Manual de Combustão

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Introdução: 
 
 
 
 
 
 
O fogo é conhecido pela humanidade desde os primórdios, mas durante muito tempo 
foi apenas um fator de perigo e destruição, tais como incêndios, erupções vulcânicas 
etc.... Isto, porque o homem não podia controla-lo. 
 
 
Hoje, a combustão é uma arte e o fogo o melhor de nossos servos. Porém, sem a 
cuidadosa supervisão de alguém que conheça a arte e a ciência da combustão, não se 
consegue obter o uso eficiente dos combustíveis, como exige a competitividade de 
nossos dias. 
 
Nestes caso, ele pode se tornar no pior de todos os flagelos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
 
Parte 1: AR. 
 
É um gás incolor, inodoro e insípido. É na realidade uma mistura coloidal de vários 
gases 
(Quando falamos de ar, estamos falando da troposfera baixa, até 11 km) 
Composição do ar seco: 
Componente % por volume % por massa 
 Nitrogênio 78,09 75.51 
 Oxigênio 20,95 23.15 
 Argônio 0,93 1.28 
 dióxido de Carbono 0,027272 0,046 
 “Outros” 0,002728 0,014 
 
Composição de “Outros” % por volume % por massa 
Neônio 0,0018 0,00125 
Hélio 0,00052 0,000072 
Metano 0,00015 0,000094 
Criptônio 0,0001 0,00029 
Monóxido de Carbono 0,00001 0,00002 
Óxidos Nitrosos 0,00005 0,00008 
Hidrogênio 0,00005 0,0000035 
Ozônio 0,00004 0,000007 
Xenônio 0,000008 0,000036 
Dióxido de Nitrogênio 0,0000001 0,0000002 
Iodo 2x10-11 1x10-10 
Radônio 6x10-18 5x10-17 
 
Entretanto o ar em nossa atmosfera (troposfera) não contém apenas gases, mas também 
uma mistura de partículas sólidas, tais como poeira, areia, fulígem e cristais de sais, 
carregadas pelos ventos. 
 
Nas grandes cidades o número destas partículas pode chegar à 500.000 por m3. 
 
Nos cumes das grandes montanhas não são encontradas estas partículas, e também nota-
se a escassez de gases pesados como o Oxigênio. Porém, é poluido por poeira cósmica. 
 
Estima-se que 14 milhões de toneladas de poeira cósmica caem por ano sobre a terra. 
 
Nas camadas superiores da atmosfera, devido à falta de turbulência, só encontramos 
poeira cósmica de passagem. 
 
 
 
 
3 
 
O Oxigênio contido na atmosfera é necessário para suportar os processos de 
metabolismo (combustão lenta) pelos quais nosso organismo converte os carbohidratos, 
as proteínas e as gorduras dos nosso alimento em calor e energia. Em média uma 
pessoa consome aproximadamente 740 l de Oxigênio ( 1 kg de O2) por dia. 
 
O peso de oxigênio consumido é praticamente igual ao peso dos alimentos necessários 
durante o mesmo período. 
 
As mais importantes constantes físicas do ar: 
 
Peso molecular: 28,97 kg/kmol 
Cp (calor espec. com pressão constante) 0,242 kcal/(kg.ºC) 
Cv (calor específico com volume constante) 0,173 kcal/(kg.ºC) 
Densidade à 15ºC e 1 bar (100 kPa) 1,21 kg/m3 
Ponto de ebulição à 1 bar 78,8 ºK 
Ponto de congelamento à 1 bar 57 à 61 ºK 
Constante do gás 286,9 J/(kg.ºK) 
Pressão crítica (absoluta) 37,7 bar 
Temperatura crítica 132,5 ºK 
 
LEIS BÁSICAS DA TERMODINÂMICA: 
 
1º Princípio da termodinâmica: A energia não pode ser criada ou destruída durante 
um processo, embora possa mudar de uma forma de energia para outra forma de 
energia. 
 
2º Princípio da termodinâmica: Assim como a água, que sem qualquer trabalho 
externo, só pode fluir de um local mais alto para outro mais baixo, também o calor, sem 
qualquer trabalho externo, só pode fluir de um corpo de maior temperatura para 
outro corpo de menor temperatura. Ou ainda, qualquer tipo de energia , sem qualquer 
trabalho externo, só pode fluir de um potencial mais alto para outro mais baixo. 
 
Temperatura - O que é: A variável temperatura é definida como a medida da energia 
cinética média dos átomos ou moléculas de uma substância, dada em graus Centígrados, 
Kelvin ou Fahrenheit. Á medida que um corpo absorve energia, sua temperatura 
aumenta. 
 
Calor - O que é: Sempre que existir um gradiente de temperaturas no interior de um 
sistema, haverá transferência desta energia, no sentido das temperaturas mais altas para 
as mais baixas. A energia em trânsito é chamada calor e o processo de transporte é 
denominado transmissão de calor. 
 
 
 
 
 
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Pressão de um gás - O que é: As moléculas de um gás submetido à uma temperatura 
qualquer, estão animadas de uma energia cinética cuja média é a temperatura à que 
estão submetidas. Portanto estas moléculas se movem e quando encerradas em um 
recipiente, colidem com as paredes deste recipiente. Ao efeito integrado destas 
colisões, chamamos pressão do gás. 
 
Três fatores descrevem a condição de qualquer gás: 
Pressão absoluta : P 
Densidade:  
Temperatura absoluta: T 
 
Leis especiais dos gases: 
 
O comportamento dos gases perfeitos ou suas misturas seguem um conjunto de leis: 
 
 Lei de Boyle: V2/V1 = P1/P2 
 
 Lei de Charles: V2/V1 = T2/T1 
 
 Lei de Amonton: P2/P1 = T2/T1 
 
 Lei de Dalton: P =  n i=1 Pi 
 
 lei de Amagat: V = ni=1 Vi (P) 
 
 Lei de Poison: P1.V1Cp/Cv = P2.V2 Cp/Cv 
 
onde: 
Cp = calor específico com pressão constante (kcal/(kg.ºC)) 
Cv = calor específico com volume constante (kcal/(kg.ºC)) e: 
mCp = mCv + 1,99; 
m = massa de um mol do gás (peso molecular). 
Cp/Cv = k 
 
 Lei geral dos gases: P.V/T = Constante; 
 
 E por Poison: P.Vk/T = Constante 
 
 Lei de Avogadro: Estabelece que volumes iguais de gases diferentes, sob 
as mesmas condições de temperatura e pressão, contém o mesmo número 
de moléculas. 
 
 
 
 
 
5 
O fato de que o volume de um mol a uma determinada pressão e temperatura é o mesmo 
para qualquer gás, é muito significativa quando equacionado dentro da lei geral dos 
gases. Se Vm é o volume de um mol de gás, na temperatura e pressão de referência, 
então para 1 mol de qualquer gás: 
 
 (P/T) . Vm = R ; R = 8314 J/(kmol . ºC) 
 
Este valor especial de R, independe do gás e R é chamada de constante universal dos 
gases.: 
 
 P . Vm = R . T 
 
Para cálculos de engenharia é conveniente converter as unidades de massa de mol para 
unidades normais de massa, no sistema utilizado. Conforme estabelecido na descrição 
do mol, o número convencional de unidades de massa, num mol, é numericamente igual 
à massa molecular do gás, sem considerar o sistema de unidades. Então: 
 
P . V = m . R . T; R = R / M 
 
Onde: P = pressão absoluta em Pa 
 V = volume em m3 
 m = massa do gás em kg 
 R = constante universal dos gases em J/(kmol . ºK) 
 R = constante do gás em J/(kg . ºK) 
 T = temperatura absoluta em ºK 
 M = massa molecular em kg/kmol 
 
Exemplo: para o ar, com M = 28,97 kg/kmol, a constante do gás é: 
 
R = 8314 / 28,97 = 287 J/(kg . ºK) 
 
Esclarecendo a lei de Avogadro: 
 
Sabemos que P.Vk/T =cte. 
 
Fazendo P e T constantes para todas as experiências, teremos: 
 
(P/T)(cte) . Vk = cte = R  Vk = R (cte) .(T/P) (cte)  V = constante para qualquer gás. 
 (Quando V é “pesado”, sua massa é proporcional à sua própria massa molecular). 
 
Mol = Volume que contém, no sistema de unidades usado, a massa com o mesmo 
número que a massa molecular do gás em questão. 
 
 
 
 
 
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Por exemplo: 
Massa Elemento Condições de temp. e pressão 
32,00 kg O2 15 ºC (288 ºK) e 100 kPa (1 bar)] 
02,00 kg H2 15 ºC (288 ºK) e 100 kPa (1 bar)] 
28,00 kg N2 15 ºC (288 ºK) e 100 kPa (1 bar)] 
28,96 kg de ar 15 ºC (288 ºK) e 100 kPa (1 bar)] 
Têem sempre o mesmo volume. 
 
Então: 
R = J/([M kg].ºK)  R = R/M = J/([1kg].ºK)  (P.V) (cte) = R.T  
 
(PV) = m.R/M.T  P.V = m . R.T = J/([m.kg].ºK) 
 
P = kPa V = m3 
m = massa em kg R = J / ([m . kg] . ºK) específico para o gás 
T = ºK M = Massa molecular do gás kg / kmol 
R = Constante universal dos gases = 8314 J /(kmol . ºK)Umidade: O ar atmosférico sempre contém alguma umidade. 
 
A pressão total do ar úmido é a soma das pressões parciais do vapor de água e do ar 
seco. (Dalton). 
 
O ar está saturado quando a pressão parcial do vapor d’água for igual a pressão de 
saturação do vapor d’água à temperatura existente. 
 
A pressão de saturação depende somente da temperatura. 
 
O vapor d’água é superaquecido quando a pressão parcial é maior que a pressão de 
saturação. 
 
Quando o ar é resfriado a pressão constante, então a pressão parcial será igual à pressão 
de saturação no “ponto de orvalho”. 
Qualquer resfriamento adicional provocará condensação da umidade, e uma parte da 
água será separada. 
 
Esclarecendo umidade e condensação: 
 
Sejam: P(sat = Pressão do vapor d’água na temperatura de referência (kPa) 
 t(sat) = Temperatura de saturação (ºC) 
 P = Pressão total do ar (kPa) 
 Pa = Pressão parcial do ar seco (kPa) 
 Pv = Pressão parcial do vapor (kPa) 
 
 
 
 
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Por Dalton e Amagat: P = Pa + Pv. Mas: 
 
Temperatura de saturação do vapor em função da pressão pode ser calculada por: 
 
t(sat) = 31,599 . P0,252(sat) Onde: t = ºC; e P = kPa 
 
Pressão de saturação do vapor em função da temperatura pode ser calculada por: 
 
Pv = (t(sat) / 31,599)(1 / 0,252) Onde: t = ºC; e P = kPa 
 
Por exemplo: 
Ar à 30 ºC com UR = 75%  75 = Pv x 100 / P(sat) 
Pv = (30/31,599) (1/0,252) = 0,814 kPa 
75x 0,814/100 = P(sat)  P(sat) = 0,611 kPa abs. 
t(sat) = 31,599x 0,6110,252 = 27,9 ºC. 
 
Ou seja: Ponto de orvalho = 27,9 ºC 
 
Macete: 
t(sat) = UR0,252 . t P(sat) = Pv/UR . 100 
Pv = (t/31,599)(1/0,252) P(sat) = (t(sat)/31.599) (1/0,252) 
Obs: 
 A água tem a propriedade de se evaporar à qualquer temperatura, e isto se faz 
diretamente proporcional à temperatura e inversamente proporcional à pressão. 
 
A condensação se faz diretamente proporcional à pressão e inversamente 
proporcional à temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Referências 
 
 
* A handbook of descriptive Astronomy. . . 
 George Chambes 
 
* E.R.T.S.1 A new window on our planet. 
 U.S. government printing office 
 
* Standard Atmophere 
 N.A.S.A. standards for stens jet ejectores. 
 
* Manual do ar comprimido. 
 Atlas copco. 
 
* The infra red universe 
 Clarence Anet 
 
* Aerospace application for real time thermography 
 Aga infra red systens 
 
* Compressors air and gas date. 
 Ingersoll Rand 
 
* CSE consultoria e serviços de Engenharia ltda.: 
Manual de Engenharia de Combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Parte 2: Princípio básico da combustão. 
 
Combustão: 
 
O que é combustão? 
Combustão ou queima, é a combinação rápida do 
oxigênio com um combustível, resultando em 
liberação de calor. 
 
O oxigênio, vem do ar atmosférico que tem cerca de 21 % de oxigênio e 78 % de 
nitrogênio, em bases volumétricas. 
 
A maior parte dos combustíveis contém carbono, hidrogênio e algumas vezes enxofre. 
 
 
Para simplificar, podemos dizer que combustão consiste nos três seguintes processos: 
 
 
 Carbono + Oxigênio ===> Dióxido de carbono + Calor 
 Hidrogênio + Oxigênio ===> Vapor d'água + Calor 
 Enxofre + Oxigênio ===> Dióxido de enxofre + Calor 
 
 
Os três produtos da combustão são compostos químicos e são feitos de moléculas, nas 
quais os elementos são combinados em proporções fixas. Por exemplo, a molécula de 
dióxido de carbono contém um átomo de carbono e dois de oxigênio; A molécula de vapor 
d’água contém dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio. 
 
 
Como a matéria não pode ser criada ou destruída numa reação química, o calor liberado no 
processo de combustão é o resultado de que: Na natureza, o equilíbrio está sempre no nível 
de menor energia, portanto este calor é o excesso de energia liberado pelas moléculas para 
se adaptarem à nova forma. 
 
É isto que as equações abaixo ilustram: 
 
C + O2 ===> CO2 + Calor 
 
 
 
 
 
 
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2H2 + O2 ===> 2H2O + Calor 
 
Combustão perfeita: 
 
A combustão perfeita, é obtida pela mistura e queima de partes exatamente proporcionais 
de combustível e oxigênio, de tal forma que nada sobra ou falta na reação. Esta situação é 
a mesma que existe em uma linha de montagem de automóveis, onde cada chassis precisa 
de quatro rodas para ser montado corretamente. Ou seja, a proporção correta para a 
montagem é 4 para 1. Se a correia que alimenta a montagem das rodas está em alta 
velocidade, alguns chassis vão ficar incompletos, e se ela se move lentamente, vão sobrar 
rodas. 
 
 
Se muito oxigênio é fornecido (excesso de ar) nós dizemos que a mistura é pobre e que o 
fogo é oxidante. O resultado é uma chama que tende a ser curta clara e limpa. O excesso 
de oxigênio não toma parte do processo, por exemplo, se quatro átomos de oxigênio (ao 
invés de 2) são misturados com um átomo de carbono, dois átomos de oxigênio vão 
sobrar. (assim como ter seis rodas para um chassis). 
 
 
C + 2O2 ===> CO2 + O2 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Se muito combustível (ou oxigênio insuficiente) for fornecido, dizemos que a mistura é 
rica e que o fogo é redutor. 
 
 
 
O resultado é uma chama que tende a ser mais longa e muitas vezes fumarenta. 
 
 
Dizemos que a combustão é incompleta, quando todas as partículas de combustível 
combinam com algum oxigênio, mas não o suficiente para a queima completa. (assim 
como um chassis com três rodas). 
 
Por exemplo, se misturarmos dois átomos de carbono (em vez de um) com dois átomos de 
oxigênio, os átomos de carbono podem dividir entre si os átomos de oxigênio, mas 
nenhum deles terá o suficiente para se transformar em dióxido de carbono. Então, eles se 
tornam em monóxido de carbono (CO). Um composto que mais tarde pode também se 
queimar, tornando-se dióxido de carbono, se mais oxigênio for fornecido à mistura. 
 
 
2C + O2 ===> 2CO + calor; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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mais tarde, 
 
 
2CO + O2 ===> 2CO2 + calor. 
 
O fornecimento de oxigênio para a combustão, normalmente vem do ar. Como o ar contém 
uma grande proporção de nitrogênio, o volume requerido de ar é muito maior que o 
volume requerido de oxigênio puro. 
Composição do ar seco: 
 
Componente % por volume % por massa 
 Nitrogênio 78,09 75.51 
 Oxigênio 20,95 23.15 
 Argônio 0,93 1.28 
 Dióxido de Carbono 0,027272 0,046 
 Outros 0,002728 0,014 
 
 
O nitrogênio do ar, não toma parte 
da reação de combustão, ele apenas 
“passa junto”, mas absorve parte do 
calor, portanto a energia do calor é 
distribuída entre uma grande 
quantidade de nitrogênio e produtos 
da combustão. O que quer dizer que 
resulta em uma temperatura de 
chama muito mais baixa, quando se 
usa ar ao invés de oxigênio puro. O 
mesmo fenômeno ocorre quando 
temos excesso de ar na combustão. 
ele interfere na temperatura da 
chama e na eficiência da 
combustão. 
 
 
 
 
13 
 
 Ar primário é aquele que é misturado no combustível ou no queimador. 
 Ar secundário é aquele usualmente soprado em torno do queimador. 
 Ar terciário é todo ar admitido na câmara, após o ar secundário, intencional ou não. 
 
Tempos de reação e intensidade de combustão 
Combustivel 
Situação 
da combustão 
Tempo de reação (s) 
CNP 
Int. comb. 
kJ/h m³ atm 
Todos Fornos de secagem 4,19E+04 
Carvão Doméstico 4,19E+05 4,19E+06
Carvão Pulverizado 1 4,19E+06 4,19E+07
Carvão No limite explosivo 0,1 
Carvão Leito fluidizado 4,19E+08 
Sólido Foguetes 4,19E+08 4,19E+09
Óleo pesado Carbonizando 0,1 
Óleo pesado Atomizado (ar ou vapor) 4,19E+06 4,19E+07
Óleo médio Atomizado (pressão de ar) 4,19E+07 4,19E+08
óleo leve Doméstico 0,01 4,19E+05 4,19E+06
óleo leve Em gotas 0,001 
óleo leveGotículas 
óleo leve Fornos industriais 4,19E+08 
óleo leve Turbina à gás 4,19E+08 4,19E+09
óleo leve Jato hidraulico 4,19E+08 4,19E+09
Líquido Foguetes 4,19E+10 
Gás Difusão turbulenta 4,19E+06 4,19E+08
Gás Chamas industriais 0,001 4,19E+08 4,19E+09
Gás Queimador "counter 
vortex" 
 
Gás Detonação 0,00001 4,19E+10 
 
Combustão dos combustíveis práticos. 
 
Carbono, hidrogênio e enxofre são freqüentemente queimados em suas formas puras, mas 
a maior parte dos combustíveis são misturas de compostos químicos chamados 
hidrocarbonetos (combinações de hidrogênio e carbono) . Quando queimados, o produto 
final é dióxido de carbono e vapor d’água, se não faltar oxigênio. Se faltar, o produto pode 
conter também monóxido de carbono, hidrogênio, hidrocarbonetos não queimado e 
carbono livre. 
 
Até aqui, temos falado apenas do produto final da combustão. Contudo, este produto final 
que é normalmente limitado aos mesmos e poucos componentes para todos os 
combustíveis chamados hidrocarbonetos, não necessariamente é produzido pelo mesmo 
processo de combustão. Com os diversos tipos de chamas, muitos, variados e 
 
 
 
 
14 
desconhecidos processos e produtos intermediários ocorrem, mesmo sendo os mesmos os 
produtos finais. 
 
 
O carbono e o hidrogênio formam e reformam uma sucessão de aldeídos instáveis e outros 
componentes que finalmente acabam por formar CO2 e H2O. 
 
Os tipos de compostos intermediários formados e sua velocidade de formação, 
dependem de diversos fatores, como temperatura, pressão, quantidade de oxigênio 
presente e grau de miscigenação. 
 
A boa combustão requer: 
 Proporção adequada de ar-combustível. 
 Uma completa e íntima mistura do combustível com o ar. 
 Uma ignição inicial e sustentável da mistura. 
 
Estes itens, juntamente com o posicionamento da chama, são as funções de um sistema de 
combustão. 
 
Proporção. As bases para a proporção requerida, já foram anteriormente discutidas, mas 
será abordada posteriormente quando se fizer necessário. 
 
Mistura. É importante para uma boa mistura de ar 
e combustível que ela seja uniforme e que toda 
partícula de combustível esteja em contato com 
uma partícula de ar. 
A maior parte dos combustíveis, portanto, são 
transformados em gás antes de sua combustão. 
Uma injeção fortemente turbulenta do 
combustível, cuida de sua transformação em gás e 
que este gás seja devidamente misturado com o ar. 
 
Combustíveis líquidos são normalmente 
evaporados, e o vapor resultante, então queimado 
como gás. A atomização do líquido apressa a 
evaporação, produzindo milhões de pequeninas 
 
 
 
 
15 
gotículas do líquido, conseguindo uma imensa superfície para evaporação. O calor 
proveniente das chamas próximas, irá muitas vezes causar a decomposição do combustível 
ou a quebra de suas moléculas, antes que ele possa evaporar. Este cracking, normalmente 
produz um hidrocarboneto mais leve (que queima como gás) e outro hidrocarboneto mais 
pesado (que pode queimar como carbono sólido, produzindo uma chama amarela muito 
luminosa ). 
 
Quando o carbono sólido é queimado, o processo é bastante complicado pelo fato de que 
cada átomo de oxigênio precisa entrar em contato com a superfície do carbono, formar 
CO, então mover-se de tal maneira a encontrar mais oxigênio. Portanto a combustão de 
sólidos consiste no fenômeno de transporte de massas (do oxigênio até a superfície e do 
CO para fora da superfície), mais mistura, mais combinação química. 
Se vamos queimar combustível sólido em grandes quantidades, conforme é comum 
fazermos com combustíveis líquidos ou gasosos, o sólido deve ser pulverizado para 
aumentar a área da superfície de contato para o transporte de massa. (O que pode ser 
comparado com uma estação de ônibus, com apenas uma plataforma de embarque. não 
importa quantos ônibus estão esperando a vez ou quantas pessoas estão na plataforma, a 
quantidade de pessoas despachadas depende apenas da velocidade com que um ônibus 
pode aportar apanhar pessoas na plataforma e sair, liberando a plataforma para outro 
ônibus. Pulverizar um sólido ou atomizar um líquido, corresponde a acrescentar outras 
plataformas de embarque). 
 
Ignição. A combinação química entre combustível e ar, ocorre à 
temperatura ambiente, mas muito lentamente. Se um monte de 
carvão é colocado em um ambiente confinado, a pequena 
quantidade de calor liberada pela sua lenta oxidação irá 
aumentando gradativamente a temperatura do monte. Com o 
aumento gradual da temperatura, a razão de oxidação também 
aumenta, o que por sua vez reforça o aumento da temperatura. 
Este mecanismo continua até que se inicia um incêndio no carvão. 
Este fenômeno é conhecido como combustão espontânea. 
Quando desejamos incendiar uma mistura ar-combustível, não 
podemos esperar pela combustão espontânea, não seria nada 
prático. Portanto, faz-se necessário a aplicação de uma quantidade 
razoável de calor em uma área bem localizada. Sabemos que um fósforo não põe fogo em 
uma axa de lenha, mas é capaz de acender uma palha. Isto, porque uma axa de lenha tem 
grande massa e condutibilidade térmica suficiente para conduzir muito mais energia do 
 
 
 
 
16 
 
que a chama de um fósforo é capaz de transmitir, portanto, nenhuma parte da axa terá 
calor suficiente para entrar em combustão. Entretanto, a palha tem a maior parte de sua 
superfície exposta à chama do fósforo e também pequena massa para absorver o calor; 
portanto, um ponto quente tão localizado pode se desenvolver em chamas. 
 
A ignição normalmente se caracteriza por apressar a 
reação de oxidação, adicionando uma fonte externa de 
calor até que a reação, por si, libere mais calor do que a 
perda para o ambiente e mantenha uma ignição contínua, 
sem fontes externas de calor. A menor temperatura em 
que isto acontece, chamamos de mínima temperatura de 
ignição da mistura ar-combustível em questão. 
 
 
 
 
Estabilidade de chama. O que pode diferenciar uma combustão útil, de outra totalmente 
inútil, é a função: configuração do queimador. Um queimador posiciona a área 
destinada à combustão, de tal forma que: 
 
a) Haja temperatura de ignição. 
 
b) A mistura ar-combustível esteja dentro dos limites de inflamabilidade. 
 
c) A velocidade de alimentação da mistura seja igual à velocidade da chama. 
 
Os queimadores industriais práticos, têm que oferecer estabilidade de chama em um largo 
range de quantidade de queima e também da razão combustível/ar. 
 
Calor disponível nos combustíveis. A quantidade de calor é medida em medida em 
Joules, quilo-calorias, BTU ou outra unidade de trabalho/energia. 
 
Medições experimentais tem determinado o calor liberado na combustão perfeita de 
diversos combustíveis. Se um certo combustível é misturado com uma quantidade 
adequada de ar e colocado em uma câmara fechada, onde o calor liberado pela combustão 
pode ser coletado e medido, a quantidade total de calor coletado dependerá da temperatura 
final do produto de combustão. 
 
Por exemplo, 1 kg de óleo leve libera cerca de 42,989Mj se o produto for coletado a 15,6 
ºC, mas libera apenas 37,919 Mj se coletado a 260 ºC. 
 
 
 
 
17 
 
 
Quando uma mistura perfeita de combustível e ar, originalmente à uma temperatura de 
15,6 ºC é queimada e seu produto de combustão resfriado à 15,6 ºC, O calor total liberado 
é chamado poder calorífico superior ou calor bruto do combustível. O termo poder 
calorífico inferior (PCI) ou calor líquido do combustível também é muito usado, e 
significa o valor do poder calorífico superior (PCS) menos o calor liberado pela 
condensação do vapor d’água do produto de combustão. Nas aplicações práticas da 
combustão, freqüentemente se usa o PCS. 
 
Temperatura da chama. 
 
 
 
 
18 
A liberação de calor, pela reação química entre ar e combustível,a) Aquece os produtos de combustão que saem e a mistura ar-combustível que entram 
no processo. 
 
b) Irradiam calor à sua volta. 
 
c) Arrasta o calor, aquecendo por contato direto as partes à sua volta 
 
Normalmente a temperatura da chama é maior quando as perdas para as vizinhanças é 
menor. 
 
A adição de excesso de ar ou excesso de combustível apenas gera mais matéria para 
absorver o calor da combustão, o que mantém a temperatura da chama muito mais 
baixa que a teórica, com a combustão perfeita. 
 
Sob certas condições, particularmente altas temperaturas, ocorre um fenômeno 
conhecido como dissociação, que simplesmente reverte a combustão, ou seja, quebra as 
moléculas dos produtos de combustão e os transforma novamente em combustíveis e 
oxigênio. Este processo absorve o calor que foi originalmente liberado pela combustão. 
por exemplo: 
 
 
Calor + 2CO2 ===> 2CO + O2 
 
 
 
 
 
Calor + 2H2O ===> 2H2 + O2 
 
 
 
 
 
 
Quanto maior a temperatura, maior será a tendência de dissociação. Portanto, quanto 
mais quente a chama maior é a quantidade de calor reabsorvida por este processo de 
reversão e o aquecimento da chama tende a encontrar um ponto de equilíbrio, no range 
de temperatura de 1870 a 2090 ºC para a maioria dos combustíveis. 
 
Esta temperatura de equilíbrio é a que tem sido testada e tabelada para os 
combustíveis mais comuns e divulgada como temperaturas calculada das chamas. 
 
 
 
 
 
19 
Uma fórmula simplificada para a temperatura da chama adiabática é: 
 
)()( combustãodeprodutosdosespecíficocalorxcombustãodeprodutosdosmassa
odissociaçãdeefeitolcombustívedoPCI 
 
 
Que com uma grande quantidade de excesso de ar, é freqüentemente chamada de 
temperatura da mistura quente. 
 
A temperatura real da chama é a temperatura teórica da chama, menos a queda de 
temperatura causada pela transferência de calor para o fluxo material e as vizinhanças, 
antes que a liberação de calor se complete. 
 
A temperatura de um forno só pode se igualar à temperatura teórica da chama se não 
houver transferência de calor da chama para a vizinhança. Isto é, se as paredes do 
forno for um isolamento perfeito (O que não existe) e se não houver carga no forno 
(forno sem serventia). 
 
Na maior parte dos casos, utiliza-se refratários e materiais especiais e também um 
projeto especial para o forno (para evitar sobre aquecimento localizado da carga), afim 
de se aproveitar ao máximo as temperaturas práticas da chama. 
 
A temperatura teórica da chama não é uma função do projeto do queimador, salvo 
quando a mistura ar-combustível é tão ruim que resulta em uma péssima e incompleta 
combustão,. 
 
Todavia, a real temperatura da chama é intencionalmente abaixada pelo aumento da 
transferência de calor da chama, em queimadores projetados para excesso de ar, 
chamas luminosas ou misturas retardadas. 
 
Uma pequena quantidade de excesso de ar ou excesso de combustível, pode reduzir 
bastante a temperatura da chama. 
 
Velocidade da chama. A chama é apenas um envelope ou a zona onde uma reação de 
combustão está acontecendo numa quantidade tal que produz radiação visível. A frente 
da chama é o contorno tridimensional em torno do qual a combustão começa, a linha 
divisória entre a mistura ar-combustível e os produtos de combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
20 
Num queimador de chamas estáveis, a frente da chama parece estar parada. Isto, porque 
a chama está se movendo para o queimador com a mesma velocidade com que a 
mistura ar-combustível sai do queimador. (O que pode ser comparado com um peixe 
nadando contra a corrente a 5 km/h, em uma corrente com fluxo de 5 km/h). 
 
 
Se a mistura que alimenta o queimador é muito rápida, a chama oscila sendo “soprada 
para fora” (blow-off) [como um peixe nadando a 5 km/h em um fluxo de 6 km/h]. 
porém, a maior parte dos queimadores, aceita por projeto de seu bocal, um considerável 
range de fluxo de alimentação. 
 
Se a alimentação da mistura ar-combustível para o queimador for muito lenta, a chama 
pode ser “engolida”, (como um peixe a 5 km/h em uma corrente de 3 km/h). ela será 
engolida até o ponto de mistura, ou até que seja apagada pelas paredes frias do 
queimador. 
 
A velocidade da chama depende de vários fatores, tais como: pressão, temperatura, 
combustível, relação primária ar/combustível, turbulência e efeito de refrigeração da 
vizinhança, portanto, salvo em alguns casos especiais, não pode ser predita. O pré-
aquecimento da mistura ar-gás resulta em considerável aumento da velocidade da 
chama. 
 
Limites de inflamabilidade. Nem toda mistura de combustível com o ar ou oxigênio 
irá queimar continuamente em uma combustão auto-sustentável. Existem os limites 
“pobre” (limite inferior) da mistura e “rico” (limite superior) da mistura, além dos quais 
a combustão prática é impossível. Um exemplo comum, é afogar o motor de um 
automóvel. (um excesso de combustível produz uma mistura muito rica, para ser 
queimada. (Acima do limite superior de inflamabilidade). 
Mesmo dentro dos limites de inflamabilidade, existem alguns limites práticos para o 
uso da mistura ar-combustível. Um deles é o CO, gás venenoso, gerado por fogo muito 
rico. outro limite é a temperatura ou atmosfera exigida pêlos processos. 
 
 
 
 
 
 
21 
Os limites de inflamabilidade também são conhecidos por limites explosivos (LEL e 
UEL), são expressos como volumes percentuais de combustível numa mistura ar-
combustível. 
 
COMBURENTE GÁS 
Ar Oxigênio 
Limites LEL (%) UEL (%) LEL (%) UEL (%) 
Metano 5,0 15,0 5,0 60,0 
Etano 3,0 12,4 3,0 66,0 
Eteno (etileno) 2,7 36,0 2,9 80,0 
Propano 2,8 9,5 2,3 45,0 
Propeno (propileno) 2,0 11,1 2,1 52,8 
Butano 1,8 8,4 1,8 40,0 
Monóxido de carbono 12,0 75,0 - - 
Hidrogênio 4,0 75,0 4,0 94,0 
Acetileno 2,2 80 / 85(*) 2,8 93,0 
Gás e comburente a 20ºC e 1 atm 
 
Intensidade de combustão. Inter-relacionados com temperatura de chama e 
velocidade de chama, o tempo de reação e intensidade de combustão, são 
aproximadamente o inverso um do outro. 
 
Tanto a intensidade de combustão, como a velocidade da chama, aumenta com a 
pressão absoluta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
22 
Referências 
 
 Andrews, G.E. and Bradley, D: determination of burning velocity by double ignition in 
a closed vassel, combustion flame 
 
 Essenhigh, R.H: An introduction to Stirred Reactor Theory Applied to design of 
combustion chamber. 
 
 Lupton, H.P.: Industrial gas engineering 
 
 Ministry of Fuel and Power: The Efficient Use of Fuel 
 
 Scholte, T.G. and Vaags, P.B.: The burning of hidrogen – Air mixtures and mixtures of 
some hidrocarbons with air, combustion and flame. 
 
 Spiers, H.M.: Thecnical data on fuel, Britihs National comitee. 
 
 Turin, JJ and Huebler, J.H.: Gas-Air-Oxygen combustion studies. 
 
 Underwood, A.J.V.: Calculation of flame temperature. 
 
 Vanderveer, F.E. and segeler, C.G.: Gas Engineers handbook. 
 
 Factory Mutual Engineering Coorporation: handbook of industrial loss prevention. 
 
 Natural Gas Processor Assn.: Publication 2145. 
 
 Booker: Document F21/ca/50, international flame research foundation. 
 
 Glassman, L.: Combustion 
 
 Coward and Jones: Limits of flamability of gases and vapors. 
 
 North American Mfg. Co.: North American Combustion Handbook 
 
 CSE consultoria e serviços de Engenharia ltda.: Manual de Engenharia de Combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
23 
 
 
Parte 3. Combustíveis do processo industrial. 
 
Constituintes químicos dos combustíveis. 
 
As propriedades físicas dos combustíveis gasosos, líquidos e sólidos, naturais ou 
artificiais, serão discutidas nesta parte. 
 
Os elementos químicos de maior importância para a engenharia de combustão, são 
o carbono,hidrogênio e enxofre. 
 
O nitrogênio, o dióxido de carbono, água e cinzas, aparecem em pequenas 
quantidades e não contribuem para a combustão, mas trazem problemas de 
manuseio e principalmente poluição. 
 
Carbono. É o maior componente da maioria dos combustíveis. O termo carbono 
disponível é usado para descrever carbono que não está quimicamente combinado com o 
oxigênio. 
 
 Salvo indicação contraria, o termo carbono, usado neste estudo, significa carbono 
disponível. 
 
A combustão completa de 1 
kg de carvão libera um 
calor bruto de 33,73 Mj. 
 
1kg C + 2.2/3 kg O2 ===> 3. 2/3 kg CO2 + 33,73 Mj 
 
A combustão incompleta (produzindo monóxido de 
carbono ao invés de dióxido de carbono) liberará 
10,12 Mj por kg de carbono. 
 
1kg C + 1.1/3 kg O2 ===> 2. 1/3 kg CO + 10,12 Mj 
 
Uma adição posterior de oxigênio, com resignação, liberara 
33,73 menos 10,12 Mj ou 23,61 Mj (por kg do carvão 
inicial). 
 
2.1/3 kg CO + 1.1/3 kg O2 ===> 3. 2/3 kg CO2 + 23,61 Mj 
 
Carvão, na forma de combustível sólido, é difícil de 
acender, e conforme já explicado, queima muito 
lentamente, salvo se for pulverizado. 
 
 
 
 
24 
Nos combustíveis líquidos e gasosos, o carbono aparece como hidrocarbonetos compostos 
ou monóxido de carbono. 
 
Se não for devidamente queimado, os 
hidrocarbonetos compostos podem “crackear” 
produzindo fuligem. Apesar destas desvantagens, 
o carvão é uma das principais fontes de calor; 
Portanto a engenharia de combustão tenta sanar 
estas dificuldades. 
 
No caso de combustíveis sólidos, uma rápida e 
eficiente combustão é conseguida principalmente 
pela queima em leito fluidizado ou na forma de 
suspensão pulverizada. 
 
O problema da fuligem, com os combustíveis líquidos ou gasosos é minimizado pelo 
projeto dos queimadores e câmaras de combustão que mantenham ar e turbulência 
adequados, e que evitam excessivo aquecimento do combustível, antes de seu contato com 
o ar. 
 
Hidrogênio. Tem um poder calorífico muito alto quando comparado com o do carbono. 
 
Contudo, por ser o hidrogênio o mais leve dos 
gases, o poder calorífico de um litro (0,001 m3) 
de hidrogênio (nas mesmas condições de 
temperatura e pressão) é pequeno, quando 
comparado com outros combustíveis gasosos. 
(Princípio de Avogadro) 
 
O hidrogênio tem uma velocidade de chama maior que a maioria dos combustíveis 
gasosos o que parcialmente faz com que tenha pequena quantidade de calor (em base de 
volume de chama). 
 
O termo hidrogênio disponível se refere ao hidrogênio que não está combinado com o 
oxigênio. Salvo indicação contraria, o termo hidrogênio neste estudo, se refere ao 
hidrogênio disponível. 
 
Enxofre. Deve ser visto sob restrições, devido ao 
seus efeitos corrosivos e poluentes. Nos fornos 
metalúrgicos e de cerâmicas, pode afetar seriamente 
a qualidade dos produtos. Nas caldeiras, o dióxido 
de enxofre, o excesso de ar e o vapor d’água no 
produto de combustão, podem se unir para formar 
ácidos altamente corrosivos para o equipamento. 
 
 
 
 
25 
A presença de gases compostos de enxofre podem abaixar o ponto de orvalho (dew point) 
do vapor d’água nos gases de combustão, agravando os problemas de corrosão. 
 
Comparação generalizada dos combustíveis. A maior parte dos combustíveis consistem 
de carbono e hidrogênio combinados em várias proporções. 
 
A razão C/H é baseada nos C e H disponíveis, exceto para os combustíveis sólidos. 
 
As análises nem sempre completam a soma de 100 %, porque alguns combustíveis contém 
CO2. 
 
Uma regra prática e generalizada entre os engenheiros de combustão, é que um metro 
cúbico de ar libera o calor de 3,725 Mj. Os 3,725 Mj aqui mencionados, referem-se à 
calor bruto (calor total). 
 
Portanto um metro cúbico de gás com o calor total de 37,25 Mj, requer 10 m3 de ar para 
queimar completamente, e um litro de óleo com o calor total de 40 Mj, requer 10,738 m3 
de ar para sua queima completa. 
 
Esta regra é bastante aproximada, e na prática, muito mais usada para determinar o ar 
necessário para os combustíveis comerciais ou medir seu poder calorífico que os cálculos 
da análise química. 
 
Para combustíveis gasosos, as seguintes fórmulas empíricas também são utilizadas: 
 
a) Para combustíveis com HHV maior que 14,92 Mj/m³ 
 
6,0
3,37
³)/(  mMjHHV
gasosolcombustívedeVolume
necessárioardeVolume 
 
 
b) Para produtores de gás 
 
81,4
³)/( mMjLHV
gasosolcombustívedeVolume
necessárioardeVolume  
 
 
c) Para fornos de jatos de ar (blast furnace) 
 
 
27,5
³)/( mMjLHV
gasosolcombustívedeVolume
necessárioardeVolume  
 
 
 
 
 
26 
Propriedade dos combustíveis sólidos 
 
O projetista e usuário dos equipamentos de manuseio e queima de combustíveis sólidos, 
tem que tomar muito cuidado com uma série de propriedades destes combustíveis. Entre 
elas, o poder calorífico, o conteúdo de substâncias voláteis, os teores de cinzas e umidade, 
a temperatura de fusão das cinzas, as suas características abrasivas e aglomerantes. Para 
maiores detalhes, devem ser consultados dados especiais dos combustíveis sólidos. 
 
As advertências acima, são duplamente importantes quando se usa refugos de produção e 
lixo como combustível. Nestes caso, o melhor é construir um protótipo piloto para testar as 
características de queima, com uma verdadeira amostra do que vai se queimar. 
 
As emissões e efluentes resultantes devem ser analisadas por pessoal competente e 
avaliadas os seus resultados. É preciso ter em mente que as propriedades e analisadas dos 
rejeitos, variam de uma fonte para a outra, e numa mesma fonte, pode variar com o tempo. 
 
Propriedades dos combustíveis líquidos 
 
Análise química. A maior parte dos combustíveis líquidos são derivados de petróleo, 
consistindo de misturas de compostos hidrocarbonetos. 
 
A análise química dos compostos que formam estas misturas é muito difícil, portanto é 
prática comum que se faça uma “análise química típica” ou diversas medições físicas, em 
seu lugar. 
 
 Uma análise típica, lista a porcentagem (por peso) dos diversos elementos químicos no 
combustível. Do ponto de vista teórico, o conhecimento das percentagens de carbono e 
hidrogênio é útil para a determinação do ar necessário e análise do gás de exaustão. 
 
O tipo ou a classificação de um óleo não pode ser determinada apenas por uma análise 
típica. 
 
 
 
 
 
27 
A maior parte dos óleos contém de 83 à 88% de carbono e 6 à 12% de hidrogênio, por 
peso. 
 
Devido a todo óleo combustível ser quimicamente similar, e devido as propriedades físicas 
afetarem grandemente as operações dos equipamentos de queima de combustíveis, as 
propriedades físicas do óleo são muito mais freqüentemente medidas e especificadas pelos 
seus produtores. 
 
As propriedades físicas de maior significado para um engenheiro de combustão, são 
discutidas a seguir. 
 
Densidade. Esta propriedade dos combustíveis líquidos 
é também chamada de peso específico. 
 
É definido por um número em diversas escalas de 
unidades, as mais comuns são graus API (American 
Petroleum Institute) e peso relativo à água, quando 
ambos à 15,6 ºC. 
 
A escala API, substitui a escala Baumé, originalmente 
introduzida porque era uma escala linear num 
hidrômetro, um instrumento usado para medir densidade 
à 15,6ºC. 
 
O peso específico da água é 1000 kg/m³, a densidade da água é 1,00 e o grau API da água 
é 10,00º. A relação entre estas várias unidades é dada a seguir. 
 
a) 
5,131º
5,14160/60  APIFgrsp onde ºAPI medido à 60 F 
 
b) 
130º
14060/60  BeFgrsp onde ºBe medido à 60 F 
 
c) 
3,62
³/60/60 ftlbFgrsp  onde lb/ft³ medido à 60 F 
 
d) 
34,8
/60/60 gallbFgrsp  onde lb/gal medido à 60 F 
 
A densidade dos combustíveis líquidos variam com a temperatura devido a dilataçãotérmica. Portanto, em qualquer escala, a temperatura em que ela foi medida, tem que ser 
explicitada. Se a temperatura não for dada, presume-se que é 15,6 ºC. Obs.: Os graus API 
sobem se a temperatura sobe, e descem se a temperatura desce. 
 
 
 
 
28 
 
Viscosidade. A viscosidade de um fluido é a medida de sua 
resistência interna para fluir. Viscosidade é o oposto de 
fluidez. Um óleo altamente viscoso aproxima-se do estado 
sólido e não irá fluir facilmente, todavia um óleo de baixa 
viscosidade flui rapidamente. Quanto mais viscoso um óleo, 
maior o custo de seu bombeamento e maior a dificuldade de 
atomiza-lo. 
 
Viscosidade é medida pelo tempo de fluxo, forçado pelo 
campo gravitacional através de uma restrição capilar, sob 
temperatura controlada. Desde que a razão de fluxo depende 
tanto densidade quanto da viscosidade de um óleo, esta medição é chamada viscosidade 
cinética. A viscosidade absoluta, é obtida multiplicando a viscosidade cinética pela 
densidade do fluido. Uma grande variedade de unidades de viscosidade são usadas, 
portanto, adiante veremos fatores de conversão entre elas. 
 
Quando a temperatura aumenta, a viscosidade de um óleo diminui e ele flui mais rápido. 
Portanto óleos viscosos são freqüentemente aquecidos para um bombeamento mais barato 
e também para uma atomização mais eficiente. 
 
Testes de destilação. Estes testes avaliam o range de destilação de um combustível, como 
o ponto inicial de vapor (boiling point) [temperatura], o ponto final e pontos 
intermediários tais como 10% e 90%. (O ponto 10% é a temperatura na qual 10% do 
volume inicial é destilado). Este teste é feito com técnicas e equipamentos padronizados, 
para que se tenha resultados reproduzíveis e 
comparáveis. Apenas óleos leves são objetos destes 
testes, pois óleos pesados crackeiam antes de atingir seus 
“boiling points”. Baixos pontos iniciais e 10%, indicam 
possibilidade de vapor preso nos aquecedores. Altos 
pontos de 90% e ponto final, indicam a possibilidade de 
resíduos e formação de depósito nas gotas. 
 
 
Flash point e ponto de ignição. Quando o óleo 
combustível é aquecido, forma-se vapor sobre sua 
superfície. Se este vapor se torna suficientemente 
concentrado, a sua exposição à uma chama aberta 
resultará num flash. A menor temperatura em que isto 
ocorre, é chamada de “flash point”. O “ponto de 
ignição”, é a temperatura em que a chama é auto sustentada pelo menos por cinco 
segundos. 
 
 
 
 
29 
 
O flash point e ponto de ignição, indicam a 
extensão do fracionamento. Eles são 
interessantes do ponto de vista da 
segurança e das características de 
acendimento. Embora um pouco arbitrário, 
eles servem para indicar o perigo relativo de 
armazenamento de vários combustíveis. 
 
 
 
 
Resíduo de carbono. Quando um óleo é evaporado, 
pode ficar algum carbono livre, formado por cracking 
durante o processo de evaporação. A quantidade de 
carbono restante indica qual é a tendência do óleo de se carbonizar nas condições de 
vaporização. 
 
O resíduo de carbono pode ser medido pelo teste de Conradson, que é feito com chama 
aberta, ou o de Ramsbottom, em “banho maria”. Os resultados não são os mesmos. Mas 
existem fórmulas para converter um no outro. Estes testes são arbitrários; seus valores são 
falsos para mostrar o potencial relativo de formação de fuligem dos óleos. A possibilidade 
de formação de carvão não deve ser totalmente julgada por estes testes, pois a 
carbonização também é influenciada pelo projeto e operação do queimador. 
 
Cinzas. %, é determinada pela queima de todo material 
combustível de uma amostra, de peso conhecido, de óleo. A 
matéria mineral remanescente são as cinzas que normalmente 
consiste de pequenas quantidades de lama e areis. As cinzas não 
são normalmente um problema para os queimadores, mas 
podem isolar as partes de transferência de calor ou fundidas, 
atacarem o refratário. 
 
Água e sedimentos (sedimentos do fundo e água, BSW). São 
determinados pela centrifugação de 50 ml de óleo combustível, 
misturados com 50 ml de benzol 90%, à 1400-1500 rpm e 48,9 
ºC. A água e os sedimentos são precipitados e medidos. 
Qualquer quantidade apreciável de água, causará chama 
descontínua. Sedimentos tende a bloquear queimadores e 
equipamentos de controle. 
 
 
 
 
 
 
 
 
30 
Teor de enxofre e emissão de SO2 na queima de óleo combustível. 
 
Segundo os órgãos ambientais brasileiros, em média, um kg de óleo combustível contém 
10.000 kcal, ou seja: 104 kcal = 1 kg de óleo combustível. 
E portanto: 106 kcal = 100 kg de óleo combustível. 
 
Se o teor de enxofre neste óleo é de X%, então, a massa de “S” neste mesmo óleo será: 
Ms = 1.000 g * X / 100 = 10 * X g / (kg de óleo) = 1.000 * X g/(106 kcal) [ou 100 kg] 
 
Sabendo-se que: 
Massa atômica do S = 32; 
Massa atômica do O = 16; 
Implica que a massa atômica do SO2 = 64 = ( Ao dobro da massa de enxofre) 
 
Portanto: A queima total do óleo combustível em questão, com X% de enxofre, provocará 
a liberação da seguinte massa de SO2 : Mso2 = 2 * 1.000 * X (% de “S”) ou: 
 
 Mso2 = 2.000 * X g/(106 kcal) 
 
Por exemplo: A queima completa de 100 kg de óleo combustível com 3,5% de enxofre, 
liberará: Mso2 = 2.000 * 3,5 g/(106 kcal) = 7.000 g de SO2 = 7.000.000 mg de SO2 
 
Ou ainda: 
O teor de enxofre máximo admitido no óleo combustível, pode ser calculado pela 
seguinte fórmula: 
S%(max) = Mso2 (admitida) / 2.000 
onde: 
S%(max) = Máximo teor de enxofre do óleo (em percentual). 
Mso2 (admitida) = Máxima emissão de SO2 admitida por lei, para 106 kcal (100 kg) de 
óleo combustível (em gramas). 
 
Por exemplo: Se a máxima emissão de SO2 admitida por lei, para 106 kcal (100 kg) de 
 óleo combustível for 2.750.000 mg, o máximo teor de enxofre será: 
 
S%(max) = 2.750 g/ 2.000 = 1,375% 
 
 
Ponto sólido (Pour point). Se uma amostra de óleo for resfriada gradualmente, a 
temperatura atingirá um ponto onde o óleo não mais fluirá, o ponto sólido, que depende 
principalmente da quantidade e tipo de graxa contida no óleo. 
 
 
 
 
 
31 
Padrões. Como o petróleo de cada origem é diferente em sua composição, e cada país, 
aplicação e fornecedor tem seu ponto de vista econômico, existem diversos padrões para 
óleos combustíveis. porém, todos eles baseados nas propriedades físicas acima 
mencionadas. 
 
 
Propriedades dos combustíveis gasosos 
 
 
Os combustíveis gasosos podem ser volumetricamente analisados, em termos de 
compostos químicos que contém. Outras propriedades importantes dos combustíveis 
gasosos, são discutidas a seguir. 
 
 
Densidade do gás. É a densidade do gás, relativa ao ar. 
[Nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), 
ar = 1,225 kg/m³]; 
 
 
Poder calorífico. Embora possa ser calculado por análise química do gás, prefere-se a sua 
medição, nas condições de fluxo com pressão constante, através de um calorímetro. 
 
 
O poder calorífico é expresso em Mj/m³, sob determinadas condições de umidade, 
temperatura e pressão. Obs.: Estas condições não são bem padronizadas. 
 
 
Propriedades dos gases: 
Gás M.mol. g Sp.Gr. ar (m³/kg) Cp (kj/kg) Cv (Kj/m³) k=Cp/Cv 
Ar 28,970 1 0,817 1,013 0,725 1.396 
CO2 44,010 1,5280 0,535 0,933 0,744 1.255 
CO 28,010 0,9670 0,845 1,047 0,750 1.397 
H2 2,016 0,0696 11,738 14,203 10,071 1.410 
N2 28,020 0,9670 0,845 1,042 0,745 1.399 
N2O 44,020 1,5310 0,534 0,879 0,0690 1.274 
O2 32,000 1,1050 0,739 0,929 0,0669 1.389 
SO2 64,060 2,2540 0,362 0,615 0,485 1.268 
Vap.H2O 18,020 0,6320 1,293 2,189 1,727 1.268 
CH4 16,040 0,5550 1,472 0,565 0,046 12.373 
C3H8 44,000 1,52 0,536 0,405 0,276 1.465 
C4H10 58,000 2,00 0,408 0,385 0,265 1.455 
GNatural 16,040 0,598 0,730 0,565 0,046 12.373 
GLP (50/50) 51,000 1,76 0,472 0,395 0, 2705 1.460 
Onde: C3H8 = Propano 
 C4H10 = Butano32 
Poder calorífico dos gases: 
Gás PCS (kJ/Nm³) PCS (kJ/kg) 
Hidrogênio 12767 141859 
Metano 39893 55607 
Etano 69906 51906 
Eteno ou etileno 63209 50316 
Gás natural de Campos 42111 67838 
Gás natural de Santos 44736 66788 
Gás natural da Bolívia 41684 69044 
Propano 101301 50358 
Propeno ou propileno 93766 48976 
n-Butano 133533 49520 
iso-Butano 132696 49437 
Buteno-1 125161 48474 
iso-Pentano (líquido) - 48558 
GLP (médio) 117208 49897 
Acetileno 58520 49947 
Monóxido de carbono 12617 10092 
 
 
Hidro carbonetos condensáveis. Os termos seco e úmido, indicam se os gases têm menos 
ou mais que 1,34 litros de hidrocarboneto condenável (geralmente gasolina natural) por 
100 m³ de gás. 
 
Teor de enxofre. indica o percentual de sulfeto de hidrogênio ou outro composto de 
enxofre contido no gás. 
 
Intercambialidade de combustíveis 
 
A falta de um determinado combustível, sua variação de preço ou seu impacto ambiental 
pode motivar sua substituição por outro, de preferência com mudanças pouco 
significativas na câmara de combustão, queimadores, tubulação ou controles. 
 
Os cinco aspectos que precisam ser considerados, são: 
 
1- Fornecimento do mesmo fluxo aproximado de calor. 
2- Capacidade de manuseio: 
(Efluentes, queimadores, tubulações, válvulas e controles). 
3- Estabilidade dos queimadores. 
4- Padrões de liberação de calor. 
5- Atmosfera do forno ou fornalha. 
 
Gás para gás. O índice de Wobbe, a fórmula (a) abaixo, é usada para avaliar a 
intercambialidade, com relação aos itens 1 e 2. Se o gás substituto tem o mesmo índice de 
 
 
 
 
33 
Wobbe que o substituído, não serão necessárias mudanças de válvulas ou ajustes na troca 
de combustíveis. 
 
Se o gás substituto, que pode ser uma mistura ar-combustível, tiver maior densidade que o 
substituído, menos metros cúbicos fluirão através da tubulação, válvulas ou restrições, 
com a mesma queda de pressão. Para compensar este efeito, a mistura substituta tem que 
ter um poder calorífico maior, para liberar a mesma quantidade de calor original, no 
queimador. Inversamente, se o substituto tem menor densidade, deverá ter um menor 
poder calorífico para manter os mesmos ajustes. Isto significa que: 
 
a) 
mG
G0 Necessariamente = 
0cfh
cfhm ou 
mG
G0 = 
mH
H 0 
Onde: 
 
 G = densidade relativa ao ar 
 H = PCS 
 o = Original 
 p = substituto puro 
 a = ar 
 m = mistura substitua, constituída de p e a. 
 
Rearranjando a fórmula acima, temos a definição do índice de Wobbe. 
 
b) 
m
m
G
H
G
H 
0
0 
 
Para misturas onde um dos ingredientes é o ar. 
 
c) 



 apm GxaGxpG 100
%
100
% , 
 
mas Ga = 1 e % a = 100 – p; Portanto  1100%1  pm GxpG 
 
d) 



 apm HxaHxpH 100
%
100
% , 
 
mas Ha = 0, então, pm Hx
pH
100
%1  
 
 
 
 
 
34 
Combinando as fórmulas acima, a porcentagem de substituto puro em uma mistura com ar, 
que será intercambiavel com o gás original, tanto na liberação de calor quanto nas 
condições de fluxo, será: 
 
e) 
  2
0
0
2 411
200%





H
H
xGxGG
p
p
pp
 
 
Nº de Wobbe sup 
GÁS Superior (kJ/Nm³) 
Hidrogênio 48256 
Metano 53309 
Etano 68223 
Eteno (ou etileno) 63849 
Gás Natural de Campos 53736 
Gás Natural de Santos 55703 
Gás Natural da Bolívia 53723 
Propano 81108 
Propeno (ou propileno) 77077 
n-Butano 92368 
iso-Butano 92008 
Buteno-1 88500 
GLP (médio) 86880 
Acetileno 61346 
Monóxido de carbono 12809 
 
Gás liqüefeito de petróleo. (Propano, butano e misturas de propano e butano) são 
vendidos e estocados como líquidos em vasos de pressão. Para a maior parte dos 
consumos industriais, requer-se um vaporizador. O volume de gás disponível em um 
metro cúbico de líquido, é 275,49 metros cúbicos, para o propano comercial e 235,61 
metros cúbicos para o butano comercial, quando tanto gás quanto líquido são medidos 
15,6ºC e 101,6 kPa. É necessário um controle de razão ar/gás, automático, que mantenha 
esta razão correta, em todas as demandas de projeto do queimador. Para o manuseio 
seguro da mistura, ela deve estar acima do limite superior de inflamabilidade, isto é, muito 
rica para ser queimada, até que, como será discutido posteriormente, seja misturada com o 
ar normal de combustão, no queimador. 
 
Estabilidade do queimador. É uma função da velocidade da chama e dos limites de 
inflamabilidade. Apesar de alguns métodos teóricos serem propostos para a avaliação da 
estabilidade da chama, quando da troca de combustíveis, é importante que seja 
experimentado na prática a queima do gás substituto, com os queimadores e bocais que 
deverão ser usados, e em todas as gradações da razão de fogo esperada. Queimadores de 
 
 
 
 
35 
pré mistura são geralmente mais sensíveis, Os queimadores mais modernos, de 
“estabilidade inteligente”, não têm normalmente problemas com os combustíveis de gases 
fósseis.(metano, etano, propano, etc...). Mas estes gases, muitas vezes contém formadores 
de fulígem não saturados, tais como propileno e butileno. 
 
Padrões de liberação de calor. Depende da forma, intensidade e luminosidade da chama. 
O gás natural é de queima relativamente lenta, portanto, a maior parte dos combustíveis 
substitutos tenderão a queimar com chamas mais curtas e mais intensas. O efeito de tal 
mudança, pode apenas ser avaliado por tentativas, para cada processo em que a 
substituição é proposta. 
 
Atmosfera do forno. Pode ser seriamente afetada se o combustível substituto contiver 
uma concentração mais alta de impurezas, tais como enxofre. Alguns processos, como 
geradores de tratamento térmico atmosférico, são sensíveis para a variação da razão 
carbono/hidrogênio, que pode interferir no controle do ponto de orvalho (dew point). 
 
Gás para óleo. A única maneira de queimar óleo em substituição ao gás, através de um 
queimador de gás existente, é com um sistema vaporizador externo, acoplado à um 
queimador de pré mistura. Se a entrada por queimador puder ser no máximo 73,275 kW 
(250.000 BTU/h), é normalmente mais barato trocar cada queimador a gás por um 
queimador duplo (dual burner). Estas conversões de sistemas (vaporizadores ou 
queimadores duplos) são bem mais caros que o custo da transformação gás para gás, mas 
podem ser economicamente viável. Na seleção do equipamento de conversão, deve-se 
atentar para os três primeiros aspectos listados no início desta seção de intercambialidade. 
 
O quarto aspecto, padrões de liberação de calor, é diferente para óleos, porque sua 
chama é mais luminosa. (embora existam alguns poucos queimadores projetados para 
produzir chama azul com óleo, e também queimadores de chama amarela longa e 
luminosa, com gás). Portanto, é necessário observar bem o comprimento da chama e a 
distribuição do calor através do equipamento. Também o volume final dos gases resultante 
da combustão é importante, pois interfere diretamente na velocidade de exaustão e 
consequentemente na eficiência da troca térmica. Se o espaço para a combustão é muito 
pequeno, ou se grande radiação da chama for prejudicial para o processo, a conversão para 
óleo (ou para o gás) pode exigir de uma revisão da câmara de combustão. 
Com a mesma Produção de vapor. 
 
 Caldeira AT c/ óleo 1A (projeto) Caldeira AT c/ Gás Natural Caldeira AT c/ óleo 4A 
 
 
 
 
36 
O quinto aspecto, atmosfera do forno. Foi uma grande preocupação para a forjaria 
industrial americana, quando da conversão do gás natural para combustível mais barato, 
nos anos 50, mas efeitos sérios como formações de crostas não puderam ser provados 
exceto em uma porção de casos especiais muito críticos. Assim como na substituição gás 
para gás, os efeitos da variação de enxofre ou darazão C/H têm que ser avaliadas para 
cada combustível e processo. 
 
Comparando o custo dos combustíveis 
 
O modo mais comum de comparar preços de combustíveis é pêlos seus poderes 
caloríficos. 
 
Contudo esta comparação pode levar a enganos, devido a uma série de razões, como 
veremos. 
 
O poder calorífico total dos combustíveis não é disponível nos equipamentos práticos de 
queima, porque a temperatura de exaustão dos gases de combustão não é baixa o suficiente 
para condensar o vapor d’água do produto da combustão. O que também muitas vezes não 
é desejável. 
 
O PCI e o PCS não são proporcionais em todo o range de combustíveis comercialmente 
disponíveis. 
 
O PCI pode ser facilmente calculado para combustíveis sólidos e gasosos, mas seu cálculo 
para combustíveis líquidos é altamente discutível, devido aos diferentes processos de 
refinação e armazenamento. 
 
A eficiência de combustão não é a mesma para todos os combustíveis. 
 
Por exemplo, combustíveis que possuem grande teor de hidrogênio produzem gases de 
combustão de alto calor específico; então as perdas pela chaminé serão muito maiores. 
 
Geralmente combustíveis gasosos ou líquidos podem ser queimados com maior eficiência 
que os sólidos, porque exigem um menor excesso de ar e portanto um menor consumo de 
calor em suas combustões. 
Com a mesma Produção de vapor. 
 
Caldeira FT c/ Óleo 1A Caldeira FT c/ óleo 4A Caldeira FT c/ Gás Natural 
 
 
 
 
37 
 
As cinzas nos combustíveis sólidos também causam perdas, pois para serem removidas, 
elas carreiam calor para fora do processo e também porque, nesta hora, algum combustível 
não queimado pode ser retirado com elas. 
 
Custos operacionais. Normalmente variam bastante para combustíveis diferentes. O custo 
de manuseio dos combustíveis sólido e a retirada de suas cinzas são consideráveis. 
 
Combustíveis líquidos tem que ser bombeados, armazenados e muitas vezes aquecido. 
 
Os custos dos equipamentos Para controle, segurança manuseio, estocagem, combustão e 
redução de poluição, geralmente são menores para os combustíveis mais leves e limpos. 
 
Na operação, os revestimentos das câmaras de combustão e exaustão têm que ser trocados 
com maior freqüência com alguns combustíveis. Portanto, a determinação do custo do 
equipamento e sua operação é um problema especial para cada caso em particular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Danos provocados em caldeira FT, devido à troca de combustível de Óleo 1A Para Gás Natural, 
sem limitação da potência 
 
 
Danos provocados em caldeira AT, devido à troca de combustível de Óleo 1A Para Óleo 4A, sem 
limitação da potência 
 
 
 
 
38 
Referências 
 
 American National Standards Institute: Standard Specifications for fuel oils. 
 
 Ecolaire EPC, Inc.: Controlled Air Incineration. 
 
 Liptak, B.G.: Enviromental Engineer s’ Handbook. 
 
 National Bureau of Standards: Thermal expansion of volatil petroleum liquids. 
 
 Rosin, P.O. and fredlander, G.: Technical data on fuel. 
 
 Schimdt, P.F.: Fuel Oil Manual. 
 
 Spiers, H.M.: Technical data on fuel. 
 
 Rose, J.W.: Technical data on fuel. 
 
 McGamon, H.E.: Making shaping, and treating of steel. 
 
 Vanderveer, F.E.: Gaseous fuels. 
 
 Heap, M.P. et al: The influence of fuel caracteristics on Nitrogen Oxide formation. 
 
 Gas Processor suppliers Association: Engineering Data Book. 
 
 Katz, D.L. et al.: Handbook of Natural Gas Engineering. 
 
 LNG: Information Book Task Group of liquefied natural gas cometee. 
 
 Reed, R.J.: Gaseous fuels and liquid fossil fuels. 
 
 Roe, D.R.: British gas data book. 
 
 North American Mfg. Co.: North American Combustion Handbook 
 
 CSE consultoria e serviços de Engenharia ltda.: Manual de Engenharia de Combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
39 
Parte 4: Análise da combustão. 
 
Freqüentemente é necessário predizer o ar necessário para queimar um combustível, seus 
produtos de combustão e as perdas térmicas que resultarão de um processo de combustão. 
Existem dados tabulados, dos combustíveis típicos que podem fornecer estes dados. 
Porém, se nenhum dos combustíveis listados se aproxima de suas necessidades, os 
métodos mostrados nesta parte, devem ser usados. 
 
Neste capítulo, também se discute o significado da análise experimental dos gases de 
exaustão e meios de minimizar as várias perdas de combustão, para melhoria da eficiência. 
 
Em nossos estudos, estamos assumindo que todos os volumes medidos, de gases e ar, são 
mas CNTP, isto é 15,6 ºC e 1014 kPa, salvo quando houver indicação em contrario. 
 
Necessidades de ar para a combustão 
 
 
 
 
40 
 
Combustíveis gasosos. A quantidade de ar necessária para queima perfeita de um metro 
cúbico de qualquer combustível gasoso é dado pela fórmula: 
 
1) 
lcombustívedeVolume
ardeVolume
[(%CH4 x 0,0956) + (%C2H6 x 0,1673) + (%C3H8 x 0,239) + (%C4H10 x 0,311) + 
(%H2 x 0,0239) + (%CO x 0,0239) - (%O2 x 0,0478)] x [1 - % XSA / 100] 
 
Onde todos os percentuais são volumétricos. Os não combustíveis não afetam a quantidade 
de ar requerida pela combustão. Na fórmula 3) os volumes de gás e ar, tem que ser 
medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão. Se houver qualquer diferença 
nestas variáveis, correções tem que ser feitas, para o uso destas fórmulas. 
 
 Lei de Boyle: Estabelece que a uma temperatura constante o volume do 
gás varia inversamente em relação à pressão. 
 
 V2/V1 = P1/P2 
 
 Lei de Charles: Estabelece que o volume de um gás à pressão constante, 
varia em proporção direta com a temperatura absoluta. 
 
 V2/V1 = T2/T1 
 
 Lei de Poison: Estabelece que para um processo sem nenhuma troca de 
calor com o ambiente (isoentrópico ou adiabático), as relações entre 
pressão e volume seguem a equação: 
 
 P1.V1Cp/Cv = P2.V2 Cp/Cv 
 
onde: Cp = calor específico com pressão constante (kcal/(kg.ºC)) 
 Cv = calor específico com volume constante (kcal/(kg.ºC)) e: 
 mCp = mCv + 1,99; 
 m = massa de um mol do gás (peso molecular). 
 Cp/Cv = k 
 
 Lei geral dos gases: Pela combinação das leis de Boyle e Charles e da lei 
de Poison, encontramos: 
 
 2) e 3) P.Vk/T = Constante 
 
Onde: T = temperatura absoluta em ºK (ºC + 273) 
 P = pressão absoluta em kPa = (p + 1014) 
 p = pressão manométrica em kPa 
 
 
 
 
 
41 
Combustíveis líquidos e sólidos. A quantidade de ar requerida para a combustão 
perfeita de 1kg de qualquer combustível líquido ou sólido é dado pela fórmula: 
 
 
4) 
lcombustívedekg
ardem³
(%C x 2,426) + (%H x 7,276) + (%S x 0,910) – (%O x 0,910) 
 
Onde todas as percentagens são por peso. Os metros cúbicos para a fórmula 4, 
necessariamente são medidos nas CNTP. Para outras temperaturas e pressão, serão 
necessárias correções, conforme indicado no parágrafo anterior. 
 
5) 
óleodem
ardem
³
³ (254,8 x sg) – (50,7 x (sg)²) quando sg entre 0,825 e 0,876 
 
 

óleodem
ardem
³
³ (254,0 x sg) – (50,7 x (sg)²) quando sg entre 0,876 e 0,934 
 
 

óleodem
ardem
³
³ (253,3 x sg) – (50,7 x (sg)²) quando sg entre 0,934 e 1,007 
 
 

óleodem
ardem
³
³ (251,1 x sg) – (50,7 x (sg)²) quando sg entre 1,007 e 1,076 
 
Onde sg é densidade específica (60/60 ºF) do óleo. (O termo inerte, refere-se à 
substâncias não combustíveis, no óleo, tais como CO2, N2, cinzas e água.) Os m³ da 
fórmula, necessariamente devem ser medidos em nas CNTP. 
 
Todas as fórmulas citadas neste capítulo, referem-se às necessidades de ar para a 
combustão perfeita. Algumas vezes, queremos queimar combustível com deficiência de 
ar, para a obtenção de uma atmosfera redutora (não oxidante). Em outras, o excesso de 
ar é intencional. Estas condições são descritas,pela especificação do excesso de ar. 
 
Produtos de combustão. 
 
Geralmente precisamos saber a quantidade e qualidade dos produtos de combustão de 
um combustível, para a determinação adequada da exaustão, pressão do forno, tamanho 
da chaminé e perda de carga dos gases. Estes produtos, podem ser listados em tabelas, 
resultantes de combustão perfeita, ou também estimados por fórmulas, que podem usar 
os percentuais por peso ou volume. (algumas destas tabelas e fórmulas são fornecidas 
adiante). 
 
 
 
 
 
42 
Em qualquer destes casos, volumes devem ser corrigidos utilizando-se as leis de gases, 
considerando-se temperaturas e pressões. Lembre-se também que excessos de ar devem 
ser somados à volumes e massas dos produtos da combustão perfeita. (Excessos de 
oxigênio e nitrogênio). 
 
Quando existe deficiência de ar, é mais difícil predizer os volumes ou a análise dos 
produtos da combustão. Mas a massa total dos produtos, será igual à massa do 
combustível, somada à massa de ar fornecido. 
 
Análise dos gases de exaustão 
 
A análise dos gases de exaustão é usada para indicar a relação ar/combustível e também 
o grau de queima completa. Se a mistura não é homogênea, um excesso de ar deve ser 
fornecido, de tal forma que todas as partículas de combustível entrarem em contato com 
o ar e se queimem. Se a chama, ou produtos intermediários de combustão, quentes, 
entram em contato com uma superfície fria, ou encontram um sopro de ar frio, gás ou 
água, ele pode subitamente ser resfriado à um nível de temperatura no qual a reação de 
combustão não pode ser completada. Esta ação extintora pode resultar em combustão 
incompleta, com gases tais como O2, CO, H2 e aldeídos nos produtos de exaustão, como 
resultado de mistura não homogênea. 
 
Significado de % CO2, O2 e combustíveis. Com uma boa mistura, a combustão 
perfeita, teórica é obtida quando as análises dos gases de exaustão não mostram CO, H2 
ou O2, e quando % CO2 é máximo. 
 
Ajustando-se na prática a razão ar/combustível, até que se obtenha o máximo de %CO2 
e o mínimo de O2 e combustíveis, pode-se ajustar o queimador próximo a este ponto, 
que é o de máxima eficiência. 
 
Este procedimento permite o ajuste da relação ar/combustível para fornos de 
queimadores simples, sem necessidade de medição do combustível e do fluxo de ar. 
 
Para aplicações que requerem combustão oxidante ou então redutora, as análises dos 
gases de exaustão devem ser usadas como meio de repetição das condições desejadas. 
 
Com uma mistura não homogênea, tal como carvão moído, ou gás ou óleo queimados 
em queimadores de mistura retardada, a maneira como a análise do gás efluente varia 
com a variação da razão ar/combustível é uma função do ajuste físico do queimador e 
da câmara de combustão. 
 
As curvas para misturas não homogêneas (normalmente mostradas como padrão) são 
apenas uma das muitas possibilidades. Todavia, estas curvas demonstram que as 
análises dos gases efluentes podem ser usadas como indicação da razão ar/combustível 
ou da relatividade de combustão completa. 
 
 
 
 
43 
Referências 
 
 Hougen, O.A., Watson, K.M. and Ragatz, R.ª: Chemical Process Principles. 
 
 Vanderveer, F.E and Segeler, C.G.: Gas engineers handbook. 
 
 Turin, J.J. and Huebler, J.: Gas-Air-Oxigen combustion studies. 
 
 Babcock & Wilcox Co.: STEAM. 
 
 Boylen, J.L.: Practical heat recovery. 
 
 Fryling, G.: Combustion Engineering. 
 
 Holman, J.P.: Thermodinamics. 
 
 :Lewis, W.K., Radasch, A.H. & Lewis, H.C.: Industrial Stoichiometry. 
 
 Olsen, J.C.: The efficient use of fuel. 
 
 Rose, J.W. & Cooper, J.R.: Technical Data On Fuel. 
 
 Trinks, W, & Mawhinney, M.H.: Industrials furnaces. 
 
 North American Mfg. Co.: North American Combustion Handbook 
 
 CSE consultoria e serviços de Engenharia ltda.: Manual de Engenharia de Combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
44 
Parte 5: Combustão: Hidrocarbonetos (Óleos ultra-viscosos A e B) 
 
Normalmente, em nosso país, a composição em massa, destes óleos é: 
C = 48 % MA = 12 HHV = 32,781 Mj/kg 48 / 12 = 4 
H2 = 10 % MA = 1 HHV = 141,853 Mj/kg 10 / 1 =10 
S = 1,5 % MA = 32 HHV = 9,257 Mj/kg 1,5 / 32 = 0,047 
 
O ar, possui, em massa, 20,677674 % de O2. 
MA = 16 
 =1,21 kg/m3 
Montando a reação de combustão nas devidas proporções: 
 
4C + 5H2 + 0,047 S +6,547 O2  4CO2 + 0,047 SO2 + 5 H2O 
 
MC = 4 x 12 = 48 
MH = 5x2x1 = 10 
MS = 0,047 x 32 x 1 = 1,504 
M in = (100 – soma) = 42 
Mfo = 100 
 
MO = (9,547 x 16 x 2) = 209,504 
Mar = 209,504 / 0,20677674 = 1013,189 
Mar / Mfo = 1013,189/ 100 = 10,13189 
Var = 10,13189 / 1,21 = 8,373466 
MCO2 = 4 x (12 + 16 x 2) = 176 
 
MO2 no CO2 = (4 x 16 x 2) = 128 
Esta massa, representa o quanto de O2, em uma reação estequiométrica, entra na formação 
do CO2 
 
MO / MO2 no CO2 = 209,504/ 128 = 1,63675 
 
MSO2 = 0,047 x (32 + 16 x 2) = 3,008 
MH2O = 5 x (2 + 16) = 90 
 
C  HHV = (7 x 12 x 32,781) / 100 = 27,53604 Mj/kg 
H  HHV = (5 x 2 x 1 x 141,853) / 100 = 14,1853 Mj/kg 
S  HHV = (0,047 x 36 x 9,257) /100 = 0,13922528 Mj/kg 
FOHHV= (soma total) = 41,86057 Mj/kg 
 
REM (razão energética mássica) = 41,86057 / 10,13189 = 4,1315658 MJ/kg(Ar) 
REV (razão energética volumétrica) = 41,86057 / 8,373466 = 4,9991927 Mj/m3(Ar) 
 
 
 
 
 
45 
 O2 = 20,677674 - 1,363857 . C O2 
 C O2 = (20,677674 - O2) / 1,363857 
 
Onde : 
O2 = Percentual mássico de O2 na saída de gases (O2 que não entrou na combustão) 
CO2 = Percentual mássico de CO2 na saída de gases 
20,677674 = Percentual mássico de O2 no ar atmosférico 
1,363857 = MO / MO no CO2 (razão mássica entre O2 que entrou na combustão e O2 
que formou CO2) 
 
Cada 1% de O2  1 / 0,20677674 = 4,836134 de excesso de ar. 
 
MAr = Mfo x 10,13189 (=Mar / Mfo) + 4,836134 x O2 
Mg = MAr + Mfo = Mfo x 11,13189+ 4,836134 x O2 
 
 
 
Óleo Ultra viscoso ==> 
 
 
Redução do custo, com o aumento de viscosidade: 
 
% 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 9A
1A 3 10 19 25 30 36 41 47 
 2A 7 16 22 27 33 38 44 
 3A 9 15 20 26 31 37 
 4A 6 11 17 22 28 
 5A 5 11 16 22 
 6A 6 11 17 
 7A 5 11 
 8A 6 
 
Os óleos A custam 88,73% do custo dos óleos B 
A = Alto teor de enxofre 
B = Baixo teor de enxofre 
No futuro só ficarão os óleos: 1A ; 4A ; 7A 
Com teores de enxofre: Alto, Médio e Baixo. 
A = preço base; M = Preço A x 1,025; B = preço A x 1,055 
 
Densidade do óleo : r = -6,6629e-4 x t + 1,0605 
 
t = ºC 
r = kg / m3 
 
 
 
 
46 
 
 
Viscosidade do óleo combustível: 
cs = 2,1333 . SSU -1,5712 
cp = cs . r 
 
SSU = ( 0,447 . exp(0,6775752 . N)) . (37627205299 . ºC-4,002) 
F = 0,447 . exp(0,6775752 . N) 
C = (SSU / (f . 37627205299))(1 / -4,002) 
 
N = Nº do óleo, por ex : 3A ===> N = 3 
 
Tarefa SSU 
Manuseio 2000—5000 (3000) 
Queim. Ar comp P=cte 130 –180 (150) 
Copo rotativo 90 – 125 (110) 
ar baixa pressão 60 – 90 (80) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Referências 
 
 Garcia, R.G & Bernardes H.J.: Manual BR de utilização de óleos combustíveis 
Ultraviscosos. 
 
 VaporCal ltda: Informação sobre combustíveis e combustão. 
 
 CSE consultoria e serviços de Engenharia ltda.: Manual de Engenharia de Combustão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Parte 6: Segurança em sistemas de combustão: 
 
Conforme dito anteriormente, o fogo pode ser o melhor de nossos servos, mas também, 
se fora de controle, o pior de todos os flagelos. 
 
Qualquer sistema de combustão gera riscos ao ser humano, ao patrimônio e ao meio 
ambiente. 
 
Os principais riscos são: 
 
1- Intoxicação e/ou asfixia: 
Orígem: Os gases produtos de combustão, normalmente são tóxicose/ou asfixiantes, 
por exemplo: CO, CO2, SOx, NOx etc ... 
 
Prevenção: Faz-se necessário a retirada dos gases do 
ambiente de combustão e sua dispersão pela atmosfera, de 
forma tal que proteja de imediato o trabalhador e não resulte 
em grande impacto ambiental. 
 
Portanto, o primeiro EPC (Equipamento de Proteção 
Coletiva) que encontramos é uma boa chaminé e seu sistema 
de exaustão, calculados para permitir a tiragem adequada 
dos gases do ambiente de trabalho e sua dispersão segura 
pela atmosfera. 
 
Conforme o combustível usado, cuidados especiais devem 
ser tomados, (tais como ciclones, lavadores de gases, etc ...) 
para manter os particulados e o teor das emissões dentro dos 
limites exigidos. 
 
2- Excesso de calor por radiação, convexão e condução: 
Origem: Os sistemas de combustão são projetados para geração de calor para algum 
processo, portanto, para a proteção dos usuários e também eficiência econômica, a 
combustão e o circuito de gases de combustão devem se processar dentro de uma 
câmara, térmica e mecanicamente isolada do ambiente de trabalho e dirigida 
especificamente ao seu objetivo alvo de fonte de calor. 
 
Prevenção: A câmara de combustão e o circuito dos gases de combustão, devem ser 
de tal forma que minimizem os riscos de incidentes provocados pela radiação, 
 
 
 
 
 
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convexão e condução, protegendo assim, o trabalhador e o patrimônio, contra 
possíveis queimaduras, incêndios e outros danos, tornando-se portanto, no segundo 
EPC do sistema. Normalmente é usado uma estrutura de aço, revestida internamente 
com cimento refratário e externamente com lã de vidro ou outro material isolante 
térmico. 
 
3- Explosões: 
Origem: As explosões ocorrem, quando uma apreciável quantidade de combustível, 
atomizado, com temperatura acima de seu ponto de fulgor e em presença de uma fonte 
de ignição, entra em contato súbito com uma massa de comburente (ar ou oxigênio). 
 
Esta situação não é difícil de ocorrer dentro de uma câmara de combusão. Basta que a 
uma chama “rica” (com excesso de combustível) se sobreponha um regime de chama 
“pobre” (com excesso de ar). Os principais momentos em que esta situação pode 
ocorrer, são: 
 
a- Na Partida do sistema: Nesta situação, efetuamos uma pré-purga (cujo tempo 
deve ser calculado para que o fluxo do ventilador troque pelo menos 5 vezes o ar 
do circuito dos gases de combustão), acendemos um piloto (a gás ou óleo diesel) e 
então, atomizamos o combustível principal, com temperatura acima de seu ponto 
de fulgor, diretamente sobre a chama do piloto. Pronto! Se por acaso o piloto se 
apaga e for tentado uma re-ignição sem uma pós-purga, ou se ele se torna tão 
instável que não acenda a chama principal de imediato, teremos uma explosão. 
 
Prevenção: Nos sistemas atuais, tanto a chama do piloto quanto a chama principal são 
monitoradas por um “detetor de chamas” que por sua vez é supervisionado por um 
dispositivo programavel, geralmente um PLC, que controla os tempos de acendimento 
e a estabilidade das chamas em questão. Caso o piloto apague ou fique instável, o 
dispositivo programador aciona uma válvula “shut-off” na linha do combustível 
principal, impedindo sua alimentação. Esta “shut-off” é manualmente rearmada e sua 
abertura somente é permitida pelo sistema, após o ciclo de pós-purga, com tempo igual 
ao da pré-purga. 
 
 
 
 
 
50 
A chama de uma combustão emite luz, numa gama de frequências que vai desde o 
infra-vermelho, passando pelo espectro visível, até o ultra-violeta. Porém, para um 
detetor de chamas, não é aconselhável que ele trabalhe com o espectro visível, pois a 
iluminação ambiente (caso haja algum vazamento de luz para o interior da câmara de 
combustão) pode ser confundida com “chama estável”. Por outro lado, um sensor 
infra-vermelho, vai detectar a “temperatura do refratário” da câmara de combustão, 
como chama estável. Portanto, sempre recomendamos que os detetores de chama 
sejam apropriados para a detecção de chamas, na faixa do ultra-violeta. 
 
Para equipamentos de combustão de pequena potência, é também permitido o uso de 
detetores iônicos de chama. 
 
b- Quando há uma modulação brusca da carga: Geralmente os sistemas de 
combustão usuais possuem regulagens de relação ar-combustível que podem ser: 
 
o Fixos: Neste caso, o equipamento opera com posições pré ajustadas e relação 
ar-combustível, fixas: 
 Fogo alto, 
 Fogo baixo, 
 Desligado. 
 
Na transição de potências, ocorre geralmente uma turbulência muito grande e nem 
sempre a variação do combustível, que é fixa para cada ponto, consegue acompanhar a 
variação do ar no mesmo intervalo de tempo, acarretando a possibilidade de formação 
de atmosfera explosiva dentro da câmara de combustão. Esta é uma situação muito 
comum em caldeiras fogo-tubulares e responsável pela maior parte das explosões 
ocoridas nestes equipamentos. 
 
N2
N2
H2O
H2O
H2O
CO2
CO2
CO2CO H2
CH4
O2 dry
basis
O2 dry
basis
%Deficiency of Air % Excess Air
60 40 20 0 20 40 60 80 100 500 900
0
4
8
12
16
20
24
50
60
70
80
90
 
 
 
 
51 
 
Prevenção: Costuma-se manter neste tipo de sistema, para cada ponto operacional, 
uma regulagem da relação ar-combustível, com excesso de ar, superior ao exigido pela 
combustão eficiente. Perde-se em eficiência mas ganha-se em segurança. 
 
O grande problema é que este fato é pouco divulgado e é muito comum encontrarmos 
equipamentos deste tipo que foram “recalibrados” para operar com “maior eficiência” 
e estão oscilando perigosamente na zona da atmosfera explosiva. 
 
o Proporcionais: Nestes sistemas as modulações de cargas são muito mais suaves 
e a potência varia proporcionalmente ao solicitado. Para se obter este resultado, 
é instalado no sistema uma válvula ou relé de relação ar-combustível que visa 
manter esta relação durante todo o range de potência do queimador. 
 
Nos sistemas de menor potência, quem comanda a relação ar-combustível é a 
“pressão” que o combustível exerce sobre a “cabeça” da válvula de “relação”, pressão 
esta que é relativamente proporcional ao fluxo de combustível e faz com que o fluxo 
de ar seja proporcional à esta pressão. 
 
Este dispositivo funciona relativamente bem se operado entre 25 e 75 % da carga 
máxima do queimador. 
 
Sua operação é muito crítica com cargas baixas (partidas e paradas) e cargas no limite 
de sua potência máxima. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Este controle também não responde muito bem quando a modulação é rápida ou opera 
com óleo pesado, sujeito a entupimentos e/ou falsas “informações de pressão” na 
cabeça da válvula de relação, criando condições de geração de atmosfera explosiva na 
câmara de combustão. 
 
 
 
 
52 
Estes sistemas, também por precaução, são regulados com um excesso de ar 
“confortável” não admitindo maiores eficiências na combustão (são melhores que os 
sistemas fixos e tecnicamente mais aceitaveis), porém não desejaveis para sistemas de 
maiores potências. 
 
o Proporcionais por medição e controle: Nos sistemas de maiores potências, os 
controles são mais sofisticados e tanto o fluxo de combustível quanto o de ar é 
medido e suas proporções de mistura devidamente calculadas por programação 
computadorizada e os controles, automaticamente aplicados a cada situação do 
processo. Mas justamente por serem sistemas de grande potência e de 
controle sofisticado exige-se deles uma maior eficiência (menor excesso de ar), 
o que os torna muito mais vulneráveis nas situações de modulação de carga, 
pois qualquer dispositivo de controle possui uma inércia característica própria 
(tais como nossos reflexos) e também menor margem para possibilidades de 
falhas. 
 
Por este motivo, as empresas que consideram segurança com a mesma prioridade que 
qualidade e custos,