4. Análises típicas de derivados de petróleo. 
ANÁLISES 
TÍPICAS 
 
Querosene 
 
Diesel 
 
OC-4 
 
BPF 
 
BTE 
 
E 
 
F 
Densidade 
20/4oC 
 
0,801 
 
0,829 
 
0,892 
 
0,978 
 
0,946 
 
0,998 
 
0,958 
Ponto de 
Fulgor, oC 
 
 
41 
 
- 
 
80 
 
90 
 
88 
 
95 
 
97 
Viscosidade 
CIN 20oC, cSt 
 
2,0 
 
2,99 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
Viscosidade 
SSU 100oF 
 
32 
 
36 
 
 
39,4 
 
15420 
 
15230 
 
23060 
 
22000 
Viscosidade 
SSF 122oF 
 
 
- 
 
- 
 
- 
 
520 
 
502 
 
790 
 
775 
Viscosidade 
SSF a 65oC 
 
- 
 
- 
 
- 
 
173 
 
170 
 
280 
 
278 
Ponto de 
Névoa, oC 
 
- 
 
2 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
Ponto de 
Fluidez, oC 
 
- 
 
- 
 
0 
 
12 
 
14 
 
12 
 
12,5 
Índice de 
Cetano 
 
- 
 
56 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
Enxofre 
% Peso 
 
0,06 
 
0,92 
 
1,5 
 
4,0 
 
0,85 
 
4,1 
 
0,76 
Poder 
Calorífico 
Superior 
46420 kJ/kg 
110940 
kcal/kg 
 
45832 
kJ/kg 
10954 
kcal/kg 
44857 
kJ/kg 
10721 
kcal/kg 
43270 
kJ/kg 
10327 
kcal/kg 
43501 
kJ/kg 
10397 
kcal/kg 
43103 
kJ/kg 
10397 
kcal/kg 
 43865 
kJ/kg 
10484 
kcal/kg 
Poder 
Calorífico 
Inferior 
43406 kJ/kg 
10374 
kcal/kg 
42944 
kJ/kg 
10263 
kcal/kg 
40867 
kJ/kg 
9.976 
kcal/kg 
41186 
kJ/kg 
9844 
kcal/kg 
40935 
kJ/kg 
9784 
kcal/kg 
40935 
kJ/kg 
9784 
kcal/kg 
41388 
kJ/kg 
9892 
kcal/kg 
 
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 30 
 
Figura 5. Relação entre Poder Calorífico, densidade relativa, teor de 
enxofre e carbono/hidrogênio para óleos combustíveis. 
 
 
Figura 6. Relação entre a densidade de um óleo combustível à temperatura 
T e sua densidade à 15 ºC. 
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 31 
 Outros derivados, além dos óleos combustiveis, apresentam, 
aplicações específicas e algumas propriedades típicas estão disponíveis 
na tabela 4, e do álcool combustível na tabela 5. 
 
 
Tabela 5. Características Técnicas do Álcool Etílico 
No quadro apresentam-se as características do álcool etílico hidratado e 
anidro, comparando-o com a gasolina e álcool metílico. 
 
 
Propriedade 
 
Gasolina 
 
Etanol 
Anidro 
 
Etanol Hidratado 
 
Metanol 
Anidro 
 
Fórmula química 
 
(CH)x 
 
C2H5OH 
 
C2H5OH 19H2O 
 
CH3OH 
 
Peso molecular 
 
144 
 
46 
 
- 
 
32 
 
Densidade a 20oC 
 
0,73 
 
0,79 
 
0,81 
 
0,79 
Relação estequiométrica 
ar / combustível 
 
15,2/1 
 
9,0/18,3/1 
 
6,45/1 
 
% Carbono em peso 
 
84,0 
 
52,0 
 
- 
 
37,5 
 
% Hidrogênio em peso 
 
16,0 
 
13,0 
 
- 
 
12,5 
 
% Oxigênio em peso 
 
- 
 
35 
 
- 
 
50 
 
Início temp. Ebulição oC 
 
40,0 
 
78,3 
 
78,2 
 
65 
 
Término temp. de ebulição 
oC 
 
250 
 
78,3 
 
78,2 
 
65 
Calor latente de 
vaporizacão 
kcal/kg 
 
90 
 
216 
 
237 
 
270 
 
Temp. de auto-ignição oC 
 
367 
 
550 
 
580 
 
570 
 
Poder calorífico inferior 
kcal/kg 
 
10 500 
 
6 400 
 
5 952 
 
4 600 
Calor de combustão da 
mistura quimicamente 
correta kcal/litro 
 
0,860 
 
0,815 
 
0,815 
 
0,760 
Índice de octano método 
Research 
 
73 
 
106 
 
110 
 
110 
 
Índice de octano método 
motor 
 
73 
 
89 
 
92 
 
90 
 
Índice de octano calculado 
 
73 
 
158 
 
162 
 
160 
Fator de acréscimo do 
número de moléculas durante 
a combustão 
 
1,055 
 
1,063 
 
1,077 
 
1,061 
 
Efeito de superalimentação 
 
1,68% 
 
7% 
 
9% 
 
14% 
 
Graus GL (%Volume) 
 
- 
 
99,5 
 
95 
 
99,5 
 
Graus INPM (%peso) 
 
- 
 
99,2 
 
93,5 
 
99,2 
 
(extraído de “Os Motores de Combustão Interna” - Paulo Penido Filho, lemi, Belo Horizonte 
1983). 
 
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 32 
2.2 - COMBUSTÍVEIS GASOSOS 
 
 
 Os combustíveis gasosos tem aumentado sua aplicabilidade na 
industria nacional, respondendo a demanda por fontes de energia mais 
limpas e eficientes. A limitação de seu crescimento está na 
disponibilidade e distância dos centros consumidores pela sua maior 
dificuldade de transportes. 
 Gás Liquefeito de Petróleo é importante combustível, tanto de 
aplicação industrial como doméstica. Gás Natural tem sido explorado 
recentemente, porém, deve ser transportado por gasodutos, o que dificulta 
sua maior utilização, dada a necessidade de investimento em 
infraestrutura. Outros gases, tais como, os gases manufaturados de nafta 
são produzidos e distribuidos localmente por rede de tubulações, além de 
gases residuais de refinaria, que tem aproveitamneto restrito as 
proximidades desta. 
 
 
 Propriedade de combustíveis gasosos: 
 
 
 Algumas propriedades importantes necessitam ser conhecidas para os 
combustíveis gasosos. A composição química pode ser fácilmente 
determinada através da análise laboratorial, em cromatógrafos químicos. 
O poder calorífico é normalmente dado em termos de energia/volume, 
relativa a determinada condição de Temperatura e Pressão. Em alguns 
casos pode ser fornecido em termos de energia/massa. 
 
 Densidade relativa: é a densidade do gás relativa ao ar nas mesmas 
condições de temperatura e pressão. 
 
 Número de Wobbe: é uma relação entre poder calorífico e densidade 
relativa dada pela equação: 
 
 
 W PCi
dr
= 
 
 
 A importância do número de Wobbe está ligada a intercambiabilidade 
de gases para uma mesma aplicação ou queimador. Observe que a relação de 
Poder Calorífico e a raiz quadrada da densidade relativa tem a ver com a 
quantidade de energia (por volume) que é possível passar por determinado 
orifîcio com a queda de pressão correspondetne. Em outras palavras, no 
que se refere a potencia de um dado queimador, gases com o mesmo número 
de Wobbe vão apresentar o mesmo desempenho energético. 
 
 Velocidade de chama: é a velocidade de uma frente de chama de uma 
mistura ar/combustível, efetuada sob determinas condições. O 
conhecimento de parâmetros de velocidade de chama é útil também para a 
intercambiabilidade dos gases, no sentido de se garantir a estabilidade 
de combustão em queimadores. Dois fenômenos podem ocorrer em queimadores 
de gás: 
 - o descolamento da chama, quando a velocidade da mistura não 
queimada é maior que a velocidade de chama, e 
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 33 
 - o retôrno de chama, quando a velocidade de chama é maior que a 
velocidade da mistura ar/combustível. 
 Ambos podem trazer consequencias desastrosas aos equipamentos e um 
queimador de gás deve ser projetado para determinadas faixas de 
velocidades de chama para se garantir a estabilidade. 
 Diversos métodos existem para a medição de velocidade de chama, 
porém nenhum destes reproduz com exatidão uma situação operacional. A 
velocidade de chama varia com a temperatura da mistura, a relação 
ar/combustível e com o padrão de fluxo, se laminar ou turbulento. As 
medidas de velocidade de chama em laboratório são feitas quase sempre nos 
regimes laminares, mas a maioria dos equipamentos industrias operam com 
combustão turbulenta . De qualquer maneira, o conhecimento da velocidade 
de chama em laboratório dá uma medida qualitativa do combustível. A fim 
de se utilizar este conceito o índice de Weaver, dá uma medida da 
velocidade de chama em relação ao hidrogênio, adotado como gás padrão. O 
índice de Weaver é definido como: 
 
 
 S
V
V
gas
H
=
2
 
 
 
 Uma mistura de gases tem seu índice de Weaver calculada da seguinte 
forma: 
 
 
 S aF bF iF
A z Q
a b i
=
+ + +
+ − +
L
5 18 8 1,
 
 
 
onde: Fi : coeficiente de velocidade chama 
 a,b,...i: frações molares dos constituintes 
 A : relação ar/combustível volumétrica e estequiométrica da 
mistura 
 z : fração molar dos inertes no combustível 
 Q : fração molar do oxigênio no combustível 
 
 A tabela abaixo apresenta o coeficiente para alguns gases: 
 
Gás F 
H2 338 
CO 61 
CH4 148 
C2H6 301 
C3H8 398 
C4H10 513 
C2H4 454 
C8H6 674 
 
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 34 
 Gás Liquefeito de Petróleo 
 
 
 A aplicação industrial de GLP tem sido feita em processos em que a 
limpeza é fundamental, tais como em fornos alimentícios, matalurgia e 
cerâmica fina. O GLP é uma mistura de frações leves de petróleo na faixa 
de 3 e 4 carbonos na cadeia. Para efeitos práticos de combustão pode ser 
considerado como uma mistura em partes iguais de propano e butano. Um 
resultado médio de diversas análises é dado na tabela a seguir: 
 
 
 
composição em massa % 
etano 1,0 
propano 30,6 
propeno 20,7 
butano 32,9 
buteno 14,7 
 
PCS (kcal/Nm3) 22600 
PCI (kcal/Nm3) 21050 
densidade (kg/Nm3) 2060 
massa molecular 
média 
48,79 
 
 
 Gás Natural 
 
 
 A exploração do gás natural pode ser feita através da produção do " 
gás associado" a um poço de petróleo, com frações de gás leves que 
justifiquem seu aproveitamento, ou em bacias produtoras de gás natural. 
Sempre há produção de gases associados a exploração do petróleo. Quando 
a produção de gás é pequena, ou o centro consumidor está muito distante, 
o gás é queimado localmente em chamas abertas na atmosfera (flare). 
 Gás natural é basicamente metano, com algumas parcelas leves de etano e 
propano. Sua composição pode variar de local a local. Algumas 
composições de gás natural em diversas bacias mundiais são apresentados 
na tabela 6. 
 
 
 Gases manufaturados 
 
 Gases são fabricados a partir de diversos combustíveis como carvão 
mineral, nafta e lenha. A composição varia principalmente em relação ao 
processo de fabricação e síntese e em relação a matéria prima. As 
tabelas 7, 8 e 9, a seguir, apresentam alguns dados sobre gases 
manufaturados de carvão, lenha e nafta petroquímica. 
 
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 35 
Tabela 6. Gás NaturalComponentes % volume 
 
Localidade 
 
 
Campo 
 
M 
 
E 
 
Pr 
 
B 
 
Pe 
 
Hx 
 
CO2 
 
O2 
 
N2 
PCS
 
MJ/Nm3 
(seco) 
 
Densid
ade 
 
Argentina 
Comodoro 
Rivadávia 
 
95 
 
4 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
1 
 
38,50 
 
 
0,576 
 
Canadá 
(Alberto) 
Turner 
Vallei 
 
 87,02 
 
 9,15 
 
 2,78 
 
 0,35 
 
- 
 
- 
 
 0,24 
 
- 
 
 0,45 
 
41,89 
 
 
0,635 
 
Chile (Terra do 
Sol) 
 
Charnasci
lla 
 
 90,03 
 
 5,00 
 
 2,13 
 
 1,05 
 
0,48 
 
 0,31 
 
- 
 
- 
 
- 
 
45,05 
 
 
0,647 
 
Arábia Saldita 
 
Air Dar 
 
 27,80 
 
26,10 
 
18,40 
 
 8,20 
 
 2,60 
 
 1,70 
 
 9,80 
 
- 
H2S 
 5,20 
 
63,87 
 
 
0,755 
 
Rússia 
 
Suretou 
 
 93,20 
 
 0,70 
 
 0,60 
 
 0,60 
 
 0,50 
 
- 
 
- 
 
- 
 
 4,40 
 
39,62 
 
 
0,605 
 
Venezuela 
 
Santa 
Rosa 
 
 76,70 
 
 9,79 
 
 6,69 
 
 3,26 
 
 0,94 
 
 0,72 
 
 1,90 
 
- 
 
- 
 
48,62 
 
 
0,768 
 
Venezuela 
 
La Pica 
 
 90,20 
 
 6,40 
 
- 
 
- 
 
- 
 
- 
 
 0,10 
 
0,30 
 
 3,00 
 
39,62 
 
 
0,601 
 
Observação: M = Metano 
 E = Etano 
 Pr = Propano 
 B = Butano 
 Pe = Pentano 
 Hx = Hexano 
 
 
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 36 
Tabela 7 - Gases manufaturados de carvão. 
 
 
gás de 
baixa 
temperatu
ra 
 
gás de 
retorta 
horizonta
l 
 
gás de 
retorta 
cont. 
vert. 
 
gás de 
retorta 
cont. 
vert. com 
vapor 
 
gás de 
forno de 
carvão 
coque 
Composição, % vol. 
O2 
0,5 
 0,4 0,4 0,4 0,4 
CO2 4 2 3 4 2 
C4H10 
5,5 
 3,5 3 2 2,6 
CO 4 8 9 18 7,4 
H2 30 52 53,6 49,4 54 
CH2 52 30 25 20 28 
N2 4 4 6 6,2 5,6 
Composição 
assumida 
 
CnHm C4H8 C2,5H5 C2,5H5 C1H5 C2,5H2 
CH4 C1,25 CH4 CH4 CH4 CH4 
Densidade relativa 
ao ar 
 0,62 0,40 0,43 0,48 0,38 
Ar teórico, 
vol/vol 
 
8,235 
4,904 4,708 4,060 4,572 
Gases produtos 
teóricos 
 
CO2 vol/vol 0,950 0,490 0,490 0,500 0,439 
H2O vol/vol 1,690 1,210 1,156 0,974 1,165 
N2 vol/vol 6,545 3,917 3,779 3,269 3,667 
Total úmido 9,185 5,617 5,425 4,743 5,271 
Total seco 7,495 4,407 4,269 3,769 4,106 
Gases produtos 
teóricos % 
volume 
 
CO2 10,3 8,7 
9,0 
 
10,5 
 
8,3 
H2O 18,4 21,5 
21,3 
 
20,3 
 
21,1 
N2 71,3 69,8 69,7 
69,0 
 
69,6 
Ponto de orvalho, 
oC dos gases de 
exaustão 
 
 59 
 
 62 
 
 62 
 
 61 
 
 63 
Poder calorífico 
superior BTU/ft3 889,0 559,8 540,0 
471,1 
 
525,1 
inferior BTU/ft3 804,5 499,3 482,2 
420,2 
 
466,9 
30 in Hg 60oF 
saturado 
 
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 37 
 
Tabela 8 -Composição típica de gás de lenha com umidade de 15 a 
22%. 
composição % volume 
CO 
H2 
CH4 
H2O 
CO2 
N2 
18 
15 
1 
12 
10 
44 
PCI (kcal/Nm3) ~1000 
 
 
Tabela 9 -Composição típica de gás de lenha com umidade de 15 a 22%. 
composição % volume 
CO 
H2 
CH4 
H2O 
CO2 
N2 
18 
15 
1 
12 
10 
44 
PCI (kcal/Nm3) ~1000 
 
 
 2.3 - COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS 
 
 
 Os principais combustíveis sólidos são a lenha e o carvão mineral. 
Este tem importância grande na produção de energia térmica e elétrica na 
Europa, mas no Brasil está restrito a região Sul, proximos aos centros 
produtores. A lenha tem grande importância no Brasil, dada ao seu 
potencial de utilização. 
 
 Algumas propriedades devem ser conhecidas nos combustíveis sólidos: 
 
 
 Análise imediata: 
 
 São determinados alguns parâmetros relacionado com a utilização do 
combustível: 
 - Carbono fixo 
 - Material volátil 
 - Cinzas 
 - Umidade 
 - Enxôfre total 
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 38 
 A matéria volátil é a parte do combustível que se separa em forma 
gasosa durante o aquecimento do mesmo. É composto de hidrocarbonetos 
eventualmente presentes na estrutura sólida e outros gases, que são 
formados num processo de pirólise, tais como o hidrogênio, monóxido de 
carbono e metano. O teor de voláteis tem influência no comprimento de 
chama, no acendimento e no volume necessário da fornalha. 
 
 O carbono fixo é o resíduo combustível deixado após a liberação do 
material volátil. Compões-se principalmente de carbono, embora possa 
conter outros elementos não liberados durante a volatilização. 
 
 As cinzas englobam, todos os minerais incombustíveis e é composta 
basicamente de óxidos, tais como a alumina, óxido de cálcio, óxido de 
magnésio, etc. 
 
 A umidade presente no combustível sólido é importante para 
determinação de seu poder calorífico inferior. 
 
 
 Carvão Mineral 
 
 O carvão mineral brasileiro é utilizado principalmente na produção 
de energia termoelétrica e na indústria cimenteira. Devido ao seu alto 
teor de cinzas e enxôfre, não é muito utilizado industrialmente, a não 
ser nas localidades próximas a minas produtoras. As principais 
propriedades de carvões brasileiros são apresentados na tabela 10. 
 
Tabela 10. Propriedades dos carvões nacionais. 
Procedência C 
% 
S 
% 
H2 
% 
N2 
% 
O2 
% 
Cinzas 
% 
Umidade 
% 
Mat. 
Volátei
s 
% 
PCS
 
kcal/k
g 
 
Butiá 
 
 
42,88 
 
1,35 
 
- 
 
- 
 
- 
 
13,59 
 
11,51 
 
32,02 
 
- 
 
Jacuí 
49,82 0,85 - - - 21,18 
9,58 
 
19,42 
 
- 
 
Tubarão 
40,79 1,10 - - - 28,21 
1,90 
 
29,10 
 
- 
 
Crisciuma 
46,90 1,63 - - - 23,64 
1,50 
 
27,96 
 
- 
 
RGS 
46,0 12,99 4,05 0,29 9,27 27,4 
11 
 
- 
 
4750 
 
Paraná 
56,6 2,0 3,11 0,80 17,73 25,76 
15 
 
- 
 
6340 
 
Sta. 
Catarina 
51,8 3,6 3,34 0,52 7,58 33,09 
10 
 
- 
 
6310 
 
Cabo Frio 
(a) 
20,5 - - - - - 
15,8 
 
42,0 
 
2895 
 
Cabo Frio 
(b) 
17,6 - - - - - 
13,2 
 
49,5 
 
3470 
 
Rezende 
12,6 - - - - - 
12,0 
 
33,2 
 
2520 
 
Obs.: Os quadros em branco representam propriedades não avaliadas. 
 
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 39 
 Lenha 
 
 É um combustível amplamente utilizado no Brasil, tanto em 
aplicações domésticas como em aplicações industriais para geração de 
vapor, principalmente em pequenas unidades produtoras. É caracterizada 
por baixo teor de cinzas, ausencia total de enxôfre e umidade variável, a 
qual depende do tempo e método de aramzenagem. A lenha quando cortada 
possui por volta de 50% de umidade. Estocada ao ar livre, em toras 
empilhadas, atinge a umidade de equilíbrio dentro de 3 a 6 meses, a qual, 
dependendo da umidade relativa do ar é por volta de 15 a 25%. A análise 
elementar da lenha varia pouco com o tipo de árvore, e isto é uma regra 
geral para todo material celulósico. Algumas