Aula 8 Combustão

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• Três fontes principais:
– Forças da natureza.
– Combustíveis - sólidos, líquidos ou gasosos.
– Energia atômica.
Realidade atual - COMBUSTÍVEIS FÓSSEIS são uma das 
principais fontes de energia empregadas, porém é uma fonte 
de energia esgotável.
Definição genérica: toda substância que, por reação química, 
é capaz de liberar calor.
Definição INDUSTRIAL: substância carbonácea que reaja 
facilmente com o ar atmosférico liberando grande quantidade 
de calor facilmente controlável. 
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Combustão
• Principais elementos - C, H, S, O, N.
– S - SO2 e SO3 (tóxicos, chuva ácida, formação de substâncias 
corrosivas).
– O - promove uma queda na quantidade de calor liberada (ligação O-
H já está estabelecida).
– N – inerte. Sai sob a forma de N2.
• DEFINIÇÃO - água ligada ou combinada - quantidade de 
hidrogênio já ligado ao oxigênio do próprio combustível, e 
que não está disponível para sofrer combustão e liberar 
energia (diminui o PC do combustível).
• Propriedades desejáveis em um combustível:
– Uso simples.
– Não deve produzir substâncias tóxicas ou corrosivas.
– De fácil e com baixo custo de obtenção.
– Transporte e armazenagem devem ser seguros.
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Combustão
• Reação de combustão - reação de oxirredução. 
Comburente - O2 – oxidante.
• Fonte de comburente - ar atmosférico (79% N2 + 21% O2; 
76,8 % N2 + 23,2% O2). Pode ser também utilizado O2 puro.
• Reações de combustão:
)(3)(2)(
)(2)(2)(
2)(2)(2
2)(2)(2
)()(2)(
)(2)(2)(
23
/0,72
/3,68)(21
/8,57)(21
)(/28
2
1
/7,96
ggs
ggs
gg
gg
ggs
ggs
SOOS
molkcalHSOOS
molkcalHlíquidoOHOH
molkcalHvaporOHOH
incompletacombustãomolkcalHCOOC
molkcalHCOOC






Fumos - composto por todos os produtos de reação mais o 
oxigênio em excesso e o nitrogênio do ar. 3
Combustão
• Reorganização das ligações - não ocorre alterações 
nucleares.
• Reação exotérmica - auto ativante.
– Temperatura de ignição - Valor crítico de temperatura que permite 
que a reação de combustão se inicie. A velocidade da reação com o 
O2 supera um valor crítico.
• Reação, geralmente, ocorre em fase gasosa.
• Tipos de combustão:
– Incompleta - presença de CO (incialmente converte-se todo o H em 
água) e combustível não oxidado nos fumos.
– Teoricamente completa - quantidade estequiométrica de 
comburente.
– Completa na prática - quantidade de O2 maior que aquela prevista 
estequiometricamente.
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Combustão
• Oxigênio teórico - quantidade de O2 necessária para a 
combustão completa do combustível, descontando-se a 
quantidade já presente no combustível.
OHCOOHC
OHCOOOHHC
22262
22252
325,3
323


• Ar teórico - Quantidade de ar (mistura de N2 e O2) que 
contenha a quantidade de oxigênio teórico.
• Ar em excesso - quantidade de ar contendo o comburente 
(oxigênio) em excesso (superior à quantidade teórica). 
Ar real = ar teórico + ar em excesso
𝑂2(𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜) = 𝑂2(𝑝.𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡ã𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎) − 𝑂2 (𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡í𝑣𝑒𝑙)
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Combustão
• Ar em excesso facilita o contato íntimo entre as 
moléculas de ar e as moléculas gasosas, ou 
finamente divididas, do combustível.
• O excesso de O2 impede que o equilíbrio das 
reações de combustão (transformação de CO em 
CO2 e dissociação da água) se desloque para a 
esquerda.
• Exprime-se o teor de ar em excesso como um 
percentual do ar teórico.
• Quantidade adequada de ar em excesso depende
do estado físico do combustível.
• Tem-se O2 nos fumos produzidos.
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Combustão
• Fumos - Produtos gasosos da combustão.
• Composição depende das condições de P e de T.
– Fumos em base úmida – H2O no estado vapor (PCI).
– Fumos em base seca – H2O no estado líquido (PCS).
• Na composição dos fumos deve-se considerar:
– A umidade presente no próprio combustível.
– O O2 em excesso.
– N2.
• Válida a equação de Clapeyron, uma vez que, na 
maioria das vezes as combustões são realizadas 
em pressões próximas à atmosférica.
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Combustão
• Aspectos importantes a serem considerados:
– efetuar uma combustão completa;
– utilizar a quantidade adequada de excesso de ar.
• Combustíveis gasosos e líquidos permitem 
melhor contato com o comburente.
• Combustíveis sólidos – fixação em leitos em cima 
de grelhas. Pulverizado e colocado na câmara, o 
combustível é queimado enquanto encontra-se 
suspenso no ar.
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Combustão – Balanços de energia
Calor gerado pela combustão completa de uma unidade de 
massa de combustível – adotar uma base de cálculo.
Qualificativos do poder calorífico
Do ponto de vista do processo:
• poder calorífico a pressão constante (q = H)
• poder calorífico a volume constante (q = U)
Do ponto de vista do estado físico da água na saída do combustível:
• poder calorífico superior (água líquida)
• poder calorífico inferior (vapor)
PCI = PCS – nH2O L
PCI = PCS se o combustível não possui hidrogênio nem 
umidade.
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Combustão – Balanços de energia
Obtendo o valor do poder calorífico: medidas experimentais 
ou cálculo a partir de valores tabelados de entalpia.
Medir em calorímetro: poder calorífico a volume constante (q = U).
Já vimos um exemplo no laboratório (Exp. 1)
Calcular a partir de dados tabelados de entalpia:
poder calorífico a pressão constante (q = H)
O poder calorífico é o negativo da entalpia da 
reação. 10
∆𝐻𝑟
𝑜 = 𝑛∆𝐻𝑓
𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑡𝑜𝑠 − 𝑛∆𝐻𝑓
𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑔𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠
Combustão – Balanços de energia
TABELA DE ENTALPIAS – É NECESSÁRIO ADOTAR UM REFERENCIAL – ZERO 
ARBITRÁRIO
Vocês repararam que, quando utilizamos o calorímetro, foi medido um T, a partir do 
qual se obteve um U. É difícil medir ou estabelecer valores absolutos para a energia 
interna. Medem-se diferenças. 
Por isso, adota-se um zero arbitrário. Como a entalpia deriva da energia interna, ela 
também tem um zero arbitrário. Adota-se usualmente como entalpia zero a entalpia 
dos elementos em sua forma mais estável, a 25oC. 
Tabela I: Entalpias de compostos a 25oC
composto H (kcal/mol) composto H (kcal/mol) 
O2 zero H2 zero 
CO -26,40 CO2 -94,05 
H2O líquida -68,32 H2O vapor -57,80 
C2H 135,33 CH3OH -48,03 
C2H6 -20,04 C36H74 -173,21 
C2H2 54,54 HCCOH 18,7 
Alsólido zero Al2O3 sólido -400,0 
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Combustão – Balanços de energia
Para o cálculo do poder calorífico inferior do CH3OH a 
pressão constante - calcula-se a entalpia de reação da 
combustão. A reação completa corresponde à soma de três 
reações de formação:
Para calcular o poder calorífico superior a 
pressão constante do CH3OH, utiliza-se a 
entalpia da água líquida.
CH3OH  C + 2 H2 + 0,5 O2  = - formação = 48,03 kcal 
C + O2  CO2  = 1 x (-94,05) = -94,05 kcal 
2 H2 + O2  2 H2Ovapor  = 2 x (-57,80) = -115,60 kcal 
__________________________ 
CH3OH + 1,5 O2  2 H2Ovapor + CO2  = 48,03 + (-94,05) + (-115,60) = -161,62 kcal 
 
PCIp cte = -161,62/ 32 = 5,05 kcal/g 
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Combustão – Balanços de energia
• Neste caso, consideraremos apenas as reações de 
combustão a partir dos elementos C, H e S.
• Se o composto tiver O, consideraremos que ele está 
sob a forma de água (desde que haja hidrogênio 
suficiente, é claro). 
• Com isso, a quantidade de hidrogênio disponível para 
reagir será menor que a quantidade total de 
hidrogênio do combustível. 
E se não conhecermos quais são os 
compostos do combustível, dá para 
calcular o PC?
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• No exemplo do CH3OH, se só soubéssemos a composição 
elementar, esta seria (em %s molares):
C: 1/6 = 16,7% H: 4/6 = 66,7% O: 1/6 = 16,7%
• Ou seja, para um mol de CH3OH, teríamos:• um mol de C (nC=1), 
• quatro de H
• um mol de O - este mol de O estaria “prendendo” dois mols de H 
(correspondente à chamada “água ligada”), deixando outros dois mols 
livres de H, ou um de H2 (“hidrogênio livre”, nH2 livre=1).
• Assim, a entalpia e o PCI seriam dados por:
total = C + 2 livre = nC (-94,05) + nH2 livre () = -151,85 kcal/mol 
 
PCIp cte = -151,85/ 32 = 4,75 kcal/g 
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Comparando com o valor calculado rigorosamente, 
estaríamos errando em apenas 6%. 
Vejam os erros para outros compostos:
 simplificado completo diferença 
 kcal/g kcal/g kcal/g % 
a CH3OH 4,75 5,05 0,31 6 
b C2H 9,46 14,66 5,21 35 
c C2H6 12,05 11,38 -0,67 -6 
d C2H2 9,46 11,56 2,10 18 
e C36H74 13,21 12,91 -0,30 -2 
f HCCOH 4,48 6,30 1,82 29 
 
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Dá para fazer conversões entre os 
diferentes tipos de PC?
Dá, sim. Vejam a apostila de laboratório...
Pressão 
constante
Volume 
constante
Superior PCSp cte PCSV cte
Inferior PCIp cte PCIV cte
muito útil
obtida no 
calorímetro de 
bomba
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• O que entra:
– Combustível (não importa quais são os compostos, basta 
saber os elementos: C, H, S, O...)
– Impurezas e umidade do combustível
– Oxigênio (estequiométrico + excesso)
– Nitrogênio
• O que sai:
– Produtos de combustão (CO2, CO, H2O, SO2)
– Impurezas e umidade do combustível
– Oxigênio não-utilizado (excesso)
– Combustível não-utilizado
– Nitrogênio
Adota-se uma base de cálculo = 1 Kg
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Combustão – Balanço de massa
Alguns comentários sobre PC
• A presença de inertes (N, cinzas, água) prejudica o PC, 
pois eles não contribuem para a geração de calor, mas 
fazem parte da massa do combustível, diminuindo o teor 
de C, H e S.
• A presença de oxigênio, além de aumentar a massa (como 
os inertes), ainda corresponde à retenção de parte do 
hidrogênio, reduzindo sensivelmente o PC. Comparem os 
combustíveis A e B.
• Este modelo é adequado para carvões, mas é simplificado 
e ignora as ligações químicas existentes no combustível, 
fazendo apenas a compensação da “água ligada”. Assim, 
ele pode gerar erros para outros combustíveis. Sobre isso, 
vejam o exercício 28 da lista.
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Alguns comentários sobre o balanço de massas
• O balanço de massas leva em conta características do 
processo, tais como a conversão total ou não, o uso de 
excesso de ar, o uso de enriquecimento do ar, etc. 
• Estes fatores não afetam o PC (que é uma propriedade do 
combustível) mas afetam a temperatura atingida.
• Assim, por exemplo, comparem as quantidades de fumos com 
e sem excesso de ar (tabela IV), por kg de combustível. Com 
base úmida, o aumento foi de 52%. Com base seca, este 
aumento foi de 47%. As capacidades térmicas aumentarão 
correspondentemente, e o aumento de temperatura será 
menor.
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