Apostila Combustão e Combustíveis 2010 Revisada (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB 
CENTRO DE TECNOLOGIA - CT 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA - DEQ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Humberto Jorge José, EQA/UFSC 
Prof. Dr. Rennio Felix de Sena, DEQ/UFPB 
 
 
 
 
 
 
2010 
 ii 
 
ÍNDICE 
 
 
1 Combustão 
 1.1 Introdução 3 
 1.2 Definições Fundamentais 4 
 1.2.1 Reagentes da Combustão 6 
 1.2.2 Composição do Ar e Definições 7 
 1.2.3 Alguns Compostos e Elementos Químicos 9 
 1.3 Combustão Espontânea 10 
 1.4 Ponto de Fulgor, Combustão e Ignição 11 
 1.5 Chama 12 
 1.5.1 Estrutura da Chama 13 
 1.6 Energia Liberada na Combustão 13 
 1.6.1 Determinação do Poder Calorífico 14 
 1.6.2 Número de Wobbe 16 
 1.7 Produtos da Combustão 18 
 1.7.1 Monóxido de Carbono 18 
 1.7.2 Material Particulado 18 
 1.7.3 Óxidos de Enxofre 22 
 1.7.4 Óxidos de Nitrogênio 23 
 1.7.5 Poluentes Orgânicos 26 
2 Combustíveis 
 2.1 Introdução 28 
 2.2 Combustíveis Industriais 28 
 2.2.1 Combustíveis Fósseis 29 
 2.2.2 Biomassa 42 
 2.3 Análise de Combustíveis 47 
 2.3.1 Combustíveis sólidos 48 
 2.3.2 Combustíveis Líquidos e Gasosos 48 
3 Bibliografia 49 
 
 3 
1 Combustão 
 
1.1 Introdução 
 
Combustão é uma das tecnologias mais antigas da humanidade e tem 
sido usada por mais de um milhão de anos. Atualmente, a maior parte da 
energia consumida no mundo (por exemplo, em transporte, geração de 
energia elétrica, aquecimento) é fornecida pelo processo de combustão. 
Deste modo, o conhecimento desse processo é de grande importância para 
muitas áreas. 
 O Processo de Combustão 
 
O processo de combustão envolve diversas reações químicas que 
liberam energia, na forma de calor e luz. As principais reações desse 
processo ocorrem entre os componentes do combustível e o oxigênio do ar 
atmosférico, ou ar de combustão. Entretanto, outras reações são possíveis, 
como entre os componentes do ar ou entre os componentes do próprio 
combustível. 
Os principais elementos químicos encontrados na maioria dos 
combustíveis são o carbono e o hidrogênio. Além desses, o enxofre é outro 
componente normalmente presente, entretanto em quantidades bem 
menores. Esses elementos químicos reagem com o oxigênio de acordo com 
as reações (R1) a (R5). 
C + O2 → CO2 (R1) 
2C + O2 → 2CO (R2) 
2H2 + O2 → 2H2O (R3) 
S + O2 → SO2 (R4) 
2S + 3O2 → 2SO3 (R5) 
 
As reações (R1) a (R5) são chamadas de reações de oxi-redução, nas 
quais ocorre transferência de elétrons e um reagente sofre redução 
enquanto o outro sofre oxidação. 
Carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, e outros elementos 
químicos que compõe os combustíveis, geralmente não se encontram livres, 
 4 
mas unidos através de ligações químicas. Assim, os combustíveis possuem 
diversos compostos químicos, sendo que os principais compostos são 
formados por carbono e hidrogênio, chamados de hidrocarbonetos. Por isso, 
as reações (R1) a (R5) representam simplificações do processo de 
combustão, sendo que normalmente estão envolvidas reações de oxidação 
e decomposição dos compostos encontrados nos combustíveis. 
Os principais produtos das reações envolvidas na combustão são os 
gases liberados, que em equipamentos industriais são chamados de gases 
de exaustão. Os produtos das reações (R1) a (R5) são exemplos de gases 
de exaustão. No caso de combustíveis sólidos, além dos gases, tem-se 
como produtos os resíduos sólidos, normalmente denominados de cinzas. 
 
 
1.2 Definições Fundamentais 
 
O tratamento quantitativo dos processos de combustão requer algum 
conhecimento dos conceitos e definições fundamentais. 
Uma reação química é a troca e/ou reordenamento de átomos de 
moléculas que colidem. No curso de uma reação química, os átomos são 
conservados, ou seja, eles não são criados ou destruídos. Por outro lado, 
moléculas não são conservadas. As moléculas reagentes são reordenadas 
para se tornar moléculas de produtos, com liberação simultânea de calor. 
Átomos e moléculas são quantificados em quantidade de substância 
ou número de moles (unidade: mol). Um mol de um composto corresponde 
a 6,023 x 1023 partículas (átomos, moléculas, etc.). A fração molar xi das 
espécies i denota a razão do número de moles da espécie i, ni, para o 
número total de moles da mistura n (n = Σni e xi = ni/n). 
A massa m é uma propriedade fundamental da matéria. A fração 
mássica wi é a razão da massa das espécies i, mi, e a massa total m (m = 
Σmi e wi = mi/m). 
A massa molar das espécies i, Mi, é a massa de um mol desta 
espécie. Alguns exemplos usando hidrogênio molecular, oxigênio molecular 
e metano são MH2 = 2 g/mol, MO2 = 32 g/mol, MCH4 = 16 g/mol. A massa 
molar média de uma mistura pode ser calculada usando as frações molares 
como peso (Mm = ΣxiMi). 
Densidades não dependem do tamanho (extensão) de um sistema. 
Essas variáveis são chamadas de propriedades intensivas e são definidas 
como a razão das propriedades extensivas correspondentes (as quais 
dependem da extensão do sistema) e do volume do sistema. Exemplos de 
propriedades intensivas são: 
 
densidade mássica (densidade) ρ = m/V [kg/m3] 
densidade molar (chamada concentração) c = n/V [mol/m3] 
 5 
 
Para os gases e misturas gasosas em processos de combustão, uma 
equação de estado relaciona temperatura, pressão e densidade do gás. Para 
muitas condições é satisfatório usar a equação de estado dos gases ideais: 
 
TRnVp ⋅⋅=⋅ (E1) 
 
 
Exemplo 1: condições atmosféricas padrões para muitos cálculos podem ser 
representadas pelas seguintes frações molares: 
N2 – 78%, O2 – 21% e Ar – 1%. 
Para estas condições, determine: (a) as frações mássicas de N2, O2, e Ar; 
(b) o peso molecular da mistura. 
 
Solução: 
 
1. Frações molares: 
 
78,0
2
=Nx 21,02 =Ox 01,0=Arx 
 
2. Frações mássicas: 
 
 xi Mi xi Mi wi 
O2 0,21 32,0 6,72 0,232 
N2 0,78 28,0 21,84 0,754 
Ar 0,01 40,0 0,40 0,014 
 
232,0
96,28
72,622
2
==
⋅
⋅
=
∑ ii
OO
O Mx
Mx
w 
 
754,0
96,28
84,2122
2
==
⋅
⋅
=
∑ ii
NN
N Mx
Mx
w 
 
014,0
96,28
40,0
==
⋅
⋅
=
∑ ii
ArAr
Ar Mx
Mx
w 
 
 
3. Peso molecular da mistura – ar atmosférico: 
 
96,28=⋅=∑ iiar MxM 
 
 
 
 6 
1.2.1 Reagentes da Combustão 
 
a) Combustível 
É um material que participa da combustão e normalmente formado 
por vários compostos. O combustível possui o elemento que sofre a 
oxidação. 
 
b) Comburente 
É a substância, participante da combustão, cujo elemento sofre 
redução. 
 
 
A combustão ocorre quando: 
 
-Existe O2 suficiente e 
-O combustível atinge a temperatura de ignição 
 
Combustão completa 
 C + O2 → CO2 ∆H1 = - 33900 kJ/kg 
 H2 + 1/2O2 → H2O ∆H2 = - 141800 kJ/kg 
 S + O2 → SO2 ∆H3 = - 9200 kJ/kg 
 
¨ Combustão incompleta 
 
 C + 1/2 O2 → CO ∆H4 = - 23906 kJ/kg 
 
 
Triangulo do Fogo 
 
 Para que a combustão ocorra, mais precisamente a presença de fogo 
durante a queima de algum combustível, é necessário que três elementos 
ocorram simultaneamente, combustível, comburente (oxidante) e energia 
de ativação, conhecidos pelo conceito simplista de triangulo do fogo. 
 
 7 
 
Figura 1: “Triangulo do fogo” da combustão. 
 
 
1.2.2 Composição do Ar e Definições 
 
O ar atmosférico é a mistura de nitrogênio, oxigênio, vapor de água, 
dióxido de carbono, argônio, neônio e pequenas quantidades de outros 
gases raros. Para todos os fins práticos de combustão,o ar pode ser 
considerado como composto, em volume, de oxigênio (O2) 20,9%; 
nitrogênio (N2) 79,1%; e, em peso, de oxigênio (O2) 23,15%; nitrogênio 
(N2) 76,85%. O peso do ar a 15,5ºC é 1,22 kg/m3, ao nível do mar e à 
pressão atmosférica tem um volume de 0,37 m3. 
 
a) Ar de combustão: ar que reage quimicamente com o combustível no 
processo de queima (usamos nos cálculos 21% O2 e 79% N2). 
 
b) Ar teórico: volume de ar teoricamente exato, segundo as relações 
estequiométricas, para a combustão completa de uma quantidade 
especifica de combustível. Muitas vezes, as condições determinadas 
pelas relações estequiométricas são chamadas de 100% ar teórico. 
 
c) Ar em excesso: ar que passa através da câmara de combustão e 
dutos de tiragem, em excesso ao que é teoricamente necessário para 
combustão completa. 
 
d) Ar primário: ar misturado com combustível para atingir determinadas 
características antes de ser admitido na câmara de combustão. 
 
 8 
e) Ar secundário: ar necessário para realização da combustão, admitido 
para a zona de combustão, após a combustão com o ar primário ter 
começado. 
 
f) Mistura ar-combustível: uma mistura ar-combustível que possui ar 
em excesso é chamada de mistura pobre em combustível (fuel-lean), 
enquanto uma mistura que tem excesso de combustível é chamada 
de mistura rica em combustível (fuel-rich). 
 
g) Razão ar-combustível (air-to-fuel ratio – AF): 
 
 





−
−
−−
−−
=
lcombustívekg
arkg
lcombustívedemassa
ardemassaAF (E2) 
 
h) Razão combustível-ar (fuel-to-air ratio – FA): 
 






−
−
−−
−−
=
arkg
lcombustívekg
ardemassa
lcombustívedemassaFA (E3) 
 
i) Razão combustível-oxidante adimensional – Φ: 
 
tricoestequiomé
atual
oxidantemoles
lcombustívemoles
oxidantemoles
lcombustívemoles






−
−






−
−
=Φ (E4) 
 
 Se Φ < 1 – mistura pobre em combustível 
 Φ = 1 – mistura estequiométrica 
 Φ > 1 – mistura rica em combustível 
 
Exemplo 2: considere uma mistura homogênea de etileno, C2H4, e 130% de 
ar teórico (30% de excesso de ar). Calcule a fração molar e o peso 
molecular da mistura inicial, isto é, antes de ocorrer a reação de 
combustão. 
 
Solução: 
 
1. Equação estequiométrica 
 
C2H4 + a O2 → b CO2 + c H2O 
 
Balanço do carbono: b = 2 
Balanço do hidrogênio: c = 2 
Balanço do oxigênio: 2a = 2b + c = 6 → a = 3 
 
 9 
2. Reação com excesso de ar e considerando nitrogênio como inerte: 
 
Considerando a composição molar do ar como 21% de O2 e 79% de 
N2, tem-se para um mol de O2 3,76 moles de N2. Desse modo, o processo 
pode ser descrito pela seguinte reação: 
 
C2H4 + (1,3)(3)[O2 + 3,76N2] → 2CO2 + 2H2O + 0,9O2 + 
(3,9)(3,76)N2 
3. Frações molares: 
 
0511,0)76,4)(9,3(0,1
0,1
42
=
+
=HCx 
 
1994,0
564,19
9,3
2
==Ox 
 
7495,0
564,19
664,14
2
==Nx 
 
[ ]kmolkgM
M
mistura
mistura
/80,28
287495,0321994,0280511,0
=
⋅+⋅+⋅=
 
 
 
1.2.3 Alguns Compostos e Elementos Químicos 
 
a) Carbono: elemento químico que tem a mais ampla aplicação dentre 
todos os elementos e entra na composição de todos os compostos 
orgânicos. Não se funde e é quimicamente inativo a baixas 
temperaturas; a temperaturas mais elevadas queima e absorve 
oxigênio. 
 
b) Dióxido de carbono (CO2): gás carbônico, incolor e inodoro, 
responsável em grande parte pelo efeito estufa na atmosfera 
terrestre. 
 
c) Monóxido de carbono (CO): gás incolor e inodoro, altamente tóxico. 
Produzido na queima incompleta de combustíveis. 
 
d) Hidrocarbonetos: compostos químicos orgânicos, formados por 
átomos de carbono e hidrogênio, que compõem a base de todos os 
derivados de petróleo. Podem se apresentar na forma sólida, líquida 
ou gasosa. 
 
e) Metano: hidrocarboneto gasoso incolor, cuja molécula é constituída 
por um átomo de carbono e quatro de hidrogênio (CH4). Principal 
componente do gás natural. 
 
f) Propano: hidrocarboneto saturado com três átomos de carbono e oito 
de hidrogênio (C3H8), gasoso, incolor e possui cheiro característico. 
 10 
Empregado como combustível doméstico e como iluminante; utilizado 
como fonte de calor industrial em caldeiras, fornalhas e secadores. É 
um dos componentes do GLP, o gás de cozinha. 
 
g) Butano: hidrocarboneto saturado com quatro átomos de carbono e 
dez de hidrogênio (C4H10 ). É o principal componente do gás liqüefeito 
de petróleo, obtido pelo processamento do gás natural e também no 
processo de refino do petróleo. 
 
h) Etano (C2H6): hidrocarboneto consistindo de dois átomos de carbono 
e seis de hidrogênio. Normalmente um gás, presente na maioria das 
ocorrências de gás natural. 
 
i) Etileno (C2H4): hidrocarboneto e agente de iluminação, presente no 
gás manufaturado. Um importante insumo na indústria química e de 
plásticos. 
 
j) Enxofre (S): elemento químico, geralmente de cor amarela; impureza 
nos combustíveis, nessa forma ou como composto sulfuroso. O 
enxofre, junto com o hidrogênio e oxigênio, forma ácidos corrosivos 
como o sulfúrico, o sulfuroso e o sulfídrico. 
 
 
1.3 Combustão Espontânea 
 
Os combustíveis normalmente necessitam calor de uma fonte externa 
para iniciarem as reações de combustão. A quantidade de calor fornecida ao 
combustível provoca reações que liberam calor, o que aumenta a 
temperatura do meio no qual está se processando a reação. Como 
conseqüência, a velocidade dessas reações também aumenta, liberando 
cada vez mais calor. Quando o calor liberado pelas reações de combustão é 
suficiente para manter essas reações, a fonte externa de calor pode ser 
eliminada. 
Entretanto, a quantidade de calor necessário para que o processo de 
combustão seja mantido é diferente para cada material. Essa quantidade é 
dependente de fatores como teor de umidade, composição, estrutura (no 
caso de sólidos) e outros. Por isso, certos materiais em determinadas 
pressões e temperaturas que podem ser encontradas, por exemplo, em 
ambientes de estocagem, possuem calor suficiente para iniciar e manter o 
processo de combustão. Nessas condições, esse processo é denominado de 
combustão espontânea. 
Um exemplo para esse processo é o que ocorre nos depósitos de 
carvão, na região carbonífera do sul de Santa Catarina. O carvão dessa 
região apresenta quantidade apreciável de pirita (FeS), que é um material 
facilmente oxidável. A oxidação desse material libera calor aumentando a 
temperatura nos depósitos. Há uma certa temperatura, cerca de 400oC 
outras substâncias presentes no carvão entram em combustão. Pode-se 
 11 
evitar o fenômeno refrigerando a massa de carvão com jatos de água ou 
então acumulando o carvão em pequenas porções. 
Um outro exemplo é o que ocorre nos depósitos de algodão bruto. 
Esse material possui pequenas porções de óleo, que facilmente sofre 
oxidação. Inicialmente a oxidação é lenta, mas a falta de arejamento pode 
elevar a temperatura até atingir o ponto de ignição. 
 
 
1.4 Ponto de Fulgor, Combustão e Ignição 
 
Através das necessidades energéticas para a combustão de um 
material, pode-se definir os pontos de fulgor, combustão e ignição. 
 
a) Ponto de Fulgor: é a menor temperatura na qual o produto se 
vaporiza em quantidades suficientes para formar com o ar uma 
mistura capaz de inflamar-se momentaneamente quando se aplica 
uma centelha sobre a mesma. Desse modo, quando a fonte externa 
de calor é retirada, a combustão cessa. É um dado de segurança para 
o armazenamento, transporte e manuseio de um combustível, sendo 
possível detectar a contaminação por outros produtos. 
 
 Madeira + Calor → ⇑ gás → + faísca = chama não se mantém 
 
b) Ponto deCombustão: é a mínima temperatura em que os vapores do 
combustível aquecido entram em combustão com aproximação de 
uma fonte externa de calor, e com a retirada da fonte, a combustão 
se mantém (se auto-alimenta). 
 
 Madeira + Calor → ⇑ gás → + faísca = chama se mantém 
 
c) Ponto de Ignição: é a temperatura necessária para inflamar a mistura 
ar/combustível, sem fonte externa de calor. Se a temperatura 
ultrapassa o ponto de ignição, o combustível entra em combustão 
espontânea. 
 
 Madeira + Calor → ⇑ gás → combustão espontânea 
 
Na tabela a seguir, é possível observar a variação dos valores para os 
diferentes pontos de combustão, ignição e fulgor (ou inflamação) de 
diferentes combustíveis comerciais e industriais. 
 
 
 
 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.5 Chama 
 
Chama é o resultado da combustão de um gás. As chamas podem vir 
acompanhadas de emissão visível chamadas de chamas luminosas, ou não 
virem acompanhadas de luz, que são as chamas não luminosas. No último 
caso, diz-se que a energia não pertence à parte visível do espectro. 
A luminosidade brilhante, que em determinadas condições aparece na 
chama produzida na combustão, é devido à presença de partículas de 
carbono incandescente existente na chama. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Zona interior 
Zona redutora 
Zona azul 
Zona oxidante 
 13 
 
 
1.5.1 Estrutura da Chama 
 
Uma chama pode apresentar quatro zonas distintas, as quais são 
caracterizadas pelas reações ali processadas: 
 
a) Zona Interior: não apresenta coloração ou, então, é escura. É 
formada por uma mistura de ar e gás não queimado que não atingiu 
a temperatura de combustão. 
 
 ar + gás → sem reação 
 
b) Zona Azul: região da chama onde a queima é completa, ou seja, os 
produtos finais são gás carbônico (dióxido de carbono) e água. 
 
 CH4 + O2 → CO2 + H2O 
 
c) Zona Redutora: é a zona mais brilhante da chama. É onde se 
processa a decomposição do combustível devido à quantidade de 
calor. Esta decomposição deixa carbono em liberdade, que aparece 
sob forma luminosa na chama. 
 
 CH4 → C + H2 
 2C + O2 → 2CO 
 2H2 + O2 → 2H2O 
d) Zona Oxidante: é a zona externa da chama e que está em contato 
com o ar atmosférico. Nessa região, os produtos obtidos na zona 
redutora queimam com facilidade, transformando-se em gás 
carbônico e água. 
 
 2CO + O2 → 2CO2 
 2H2 + O2 → 2H2O 
 
1.6 Energia Liberada na Combustão 
 
A energia liberada no processo de combustão normalmente é 
quantificada pelo Poder Calorífico de um combustível, o qual é definido 
como a quantidade de calor desprendido pela combustão completa de uma 
unidade de volume ou massa do combustível. 
Quando a quantidade de calor é medida com os produtos de 
combustão na fase gasosa, denomina-se de Poder Calorífico Inferior. No 
entanto, caso a água dos produtos de combustão for considerada na fase 
líquida, ou seja, com os produtos de combustão à temperatura ambiente, o 
 14 
calor liberado é denominado de Poder Calorífico Superior. A diferença entre 
os dois valores é a entalpia de vaporização da água, tanto a que é formada 
na combustão como a que está presente no combustível como umidade. 
 
 
1.6.1 Determinação do Poder Calorífico 
 
 
O poder calorífico pode ser determinado, teoricamente, através de 
cálculos, desde que se tenha a composição elementar do combustível e o 
calor de combustão dos elementos ou compostos gasosos. Esse parâmetro 
também pode ser determinado experimentalmente através de calorímetros. 
 
 
a) Métodos Matemáticos 
 
a.1) Fórmula de Dulong 
Através dessa fórmula, o poder calorífico é calculado a partir da 
análise elementar do combustível. Entretanto, o carbono e o hidrogênio 
formam compostos tais como hidrocarbonetos, álcoois e a celulose, que são 
a base dos combustíveis industriais. O poder calorífico destes compostos 
não depende somente da composição elementar do combustível, mas 
também da natureza de sua constituição molecular. Por isso, para que um 
átomo seja queimado é necessário que se dispenda inicialmente um certo 
trabalho de desintegração molecular, o qual influencia no poder calorífico do 
conjunto. Desse modo, a determinação do poder calorífico pela fórmula de 
Dulong proporciona apenas resultados aproximados. 
O cálculo através da fórmula de Dulong baseia-se na seguinte idéia: o 
calor de combustão de um composto é igual à soma dos calores 
desprendidos pela combustão dos elementos que o integram. Além disso, a 
fórmula de Dulong assume que o oxigênio do combustível está combinado 
com o hidrogênio formando a água de constituição, na fração de 1:8. 
Para compreendermos tal suposição, podemos descrever a equação 
de combustão de 1 mol de hidrogênio que pode estar ligado ao oxigênio ou 
como água de constituição, ou como reagente para a formação de água nos 
produtos da combustão, assim temos: 
H2 + ½ O2 → H2O 
2g 16g 18g (÷2) 
 1 : 8 → 9 
 
Desta forma, é possível compreender que o oxigênio, quando 
presente no combustível e ao reagir com o hidrogênio formando água, ou 
quando presente como água de constituição ou umidade, não fornece calor 
ao sistema. 
 15 
 
a.1.1) Combustíveis Sólidos e Líquidos 
A fórmula de Dulong para combustíveis sólidos e líquidos é: 
 
SOHCPCS ⋅+





−⋅+⋅= 500.2
8
400.34100.8 (E5) 
 
wSOHCPCI ⋅−⋅+





−⋅+⋅= 600500.2
8
400.34100.8 (E6) 
 
w = 9H + u (E7) 
 
onde: 
PCS = Poder calorífico superior [kcal/kg] 
PCI = Poder calorífico inferior [kcal/kg] 
C = Teor de carbono [kg C / kg combustível] 
H = Teor de hidrogênio [kg H / kg combustível] 
O = Teor de oxigênio [kg O / kg combustível] 
S = Teor de enxofre [kg S / kg combustível] 
w = Água formada nos produtos [kg H2O / kg combustível] 
u = Umidade [kg H2O / kg combustível] 
 
a.1.2) Combustíveis Gasosos 
A fórmula de Dulong para combustíveis gasosos se baseia na 
composição do gás. Por exemplo, para um combustível gasoso composto de 
CO (monóxido de carbono), H2 (gás hidrogênio), CH4 (metano), C2H2 
(acetileno ou etino), C2H4 (etileno ou eteno), e etc., pode-se calcular o 
poder calorífico através do percentual e do poder calorífico (Tabela 1) de 
cada composto presente no gás: 
 
422242 1500013950950030703050 HCHCCHHCOPCS ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= (E8) 
 
422242 1405013500853025803050 HCHCCHHCOPCI ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅= (E9) 
 
onde 
PCS = Poder calorífico superior [kcal/Nm3] 
PCI = Poder calorífico inferior [kcal/Nm3] 
CO = Teor de monóxido de carbono [Nm3 CO / Nm3 combustível] 
H2 = Teor de hidrogênio [Nm3 hidrogênio / Nm3 combustível] 
CH4 = Teor de metano [Nm3 metano / Nm3 combustível] 
C2H2 = Teor de etino [Nm3 etino / Nm3 combustível] 
C2H4 = Teor de eteno [Nm3 eteno / Nm3 combustível] 
 
 16 
 
 
Composto Fórmula PCS 
[kcal/kg] 
PCI 
[kcal/kg] 
PCS 
[kcal/Nm3] 
PCI 
[kcal/Nm3] 
Hidrogênio H2 34.400 29.000 3.070 2.580 
Monóxido de carbono CO 2.440 - 3.050 - 
Metano CH4 13.250 11.900 9.500 8.530 
Etileno C2H4 12.000 11.230 15.000 14.050 
Acetileno C2H2 12.000 11.600 13.950 13.500 
 Tabela 1: Poder Calorífico de alguns gases. 
 
b) Métodos Experimentais 
 
b.1) Bomba Calorimétrica de Berthelot-Mahler 
Equipamento empregado na determinação experimental do poder 
calorífico de combustíveis sólidos e líquidos. 
 
b.2) Calorímetro de Junkes 
Usado na determinação experimentaldo poder calorífico dos 
combustíveis líquidos e gasosos. 
 
1.6.2 Número de Wobbe 
 
O número de Wobbe também é chamado de Índice de Wobbe, 
representa o calor fornecido pela queima de gases combustíveis através de 
um orifício submetido a pressões constantes. Como o poder calorífico, existe 
o número de Wobbe superior (Wsup) e o inferior (Winf), os quais são 
calculados através das equações (E9) e (E10): 
 
relativad
PCSW =sup (E10) ; 
relativad
PCIW =inf (E11) 
 
As unidades dos Números de Wobbe são as mesmas unidades que 
expressam o poder calorífico, já que a densidade relativa ao ar é 
adimensional. Porém, apesar de possuírem as mesmas unidades, as 
conceituações físicas do Número de Wobbe e do Poder Calorífico são 
diferentes. 
O Número de Wobbe tem diversas aplicações na indústria como 
cálculo de misturas de ar propanado para substituição de gás natural, e 
vice-versa. 
 
 
 
 17 
 
Exercícios: 
 
1- Uma lenha apresentou o seguinte resultado da análise elementar: 
C = 50 % 
H = 5,0 % 
O = 40,0 % 
N = 2,5 % 
Z = 2,5% (cinzas) 
Calcule o PCS e PCI em kcal/kg, e a relação ar/combustível. 
 
2- Um gás natural apresenta a seguinte composição: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Calcule o PCS e PCI, a densidade e a relação ar/combustíveis 
Dados: 
 Densidade Densidade PCI PCS A/C gás puro 
 [Kg/m3] relativa ao ar [Kcal/m3] [Kcal/m3] [m3/m3] 
METANO 0,67 0,55 7970,31 8852,00 9,53 
ETANO 1,25 1,04 14186,87 15510,29 16,67 
PROPANO 1,83 1,52 20288,62 22052,01 23,81 
iso-BUTANO 2,42 2,01 26296,59 28500,83 30,95 
n-BUTANO 2,42 2,01 26387,74 28591,98 30,95 
N2 1,17 0,97 - - - 
CO2 1,83 1,52 - - - 
Valores tabelados de densidade e poder Calorífico , referentes à norma ASTM D 3588-98, 
(20°C, 1 atm). Relação ar/combustível (Estequiométrica) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Composição química % em volume 
METANO 88,55 
ETANO 7,48 
PROPANO 1,75 
ISO-BUTANO 0,27 
n-BUTANO 0,26 
NITROGÊNIO 1,34 
CO2 0,35 
 18 
1.7 Produtos da Combustão 
 
Os produtos da combustão, também chamados de gases de 
combustão, são os produtos resultantes das reações que ocorrem durante o 
processo de combustão. Entre os diversos gases que podem ser formados, 
pode-se citar o gás carbônico (CO2), vapor d’água (H2O), óxidos de enxofre 
(SO2 e SO3), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NO e NO2, 
ou NOx) e outros. Na combustão de sólidos e líquidos, além de gases, 
também podem ser liberados materiais particulados. 
Muitos dos compostos liberados na combustão são poluentes 
atmosféricos, como os óxidos de nitrogênio e enxofre. Por isso, muitos 
estudos sobre combustão foram e são realizados com o objetivo de elucidar 
e minimizar a produção dos poluentes formados no processo de combustão. 
Muitas técnicas já foram desenvolvidas para diminuir a emissão da maioria 
desses poluentes. 
 
 
 
1.7.1 Monóxido de Carbono 
 
O monóxido de carbono é um dos produtos da combustão incompleta. 
É altamente tóxico, sem cor, odor e gosto, e não irritante. Por isso o 
monóxido de carbono somente pode ser detectado através de instrumentos 
de análise. 
Na Tabela 2 apresentam-se os efeitos fisiológicos que ocorrem em 
pessoas expostas a diferentes concentrações de monóxido de carbono. 
 
Concentrações de CO no ar Tempo de inalação e sintomas 
35 ppm Concentração máxima permitida para exposição 
contínua em um período de 8 horas, de acordo 
com resolução do CONAMA no 003, 28/06/1990. 
200 ppm Leve dor de cabeça após 2-3 horas. 
400 ppm Dor de cabeça frontal dentro de 1-2 horas. 
800 ppm Náuseas e convulsões dentro de 45 min. 
Inconsciência em cerca de 2 horas. 
Tabela 2: Efeitos fisiológicos do monóxido de carbono (CONAMA, 1990). 
 
 
1.7.2 Material Particulado 
 
A formação e a emissão de material particulado ocorre principalmente 
na combustão de combustíveis líquidos e sólidos. Considera-se como 
material particulado qualquer substância, à exceção da água pura, que 
 19 
existe como líquido ou sólido na atmosfera e tem dimensões microscópicas 
ou submicroscópicas, porém maiores que as dimensões moleculares. Na 
combustão, estes resultam de duas fontes principais: 
• material inorgânico presente no combustível (cinzas); 
• fuligem formada pela combustão incompleta. 
 
a) Cinzas 
 
As cinzas, normalmente, encontram-se na forma de óxidos de 
elementos inorgânicos do combustível, tais como CaO, Al2O3, K2O, etc. A 
formação e emissão das cinzas depende fundamentalmente do teor de 
cinzas presente no combustível, o qual é geralmente maior em combustíveis 
sólidos. Óleos combustíveis pesados também apresentam algum teor de 
cinzas, que pode chegar até 0,1% em massa. 
O arraste das cinzas pelos produtos de combustão depende do 
sistema de combustão. Para combustão de líquidos, o arraste é 
praticamente total, enquanto que para combustíveis sólidos, o arraste de 
cinzas depende do projeto do sistema queimador e das condições de 
operação. 
 
b) Fuligem 
 
Fuligem é o produto de combustão incompleta de frações orgânicas 
do combustível. A fuligem pode ser formada devido a recombinações de 
voláteis ou frações leves do combustível, sob condições específicas ainda 
não bem conhecidas e determinadas. Pode ser formada também devido a 
devolatilização (liberação de voláteis) incompleta de gotas ou do 
combustível sólido, os quais não tiveram tempo, temperatura e oxigênio 
suficiente para oxidação completa. 
A emissão de fuligem é indesejável tanto do ponto de vista ambiental 
como de conservação de energia. Inclusive muitos dos compostos 
constituintes da fuligem são perigosos à saúde, especialmente os 
hidrocarbonetos policíclicos aromáticos –HPA, cujo efeito carcinogênico em 
animais é comprovado. Entretanto, as partículas de fuligem são a principal 
causa da luminosidade das chamas e sua formação é promovida quando se 
quer maximizar a transferência de calor por radiação da chama para as 
paredes da câmara de combustão, pois ao contrário de gases como CO2 e 
H2O que só emitem radiação em determinados comprimentos de onda, a 
fuligem emite e absorve ao longo de toda a faixa espectral, inclusive na 
região do visível. 
Portanto, em alguns casos é interessante inibir a formação de fuligem 
na chama e em outros promover e, em uma região posterior à chama, 
destruir via oxidação, de forma a contemplar os aspectos ambientais 
(controle das emissões) e de troca de calor por radiação. 
 20 
Os mecanismos de formação e oxidação da fuligem são ainda pouco 
conhecidos. No processo de formação são identificados, basicamente, os 
seguintes estágios: formação de precursores, nucleação, coagulação e 
crescimento superficial, e aglomeração. 
 
c) Técnicas para Redução das Emissões em Fontes Estacionárias 
 
As técnicas de controle das emissões de material particulado na 
queima de óleos combustíveis ultraviscosos em fontes estacionárias se 
dividem, basicamente, em dois grupos: aquelas aplicadas ao processo de 
combustão e aquelas aplicadas aos gases de combustão. 
Técnicas aplicadas ao processo consistem na adequação do sistema 
de queima e de suas condições operacionais ao uso de combustíveis 
ultraviscosos. 
Quanto às técnicas aplicadas aos gases de combustão, consistem na 
implantação de sistema de separação de material particulado dos gases. Há, 
basicamente, três alternativas: precipitador eletrostático, bateria de 
ciclones e lavador de gases. 
• Precipitador eletrostático: equipamento que utiliza forças elétricas 
para movimentar as partículas desde o fluxo de gases até os 
eletrodos coletores. O precipitador é o único equipamento de 
controle de particulados no qual as forças de remoção atuam 
somente sobre as partículas e não sobre todo o fluxo de gás. Isto 
garante alta eficiência de separação (> 99,5%) com umapequena 
queda de pressão do gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2: Precipitador eletrostático de simples estágio (> 99% eficiência) 
 
• Bateria de ciclones, cuja vantagem principal é o baixo valor do 
investimento, e a maior desvantagem é a alta perda de carga 
introduzida no escoamento dos gases. O material coletado é 
descarregado seco. 
 
 
 
 21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Bateria de Aerociclones em uma planta industrial. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 4: Esquema de funcionamento (aerociclone) e um ciclone industrial. 
 
 
• Lavador de gás ou scrubber é um dispositivo no qual realiza-se a 
separação de um conjunto de particulados, e/ou também de 
 22 
poluentes gasosos, de um 
gás por meio da lavagem 
do mesmo com água, que 
na maioria dos casos é 
nebulizada para formar 
pequenas gotas. Esse 
equipamento tem como 
característica baixo custo 
fixo e alto custo 
operacional, pois implica na 
implantação de sistema 
para tratamento do 
efluente líquido gerado. 
Possui baixa eficiência para 
partículas pequenas. 
Assim, o seu uso depende 
da granulometria do 
material particulado. 
 
Figura 5: Esquema de funcionamento de um lavador de gases. 
 
 
1.7.3 Óxidos de Enxofre 
 
A combustão de produtos contendo enxofre origina dióxido de 
enxofre (SO2). Uma parcela do SO2 produzido na câmara de combustão 
pode ser oxidada a trióxido de enxofre (SO3), dependendo das condições de 
temperatura e excesso de ar. A oxidação do SO2 também ocorre na 
atmosfera, e é ativada pelos raios ultravioleta do sol. 
Nas partes mais frias do processo, ou após o efluente gasoso ter sido 
emitido para a atmosfera, a umidade dos gases, ou do ar atmosférico reage 
com o trióxido de enxofre produzindo ácido sulfúrico: 
 
H2O + SO3 → H2SO4 (R6) 
 
Os gases ácidos de enxofre são um dos principais causadores da 
chuva ácida, juntamente com os óxidos de nitrogênio. Além disso, o ácido 
sulfúrico pode condensar nas partes mais frias de equipamentos industriais, 
como caldeiras e fornalhas, danificando-os rapidamente. Por isso, a emissão 
de óxidos de enxofre é altamente indesejável e seu controle e prevenção 
tem dispensado grande esforço em investimentos. 
Carvão mineral e óleos combustíveis pesados são os principais 
insumos energéticos que normalmente contem enxofre. Assim, na 
 23 
combustão desses combustíveis não há como evitar a formação de seus 
óxidos. O controle das emissões pode ser realizado através da remoção 
desses gases do efluente gasoso. Um método bastante empregado é 
através da lavagem dos gases em uma corrente de líquido alcalino. A água 
desse processo precisa ser analisada antes do seu lançamento em rios ou 
lagos e, se necessário, deve ser tratada para atingir os padrões exigidos 
pela legislação ambiental. Outra técnica é empregada na combustão em 
leito fluidizado, através da adição de calcáreo ao combustível; sendo que o 
enxofre é adsorvido no calcáreo. Nesse caso, a disposição do sólido 
residual também deve ser feita de acordo com as normas da legislação 
ambiental. 
 
 
1.7.4 Óxidos de Nitrogênio 
 
Os óxidos de nitrogênio, NOX, formados durante os processos de 
combustão são constituídos de aproximadamente 95% de óxido nítrico (NO) 
e o restante de dióxido de nitrogênio (NO2) e óxido nitroso (N2O). 
A formação de óxido nítrico durante os processos de combustão pode 
ocorrer através de quatro mecanismos diferentes: térmico, combustível, 
ativo e via N2O. 
 
a) NO Térmico 
É o NO formado em altas temperaturas através da reação entre o 
nitrogênio gasoso (N2) e oxigênio atômico (O), ambos provenientes 
principalmente do ar de combustão. 
Esse processo é descrito pelo mecanismo de Zeldovich, o qual abrange 
as seguintes reações: 
 
N2 + O → NO + N (R7) 
N + O2 → NO + O (R8) 
N + OH → NO + H (R9) 
 
O nome térmico é usado por que a reação (R7) tem energia de 
ativação muito alta devido à forte tripla ligação na molécula de N2. Assim, a 
reação (R7) é rápida somente em altas temperaturas (>1700K). Devido a 
sua pequena taxa, a reação (R7) é a etapa limitante da formação de NO 
térmico. 
Assumindo que os átomos de nitrogênio estão em um estado de quase-
equilíbrio, a taxa de formação de NO é: 
[ ] [ ] [ ]212 NOkdt
NOd
⋅⋅⋅= (E11) 
 
Isso indica que NO pode ser minimizado pela diminuição tanto da 
temperatura, da concentração de O ou de N2. 
 24 
A utilização de excesso de oxigênio, que é o emprego de uma 
quantidade de oxigênio maior que a necessária para a combustão completa 
de um combustível, aumenta a formação do NO térmico. 
 
b) NO Ativo 
 As taxas de formação de NO na combustão de combustíveis fósseis 
podem exceder as taxas atribuídas à oxidação direta de N2 através do 
mecanismo térmico, especialmente em condições ricas de combustíveis. 
Este NO formado foi chamado de NO ativo por Fenimore, desde que a 
formação de NO foi confirmada em regiões próximas à zona da chama. 
 O NO ativo resulta, principalmente, do radical CH, que é uma espécie 
intermediária que é gerada através de uma reação complexa. O radical CH 
reage com nitrogênio do ar de combustão formando cianeto de hidrogênio, 
o qual em reações posteriores é transformado em NO: 
 
CH + N2 → HCN + N → ... → NO (R10) 
 
 A energia de ativação da reação (R10) é muito menor do que a 
reação limitante para o NO térmico (R7). Assim, o NO ativo é formado em 
temperaturas relativamente baixas (em torno de 1000K). 
 
c) NO Combustível 
 A conversão de nitrogênio quimicamente ligado ao combustível em 
NO é observado, principalmente, na combustão de carvão, por que o carvão 
possui no mínimo cerca de 1% em massa de nitrogênio. Os compostos 
contendo nitrogênio evaporam durante o processo de gaseificação e resulta 
na formação de NO na fase gasosa. 
 Cianeto de hidrogênio (HCN) é o principal produto quando o 
nitrogênio encontra-se em anéis aromáticos, e amônia (NH3) quando o 
nitrogênio está contido em aminas. HCN e NH3 são oxidados a NO, mas 
também podem ser reduzidos a N2 através de reações paralelas: 
 
HCN/ NH3 + O2 → NO + ... (R11) 
NO + HCN/ NH3 → N2 + ... (R12) 
 
 
d) NO via N2O 
O mecanismo do óxido nitroso é análogo ao mecanismo térmico no 
qual os átomos de O atacam o N2 molecular. Mas, com a presença de uma 
terceira molécula M, o resultado da reação é N2O: 
 
N2 + O + M → N2O + M (R13) 
 
O N2O pode reagir com átomos de O para formar NO: 
 
N2O + O → NO + NO (R14) 
 25 
Condições pobres em combustível podem diminuir a formação de CH 
e, como conseqüência, a formação de NO ativo, e baixas temperaturas 
reduzem a formação de NO térmico. O que sobra é o NO formado via N2O 
que ocorre em altas pressões e tem baixa energia de ativação. Deste modo, 
baixas temperaturas não penalizam esta reação tanto quanto para reações 
do NO térmico. Todas essas circunstâncias levam a rota N2O a ser a maior 
fonte de NO em combustão pré-misturada pobre em turbinas a gás. 
 
e) Minimização das emissões de NOx em fontes estacionárias 
 A diminuição das emissões de NOx em fontes estacionárias pode ser 
alcançada através da verificação de qual mecanismo é o mais importante 
para determinado processo. Através dos parâmetros que influenciam o 
mecanismo principal de formação de NOx, pode se fazer alterações no tipo 
de combustível utilizado ou no processo. Outra alternativa é o tratamento 
dos gases de exaustão (efluentes gasosos). 
 Desse modo, para fontes estacionárias, as principais alternativas para 
minimização das emissões de NOx são: 
• Utilização de combustíveis com baixo teor de nitrogênio. 
 
• Modificações no processo de combustão: 
� Combustão com baixo excessode ar – envolve a operação com o 
excesso de ar mais baixo possível, mantendo-se a combustão completa. 
Nesse caso, normalmente utiliza-se de 5 a 8% de excesso de ar, 
obtendo-se reduções de até 15% nas emissões de NOx. Essa diminuição 
nas emissões é devido à diminuição na formação de NO térmico e 
combustível. 
� Combustão estagiada – é o emprego de mais de um estágio de 
combustão. Normalmente são dois estágios: primeiro estágio utiliza 
condições ricas em combustível; segundo estágio emprega excesso de 
ar. Diminuições entre 20 a 50% nas emissões de NOx podem ser 
esperadas para a combustão do gás natural. 
� Recirculação dos gases de exaustão (FGR) – nessa técnica de 10 a 20% 
dos gases de exaustão (200-300oC) são recirculados para a fornalha ou 
queimador. Desse modo, há uma diminuição na temperatura da chama e 
a disponibilidade de oxigênio, diminuindo a formação de NO térmico. 
FGR pode reduzir a formação de NOx em até 70% em queimadores a 
gás natural. 
 
 
• Tratamentos pós-combustão: 
� Redução seletiva não-catalítica (SNCR) – NH3, ou uréia, é injetada acima 
da zona de combustão, reagindo com OH a NH2, que então reage com 
NO formando N2 e água. Necessita de altas temperaturas (900-1100oC) 
� Redução seletiva catalítica (SCR): nessa técnica faz-se a injeção de NH3 
quando os gases de exaustão passam por um leito de catalisador. A 
redução nas emissões de NOx é acima de 80-90%. A temperatura ótima 
 26 
de operação fica entre 300 - 400oC. SCR tem sido usada comercialmente 
desde 1980 no Japão e 1986 na Alemanha. 
 
 
1.7.5 Poluentes Orgânicos 
 
Diversos compostos orgânicos voláteis podem ser emitidos nos 
processos de combustão e são originados pela combustão incompleta do 
combustível. Estes compostos podem ser parcelas do próprio combustível 
que não conseguiu ser queimado e saiu junto com os outros produtos de 
combustão, ou compostos formados a partir de radicais de hidrocarbonetos 
não oxidados completamente. A medição destes compostos nos produtos de 
combustão é denominada de hidrocarbonetos totais e juntamente com o 
monóxido de carbono pode ser utilizado como indicador de combustão 
completa para fins de controle do processo de combustão. 
As principais razões da formação de hidrocarbonetos totais nos gases 
de combustão são basicamente as mesmas para a formação de monóxido 
de carbono e outros produtos da combustão incompleta: 
• mistura não homogênea entre o combustível e o ar atmosférico; 
• má distribuição do tempo de residência dos gases; 
• esfriamento da chama, interrompendo as reações. 
Os principais são: 
• VOCs e SVOCs (volatile and- semi volatlie organic compoundse); 
• PAH (polynuclear hydrocarbons); 
• PCDDs (polyclorineted dibenzo-para-dioxins) ~75 isômeros, e PCDFs 
(polyclorineted dibenzofurans) ~135 isômeros. Este são 
estruturalmente muito similares, diferindo apenas no arranjo espacial 
das moléculas de cloro. 
 
A seguir, encontram-se as estruturas químicas de alguns desses poluentes. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Estrutura química dos principais VOCs (os “BTEX”) 
 
 27 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7: Estrutura química do HPA mais tóxico (benzo-a-pireno) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8: Estrutura química da dioxina (2,3,7,8-TCDD) mais tóxica, e do 
furano (2,3,7,8-TCDF) mais tóxico. 
 
 
Tabela 3: Toxicidade relativa de algumas substâncias químicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 28 
2 Combustíveis 
 
 
2.1 Introdução 
 
O termo combustível está, hoje em dia, associado à idéia de fonte de 
energia calorífica. Desta forma, o termo dificilmente se dissocia de outras 
formas de energia que também podem fornecer calor. Por exemplo, 
emprega-se o termo combustível nuclear quando se faz referência a 
substâncias que por meio de fissão nuclear produzem calor. 
Entretanto, no sentido exato do termo, combustível é a substância 
susceptível de se combinar quimicamente com outra através de uma reação 
exotérmica, isto é, uma reação que desprende calor. 
Praticamente inúmeros elementos e compostos químicos possuem 
esta propriedade, principalmente quando a reação é feita entre eles e o 
oxigênio. Assim, o benzeno, o tolueno e muitos outros compostos orgânicos 
são combustíveis. Os metais, como o ferro, o alumínio, o magnésio, em 
certas condições comportam-se como combustíveis. Muitos outros 
elementos também queimam, como o silício e o enxofre. 
 
 
2.2 Combustíveis Industriais 
 
Apenas algumas substâncias são consideradas combustíveis 
industriais. Para tal consideração são necessárias as seguintes condições: 
• Disponibilidade, o que está ligado à existência de grandes 
quantidades; 
• Baixo custo, ou seja, preço acessível no local de consumo; 
• Aplicabilidade, isto é, a tecnologia associada ao seu uso deve estar 
disponível. 
Na Tabela 3 apresentam-se diversos combustíveis industriais, os 
quais estão separados pelos estados físicos da matéria. Entre os 
combustíveis apresentados nessa tabela, a maioria é usada em fornos e 
caldeiras. Uma parte é usada em motores de combustão interna ou turbinas 
a gás, como o álcool (etílico e metílico), os derivados de petróleo (óleo 
diesel, querosenes, gasolinas e gases), o gás natural, etc. O óleo 
combustível residual, o GLP e o gás natural também podem ser usados em 
motores de combustão interna. 
A seguir será feita uma descrição de alguns combustíveis. 
 
 
 
 
 29 
 
Estado Físico Material 
Lenha 
Serragem 
Madeira (Biomassa) 
Cavacos 
Lodo e resíduos industriais (Biomassa) 
Carvão vegetal 
Coque de carvão 
Sólido 
Coque de petróleo 
Petróleo 
Óleos de xisto 
Óleos vegetais (Biocombustíveis) 
Biodiesel (esterificação de óleo vegetal) 
Derivados de petróleo 
Líquido 
Álcool (Biocombustível) 
Gás natural 
Biogás (Biocombustíveis) 
Hidrogênio 
Gasoso 
GLP 
 
Tabela 4: Diversos combustíveis industriais. 
 
 
2.2.1 Combustíveis Fósseis 
 
O termo “combustíveis fósseis” engloba um grande número de 
compostos orgânicos minerais, podendo ser sólidos, líquidos ou gasosos. 
Estes incluem carvão mineral, petróleo e gás natural. Através de processos 
físicos e/ou químicos apropriados, esses combustíveis fósseis podem ser 
separados ou transformados em produtos finais similares. Por exemplo, o 
petróleo é destilado para obtenção de diversos produtos, como a gasolina e 
o óleo diesel. 
 
a) Carvão Mineral 
O carvão mineral é originário da transformação da matéria vegetal de 
grandes florestas soterradas há milhões de anos, através da ação da 
pressão, temperatura e microrganismos. A pressão do solo, calor e 
movimento da crosta terrestre produziram a destilação dos produtos 
gasosos, ocorrendo a formação do lignito. A continua atividade subterrânea 
propiciou a redução progressiva do conteúdo gasoso dos carvões, 
resultando em carvões de diferentes classificações (ranking): turfa, lignito, 
sub-betuminoso, betuminoso e antracito. 
 
 
 
 
 30 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 9: “Ranking do Carvão” pela idade geológica. 
 
 
O carvão encontra-se distribuído por toda a crosta terrestre, com 
incidências superficiais ou profundas e com vários graus de pureza. O maior 
ou menor grau de pureza decorre de como se processou a mistura dos 
materiais celulósicos com as substâncias minerais (vide figura a seguir). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10: Formação do Carvão Mineral. 
 
 31 
 
A extração do carvão no Brasil vem sendo desenvolvida 
essencialmente nos estados do Rio Grande do Sul e Santa Catarina, os 
quais possuem as maiores reservas de carvão nacional. A Bacia Carbonífera 
de Candiota, no Rio Grande do Sul, é a maior de todas e conta com cerca 
de 12 x 109 ton de carvão essencialmente usado como carvão energético.A caracterização das propriedades físicas, químicas e petrográficas do 
carvão pode determinar seu valor econômico, desde a mineração até sua 
utilização industrial. É importante o conhecimento das propriedades do 
carvão, pois se pode ter um melhor controle do processo industrial que 
utiliza esse material, incluindo o controle das emissões atmosféricas e 
efluentes líquidos, assim, como uma disposição adequada dos rejeitos 
sólidos, minimizando os efeitos indesejáveis ao meio ambiente. 
Na utilização do carvão para fins energéticos, é essencial o 
conhecimento prévio das propriedades do carvão por análise elementar, 
análise imediata, poder calorífico superior e inferior, reatividade. Além 
disso, a determinação de álcalis, Na (sódio) e K (potássio) nos carvões é 
importante, por que estes causam sérios problemas de obstrução (fouling) 
em caldeiras, devido à fácil volatilização e condensação destes sobre as 
frias paredes da caldeira. 
A análise imediata consiste na determinação da umidade, cinza, 
matéria volátil e carbono fixo (por diferença) por métodos normalizados: 
• A umidade total, segundo a norma técnica NBR 8293/83, é determinada 
pela diferença do material seco em estufa a 105oC, durante uma hora. 
• A cinza, que é o resíduo inorgânico remanescente, pode ser determinada 
pela norma ABNT NBR 8289/1983, que recomenda a combustão da 
amostra em forno mufla, em atmosfera oxidante, com ou sem adição de 
oxigênio. O resíduo remanescente após a queima é pesado e registrado 
como teor de cinza (ou resíduo mineral fixo). 
• Matéria volátil é todo o produto, excetuando a umidade, desprendido por 
um material, como gás ou vapor, incluindo hidrogênio, hidrocarbonetos, 
produtos fenólicos, água, óxidos ou carbono em proporções variadas. 
Nos processos de combustão, o teor de matérias voláteis, junto com 
parâmetros como cinza, poder calorífico etc., prediz a eficiência da 
combustão, pois carvões com alto teor de voláteis tendem a queimar 
mais rapidamente que os de baixo teor de voláteis. A metodologia 
descrita na ABNT NBR 8290/1983 baseia-se na determinação dos 
destilados voláteis do carvão, desprendidos durante o aquecimento em 
forno elétrico (vertical ou horizontal), na ausência de oxigênio, sob rígido 
controle de massa, temperatura e tempo. 
• Carbono fixo representa, basicamente, a concentração de carbono, 
apesar de conter também outros elementos como enxofre, hidrogênio, 
nitrogênio e oxigênio. É um importante parâmetro utilizado para todos 
 32 
os cálculos de balanço energético e na caracterização de carvões. Os 
teores de carbono fixo, expressos em percentuais, são sempre valores 
calculados. A norma ABNT NBR 8299/1983 recomenda o cálculo do teor 
de carbono fixo a partir de teores de cinza, matéria volátil e umidade, 
conforme a equação: 
 
)_%%(%100_ volátilmatériacinzaumidadefixocarbono ++−= (E12) 
 
A análise elementar é a determinação de carbono, hidrogênio, 
enxofre, nitrogênio e cinza no material, e o cálculo do oxigênio por 
diferença. Para a realização dessa análise podem ser utilizados os 
equipamentos CHN (determinação de carbono, hidrogênio e nitrogênio) e 
LECO (determinação de enxofre). 
Os resultados analíticos são utilizados para orientar tecnicamente os 
contratos comerciais do carvão. Para interpretação dos resultados é 
necessário considerar a base na qual os resultados estão expressos. As 
bases mais usadas são: 
• Base como recebida: são os dados analíticos obtidos nas condições de 
umidade em que a amostra for recebida no laboratório, antes de ser 
submetida a qualquer processo ou condicionamento. A amostra não deve 
sofrer nenhuma modificação no teor de umidade, seja ganho ou perda. 
• Base seca (dry basis – db): são os dados analíticos calculados a uma 
base teórica considerando que a amostra está isenta de umidade. 
• Base seca e livre de cinzas (dry ash-free basis – daf): dados analíticos 
calculados a uma base teórica considerando a amostra isenta de 
umidade e cinza. 
O carvão é empregado, principalmente, nos processos de combustão, 
gaseificação, liquefação e carbonização. A Tabela 4 apresenta um resumo 
desses processos. 
A combustão do carvão inicia pela ignição, causando a degradação 
térmica (pirólise), que produz duas frações: produtos voláteis e o coque. Os 
voláteis queimam em uma reação na fase gasosa, enquanto o coque sofre 
uma reação superficial heterogênea com o oxigênio. Os produtos da 
combustão são calor e produtos finais de baixo valor, como as cinzas. 
 
Processo Agente ativo 
sobre o carvão 
Produto 
principal 
Subprodutos 
Combustão Oxigênio Calor Cinzas 
Gaseificação Vapor (+ calor) Gás Cinza 
Liquefação Hidrogênio (+ 
“solvente”) 
Combustíveis 
líquidos 
Gases, cinzas 
Carbonização Calor Coque Gás, alcatrão 
Tabela 5: Principais processos de utilização do carvão. 
 33 
 
As principais técnicas usadas na combustão do carvão são: 
• Leito fluidizado; 
• Leito fixo ou em grelhas; 
• Pulverizado. 
O último método é o mais usado em grandes plantas industriais para 
geração de energia elétrica, embora a combustão em leito fluidizado está 
sendo cada vez mais empregada, por possuir maior eficiência. 
 
b) Petróleo 
O petróleo, sobre cuja origem há várias teorias, é extraído de poços 
mais ou menos profundos e constitui a base do progresso e soberania de 
uma nação. 
As reservas mundiais de petróleo no ano de 2001 mantiveram a 
marca de aproximadamente 1 trilhão de barris, registrando um crescimento 
de 0,3% em relação ao ano anterior. Esse pequeno crescimento deveu-se 
ao reduzido aumento de 0,5% por parte dos países que constituem a OPEP 
(Organização dos Países Exportadores de Petróleo) e, ainda, a uma redução 
de 0,6% nas reservas dos países não pertencentes à organização. 
No Oriente Médio, as reservas provadas se elevaram 0,3%, atingindo 
685,6 bilhões de barris, enquanto as reservas européias, que somaram 18,6 
bilhões de barris, diminuíram 2,6%. No continente americano, as reservas 
dos países norte-americanos reduziram 1,4% em relação ao ano de 2000, e 
as das Américas Central e do Sul exibiram um crescimento de 1,1%, 
alcançando 96,0 bilhões de barris. O Brasil permaneceu com o mesmo 
volume de reservas registrado no ano 2000, e a Colômbia apresentou uma 
queda de 10,0% em relação ao ano anterior. Neste cenário, as reservas 
provadas brasileiras, de 14 bilhões de barris, somadas as reservas recém 
descobertas do pré-sal, estimada em 15 bilhões de barris, colocam o Brasil 
em uma posição de destaque no novo cenário mundial. 
Das reservas provadas nacionais atuais, excluindo o pré-sal, 89,3% 
localizavam-se no mar, com destaque para o Rio de Janeiro (detendo 
97,4% das reservas provadas localizadas no mar), e 10,7% estavam em 
jazidas terrestres. Vale ressaltar o crescimento das reservas provadas 
localizadas em terra: 6,4% entre 2000 e 2001. 
Do petróleo derivam vários combustíveis e produtos químicos, que 
são obtidos, principalmente, em refinarias. No Brasil em 2001, a produção 
de derivados de petróleo energéticos e não-energéticos foi de 101,0 milhões 
de m3, superando em 5,0% o volume registrado em 2000. Entre os 
combustíveis obtidos do petróleo, destacam-se: 
 
b.1) Gasolina 
 34 
A gasolina é o combustível mais consumido entre os que são 
utilizados em transporte rodoviário. Em uso por mais de um século, a 
gasolina possui infraestrutura mundial de produção e distribuição; seu uso 
em grande escala permite preços baixos e o desenvolvimento de 
equipamentos específicos, como refinarias, motores, catalisadores de 
exaustão e uma infraestrutura de serviços. 
A gasolina é um combustível de, relativamente, alta densidade 
energética, sendo muito adequado para motores de ciclo Otto; mas possui 
um número de octanagem menor do que outros combustíveis usados 
nesses motores, o que limita as razões decompressão e a eficiência 
energética dos motores a gasolina. 
Para elevar a octanagem da gasolina, ainda na década de 20 foi 
proposta a utilização de sais de chumbo adicionados a gasolina, entre eles o 
tetraetila de chumbo [Pb(C2H5)4] e o tetrametila de chumbo [Pb(CH3)4]. 
Estes compostos eram adicionados para minimizar as perdas de potência 
devido ao aparecimento de um golpe característico no cilindro do motor, 
com a produção de um ruído metálico conhecido como “batida de pino”, em 
decorrência das ondas de choque provocadas pela explosão prematura sob 
baixas pressões de compressão da mistura vapor de gasolina e ar 
atmosférico dentro do cilindro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11: Etapas do ciclo de trabalho de um pistão de “4 tempos”. 
 
 
O Japão e o Brasil foram os primeiros países a retirarem o chumbo 
em suas gasolinas automotivas. No caso brasileiro foi em 1989. Com o 
crescimento da preocupação com o meio ambiente, os compostos de 
chumbo foram suprimidos da composição da gasolina principalmente por 
serem tóxicos para o ser humano, mas também por inviabilizar a adoção de 
 35 
catalisadores de veículos. No Brasil, o substituto mais adequado para essa 
substituição foi e continua sendo o etanol [C2H5OH], cujo índice de 
octanagem é maior que 98, muito próximo do iso-octano puro. 
O índice de octanagem é um importante parâmetro da qualidade da 
gasolina. Esse índice mede a tendência de um combustível detonar quando 
queimado no cilindro de um motor. Quanto maior o índice de octanagem, 
menor a tendência à detonação. De acordo com a definição do índice de 
octanagem, iso-octano (2,2,4 trimetil pentano) tem o valor de 100 para 
esse índice, enquanto o n-heptano (C7H16) possui o valor de 0 (zero). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12: Hidrocarbonetos usados avaliação do índice de octanagem. 
 
 
No Brasil, encontram-se disponíveis quatros tipos de gasolina: 
- Gasolina Comum ou Regular - com octanagem mínima de 80 
(geralmente 87), medida pelo método Motor (MON), comercializada com 
sua cor original de produção (amarelada), sem adição de corantes. 
- Gasolina Regular Aditivada - difere da gasolina regular apenas pela 
presença de aditivos detergentes/dispersantes, adicionados pelas 
distribuidoras. Nessa gasolina é permitida a adição de corantes, tendo cores 
diferenciadas por distribuidora. Os aditivos têm a função de impedir a 
formação de depósitos, mantendo limpos os bicos injetores e as válvulas de 
admissão. 
-Gasolina Premium - gasolina com octagem mínima de 91, medida 
pelo Índice Antidetonante (AID) (MON + RON)/2, que, a exemplo da 
gasolina regular aditivada, pode ser comercializada com cores diferenciadas, 
de acordo com cada companhia distribuidora. 
� MON - Motor Octane Number 
� RON - Reserch Octane Number 
Características e benefícios da Premium: O que diferencia a Premium 
das gasolinas tradicionalmente comercializadas no Brasil é a sua maior 
octanagem e o seu menor teor de enxofre. 
 36 
- Gasolina Podium - Maior índice de octanagem de todas as gasolinas 
do mercado, mínimo de 95 IAD, promovendo melhor performance para 
veículos de alto desempenho. Possui baixo teor de enxofre, reduzindo 
consideravelmente seu impacto ambiental, reduz o acúmulo de resíduos nos 
motores, possibilitando intervalos maiores entre as manutenções. Esta é a 
gasolina com um padrão ambiental que a Europa e os Estados Unidos só 
passaram a exigir a partir de 2006, sendo desenvolvida com a mesma 
tecnologia que a Petrobras emprega para produzir a gasolina utilizada na 
Fórmula 1. Recebe, por força de lei federal, a adição de 25% de álcool. É 
incolor, e pode ser utilizada em qualquer veículo movido a gasolina, mas é 
especialmente recomendada para veículos de altíssimo desempenho. 
Redução nas emissões de exaustão e evaporativas fornece um 
estímulo importante para reformulação da gasolina, que varia 
simultaneamente vários parâmetros da gasolina convencional para obter 
melhores características. Reformulação geralmente inclui: a adição de 
oxigenado como MTBE (éter metil-terc-butílico), ETBE (éter etil-terc-
butílico), e o álcool etílico; redução do conteúdo de aromáticos e olefinas, e 
redução da temperatura de evaporação. 
 
 
b.2) Óleo Diesel 
 
O óleo diesel é mais uma das frações da destilação do petróleo. É o 
segundo combustível mais utilizado no transporte rodoviário, principalmente 
em veículos pesados por que o peso extra dos motores diesel comparados 
aos motores Otto, para uma dada potência de saída, tem desvantagem 
relativa menor em veículos mais pesados. 
O processo de combustão em um motor diesel envolve tanto 
processos físicos como químicos. Os processos físicos incluem o transporte 
do combustível e do ar para a câmara de combustão, a mistura do 
combustível com o ar, e o proporcionamento de condições favoráveis para a 
reação química. O processo químico envolve, primeiro, a auto-ignição do 
combustível e, finalmente, extensa reação química que libera a energia 
potencial do mesmo. 
Em aplicações automotivas, o óleo diesel tem relativamente baixas 
emissões de CO e hidrocarbonetos, mas altas emissões de NOx e material 
particulado. As desvantagens nas emissões têm potencial para 
melhoramentos. Uma redução no conteúdo de enxofre, por exemplo, reduz 
não somente as emissões de SO2, mas também as emissões de material 
particulado. Como a gasolina, o controle nas emissões fornece um incentivo 
para a reformulação do óleo diesel. 
O óleo diesel e a gasolina embora sejam combustíveis com certos 
riscos, podem ser considerados combustíveis seguros, pois durante os anos 
 37 
as pessoas aprenderam a manuseá-los de modo seguro. Ambos possuem 
desvantagem considerável: quando derramados penetram no solo, poluindo 
não apenas o solo, mas também a água. 
 
 
b.3) Óleo Combustível 
O termo “óleo combustível” designa, de um modo geral, frações 
pesadas residuais do petróleo, obtidas em vários processos de refinação. 
Entretanto, existem óleos combustíveis mais leves e menos viscosos obtidos 
como destilados, a exemplo dos óleos para aquecimento doméstico tão 
usados na Europa e nos Estados Unidos. 
No mercado existem atualmente produtos que são misturas de vários 
resíduos ou destilados pesados, obtidos em diferentes operações nas 
refinarias. Essas misturas permitem atender as variadas exigências do 
mercado consumidor. 
Assim, a composição dos óleos combustíveis é bastante complexa. Os 
hidrocarbonetos presentes são de elevado peso molecular e estão 
representados pelas famílias já conhecidas de parafinas, naftênicos e 
aromáticos, podendo ainda aparecer as olefinas quando houver produtos 
originados de craqueamento ou visco-redução. Além disso, aparecem 
derivados contendo enxofre, nitrogênio e oxigênio e ainda quantidades 
muito pequenas de alguns metais como o vanádio, níquel, sódio, ferro, etc. 
Os vários processos de refinação tendem a concentrar os compostos de 
enxofre e os metais nos resíduos pesados. 
Desse modo, a composição final dos óleos combustíveis depende das 
características e do tipo de processamento do petróleo, e das misturas 
realizadas. Aditivos especiais também podem ser adicionados, visando 
melhorar a estabilidade do produto ou para diminuir a ação corrosiva dos 
compostos de vanádio. 
As características mais importantes de um óleo combustível são 
viscosidade; quantidade de enxofre, água e sedimentos, e vanádio; ponto 
de fulgor; e ponto de fluidez. 
A viscosidade de um fluido é a medida da sua resistência ao 
escoamento a uma determinada temperatura. É uma importante 
característica de combustíveis líquidos, principalmente, os mais viscosos. A 
viscosidade determinará as condições de manuseio e utilização do produto. 
O ponto de fluidez é a menor temperatura na qual um produto líquido 
flui quando sujeito a resfriamentosob condições determinadas de teste. Ele 
estabelece as condições de manuseio e estocagem do produto. Especificam-
se limites variados para esta característica, dependendo das condições 
climáticas das regiões, de modo a facilitarem as condições de uso do 
produto. 
 38 
As especificações e as normas técnicas para a análise das 
características do óleo combustível são determinadas pela Portaria no 80, de 
30/04/1999, da Agência Nacional do Petróleo – ANP, as quais são 
apresentadas na Tabela 5. O ponto de fluidez superior deverá ser, no 
máximo, igual ao indicado na Tabela 6. 
O óleo combustível é utilizado em uma grande variedade de 
equipamentos destinados à geração de energia ou calor. A indústria 
consome enorme quantidade de óleos combustíveis, principalmente em 
caldeiras, aquecedores, fornos, secadores, etc. Nos países frios, os sistemas 
de aquecimento doméstico também usam óleo combustível, e as caldeiras 
marítimas fazem largo uso dele. 
 
Tabela 6: Especificação de óleos combustíveis (Fonte: Portaria ANP no 80, 
30/04/1999). 
 
 
 
Unidades da 
Federação 
Dez, Jan, Fev, Mar Abr, Out, Nov Maio, Jun, Jul, Ago, 
Set 
DF-GO-MG-ES-RJ 27 24 21 
SP-MS 24 21 18 
PR-SC-RS 21 18 15 
demais regiões 27 27 24 
Tabela 7: Ponto de fluidez superior de óleos combustíveis para as diversas 
regiões do Brasil e em 3 períodos do ano (Fonte: Portaria ANP no 80, 
30/04/1999). 
MÉTODO TIPO 
CARACTERÍSTICA 
 
UNID. ABNT ASTM OCB1 OCA1 OCB2 OCA2 
 
Viscosidade Cinemática a 
60°C, máx. 
ou 
Viscosidade Saybolt Furol 
a 50°C, máx. 
 
mm²/s 
(cSt) 
 
SSF 
 
NBR 10441 
NBR 5847 
 
MB 326 
 
D445/ 
D2171 
 
D88 
 
620 
 
 
600 
 
620 
 
 
600 
 
960 
 
 
900 
 
960 
 
 
900 
 
Enxofre, máx. 
 
 
% 
massa 
 
MB 902 
D1552/ 
D2622/ 
D4294 
 
1,0 
 
2,5 
 
1,0 
 
2,5 
 
Água e Sedimentos, máx. 
(2) 
 
% 
volume 
 
MB 37 e 
MB294 
 
D95 e 
D473 
 
2,0 
 
2,0 
 
2,0 
 
2,0 
 
 
Ponto de Fulgor, mín. 
 
°C 
 
MB 48 
 
D93 
 
66 
 
66 
 
66 
 
66 
 
 
Densidade 20/4°C 
 
 
 
NBR 7148/ 
NBR 14065 
 
D1298/ 
D4052 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
Anotar 
 
 
Ponto de Fluidez 
Superior, máx. 
 
°C 
 
NBR 11349 
 
D97 
 
Tabela 6 
 
Tabela 
6 
 
Tabela 
6 
 
Tabela 
6 
 
Vanádio, máx. 
 
mg/kg 
 
 
 
D5863/ 
D5708 
 
200 
 
200 
 
200 
 
200 
 
 39 
 
c) Gás Natural 
 
Gás natural é uma designação genérica para uma mistura de 
hidrocarbonetos gasosos contendo principalmente metano. Entre os 
combustíveis fósseis, o gás natural é o menos poluente. É encontrado na 
natureza, normalmente em reservatórios profundos no subsolo, associado 
ou não ao petróleo. 
Como os demais combustíveis fósseis, o gás natural tem origem na 
degradação da matéria orgânica. Através de movimentos de acomodação da 
crosta terrestre, a matéria orgânica foi soterrada a grandes profundidades 
e, por isso, sua degradação ocorreu, normalmente, fora do contato do ar 
(pela ação de bactérias anaeróbias), a grandes temperaturas e pressões. 
O gás natural é uma fonte energética não renovável, por isso tende 
ao esgotamento. Mesmo assim, o gás natural deve ser o principal 
combustível a substituir o petróleo, com predominância por toda a primeira 
metade do século 21. 
Em 2001, as reservas provadas mundiais de gás natural somaram 
155,1 trilhões m³, registrando um crescimento de 3,3% em relação ao ano 
de 2000. As reservas localizadas nos países da OPEP apresentaram uma 
elevação de cerca de 6,0% e atingiram 70,4 trilhões m³. O bloco de países 
não pertencentes à OPEP deteve a maior parte das reservas, com um 
volume de 84,7 trilhões m³ e um crescimento de 1,1% em relação ao ano 
anterior. O volume de reservas brasileiras manteve-se inalterado em 
relação ao ano 2000, 220 bilhões m³, preservando a 41ª posição mundial. 
Muitas vezes o gás natural encontra-se associado ao petróleo, sendo 
que a proporção em que o petróleo e o gás natural se encontram 
misturados na natureza varia muito. Pode ocorrer petróleo com muito gás 
associado, bem como jazidas em que há quase exclusivamente a presença 
do gás natural. 
Quando há predominância do petróleo, quem define as condições de 
exploração da jazida é a produção do petróleo e, então, o gás natural 
associado é um subproduto da produção do primeiro. Se não houver 
condições econômicas para aproveitamento do gás natural, ele é reinjetado 
na jazida ou, então, queimado, em queimadores de segurança (flare), para 
se evitar a criação de uma atmosfera rica em gases combustíveis no 
entorno das instalações de produção de petróleo. 
Quando o gás é dominante, ou seja, gás natural não-associado, o seu 
aproveitamento econômico é condição essencial ao desenvolvimento da 
produção. As maiores ocorrências de gás no mundo são de gás não-
associado ao petróleo. 
Tanto o gás não-associado, quanto a corrente gasosa recuperada do 
petróleo constituem-se no que se costuma denominar de gás natural úmido, 
 40 
o qual contêm em suspensão pequenas quantidades de hidrocarbonetos que 
são líquidos, nas condições atmosféricas de pressão e temperatura, 
dispersas na massa gasosa. Desse modo, o gás natural úmido é composto 
predominantemente de metano, etano e, em menores proporções, de 
propano e outros hidrocarbonetos de maior peso molecular, apresentando 
contaminantes, como nitrogênio, dióxido de carbono, água e compostos de 
enxofre. 
Assim, o gás natural precisa passar por um tratamento inicial, 
também denominado secagem do gás natural. Esse tratamento, 
normalmente realizado junto à jazida, é feito em Unidades de 
Processamento de Gás Natural (UPGN), resultando de um lado gás natural 
seco e de outro líquido de gás natural (LGN). 
Durante o processo de secagem do gás natural nas UPGN, são 
também removidos contaminantes ou reduzidos os seus teores, para 
atender às especificações demandadas pelo mercado. Esses tratamentos 
são muito eficazes, razão pela qual o gás natural seco (forma sob a qual é, 
normalmente, comercializado e, simplificadamente, chamado de gás 
natural) é composto de uma mistura de metano e etano, com 
reduzidíssimas proporções de outros hidrocarbonetos e de contaminantes. A 
proporção de metano nesta mistura normalmente é de 80 a 95%. 
Os líquidos de gás natural (LGN) correspondem às frações que se 
liquefazem facilmente (propano e butano) ou que são líquidas nas condições 
ambientais. Essas frações apresentam alto valor comercial, sendo 
aproveitados como: 
• gás liquefeito de petróleo – propano e butano, usado no Brasil como 
combustível doméstico; 
• gasolina natural – pentanos e hidrocarbonetos de maior peso 
molecular, os quais são utilizados na formulação de gasolinas 
automotivas e como matéria-prima para as unidades petroquímicas, 
com vistas à produção de eteno e propeno. 
O meio de transporte mais utilizado para o gás natural é através de 
gasodutos, que são dutos (tubulações) para conduzir o gás natural, que é 
introduzido sob pressão, por meio de compressores. 
Atualmente, o uso do gás natural como combustível em substituição 
a praticamente todos os demais combustíveis, especialmente pela facilidade 
do seu manuseio e pelo efeito ambiental limitado da sua queima, é 
dominante. Entre os principais empregos se destacam: a geração de 
energia elétrica, o uso em áreas urbanas e em automóveis. 
A utilização do gás natural para geração de energia elétrica vem 
crescendo de importância no mundo inteiro, sendo considerado o 
combustível mais apropriado para uso em turbinas a gás. É usado, 
principalmente, em grandes usinas próximas aos maiores centros de 
consumo. Quando há a possibilidade de agregar estas usinas a grandes41 
indústrias usuárias de vapor d’água, para aquecimento e acionamento de 
pequenas turbinas, em cogeração, a eficiência energética do conjunto é 
ainda maior. Dessa forma, a energia elétrica é produzida a baixo custo, o 
que torna essas usinas muito econômicas. 
O gás natural tem sido usado como combustível em motores de 
combustão interna em alguns países, tanto em veículos leves (táxis e 
veículos particulares) quanto pesados (ônibus e caminhões). No Brasil, em 
algumas regiões, principalmente nas cidades de São Paulo e Rio de Janeiro, 
já existem muitos veículos, principalmente ônibus e táxis, operando com 
gás natural. 
Nas áreas urbanas, o gás natural é distribuído por rede de tubulações 
subterrâneas, e pode atender: 
• uso residencial – para cocção (nas cozinhas), para aquecimento de 
água e para calefação (nas regiões frias); 
• uso comercial – similar ao uso residencial, mas especialmente em 
todas as necessidades de calor. Já é corrente a sua aplicação em 
centrais de ar-condicionado, em especial em unidades de maior 
porte, como centros comerciais. 
 
d) Gás Liquefeito do Petróleo-GLP 
 
O GLP, gás liquefeito de petróleo, é constituído por hidrocarbonetos 
que são produzidos no início da destilação do petróleo, e também durante o 
processamento do gás natural. Dependendo da origem e dos processos de 
tratamento a que foram submetidos, podem apresentar variações na 
composição. Desse modo, o GLP obtido do gás natural não contém 
hidrocarbonetos insaturados, ao passo que quando são obtidos a partir de 
gases de refinarias (petróleo) esses hidrocarbonetos podem aparecer em 
quantidades variáveis. Para o GLP proveniente do petróleo, os 
hidrocarbonetos que aparecem em maiores proporções são os compostos de 
três átomos de carbono (propano e propeno) e de quatro carbonos (butano 
e buteno). Pequenas quantidades de etano e pentano também podem 
ocorrer. 
Entre as principais impurezas encontradas no GLP, os compostos 
sulforosos são dos mais indesejáveis, pois estes incorporam corrosividade 
ao produto, sendo o gás sulfídrico o mais agressivo. Por essa razão, quando 
necessário, submete-se o produto a tratamentos em unidades especiais. 
Os hidrocarbonetos predominantes no GLP são gasosos a pressão e 
temperatura ambiente, mas liquefazem-se quando pressões relativamente 
baixas são aplicadas, proporciando a redução a pequenos volumes, 
facilitando os trabalhos de manuseio e transporte. 
O GLP tem amplo emprego tanto em aquecimento doméstico como 
industrial. Apresenta grandes vantagens sobre os combustíveis sólidos ou 
 42 
líquidos, devido ao seu alto poder calorífico, que é da ordem de 11.000 
kcal/kg. Apresenta, também, várias vantagens sobre o gás de carvão 
(produto de gaseificação) e entre eles se destacam: o maior poder 
calorífico, menor toxidez e risco de explosão. 
O GLP é um combustível alternativo para motores do ciclo Otto, mas 
é pouco consumido no transporte rodoviário. Entretanto, em alguns países, 
como a Holanda, é responsável por 12% da energia usada em veículos de 
passeio. Tem alto índice de octanagem, o que permite que motores a GLP 
tenham maiores razões de compressão do que os motores a gasolina e, 
assim, maiores eficiências energéticas. Mas veículos leves a GLP não 
exploram essa vantagem e os motores não tem a eficiência otimizada. O 
consumo de GLP é menor que o da gasolina, mas acima do diesel. Em 
veículos leves, as emissões de NOx são próximas das obtidas com a 
gasolina, mas as outras emissões são menores. 
 
 
 
2.2.2 Biomassa 
 
Biomassa é a matéria orgânica da terra, principalmente, os resíduos 
de plantas. No campo da energia, o termo biomassa é usado para descrever 
todas as formas de plantas e derivados que podem ser convertidos em 
energia utilizável como, madeira, resíduos urbanos e florestais, grãos, talos, 
óleos vegetais e lodo de tratamento biológico de efluentes. A energia 
gerada pela biomassa é também conhecida como “energia verde” ou 
“bioenergia”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 43 
Uma das formas de utilização da biomassa é através da queima direta 
para produzir energia térmica e elétrica. É uma fonte primária de energia e 
que está em desenvolvimento em muitos países. 
Outra forma de utilização é através do processamento da biomassa 
para produção de combustíveis. O processamento pode ser realizado 
através de processos químicos, como a gaseificação, ou através de 
processos biotecnológicos, como a fermentação. Como exemplos, pode-se 
citar o álcool. O óleo vegetal, obtido de mamona ou de colza, e o biodiesel, 
obtido pela esterificação do óleo vegetal, também são utilizados como 
combustíveis em motores diesel. A diferença básica entre os dois está na 
forma de obtenção e na maior viscosidade do óleo vegetal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 13: Diferentes processos de conversão de biomassa em energia. 
 
Há muitas vantagens na utilização da biomassa diretamente como 
combustível, por exemplo, as reduzidas emissões de poluentes. Por 
exemplo, o conteúdo de enxofre em biomassas, geralmente, é baixo, 
ocorrendo baixas emissões de SO2 na combustão. As emissões de CO2, 
liberadas durante a queima de biomassa, podem ser consideradas 
praticamente nulas, pois esse gás é reabsorvido no próximo ciclo de vida da 
planta, no processo de fotossíntese. Além disso, a madeira, por exemplo, 
contem pouca cinza (1% ou menos) o que reduz a quantidade de cinza que 
precisa ser disposta no meio ambiente, em comparação ao carvão mineral. 
Entretanto, deve ser observado que em comparação com 
combustíveis fósseis sólidos, biomassa contem muito menos carbono e mais 
oxigênio e, como conseqüência, tem um baixo poder calorífico. Além disso, 
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o conteúdo de cloro de certas biomassas, como algumas palhas, pode 
exceder o nível encontrado no carvão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 14: Comparação entre a utilização de carvões vegetais e minerais. 
 
Como acontece com qualquer tipo de combustível, deve ser 
adequadamente administrado de forma sustentável. Assim, o 
desmatamento deve ser evitado, pois pode diminuir a diversidade genética 
de nossas florestas, com todos os prejuízos associados. 
Entre os diversos tipos de biomassa que podem ser usados como 
combustíveis, se destacam no Brasil, pela quantidade utilizada, as que são 
provenientes da madeira, como a lenha, serragem e cavacos. Além dessas, 
o bagaço de cana também é muito empregado, devido à grande produção 
brasileira de açúcar e álcool. 
 
a) Lenha 
É o combustível mais antigo em uso e atualmente ainda é bastante 
utilizado em alguns países, incluindo o Brasil. A lenha é a madeira (tronco e 
galhos) de árvores nativas ou de reflorestamentos. Os troncos e galhos são 
cortados em pedaços de 1m, para facilitar a medição, já que a lenha 
normalmente é vendida em volume. 
A lenha, sendo madeira, é constituída de celulose, resinas, água e 
sais minerais. A queima da lenha é feita sobre grelhas, e a chama produzida 
é longa devido aos gases da combustão. 
 
b) Serragem e Cavaco 
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A serragem e o cavaco são resíduos da indústria de beneficiamento 
da madeira, como a indústria moveleira, de papel e outras. A queima 
desses combustíveis requer grelhas especiais (cascata). 
 
 
c) Álcool Etílico 
No Brasil, o álcool etílico, ou etanol, é mais conhecido simplesmente 
como álcool, embora exista uma classe de compostos orgânicos que possua 
essa denominação, a qual pertence o álcool etílico. 
O emprego do álcool etílico como combustível foi uma solução 
brasileira para a crise do petróleo do final da década de 70, através do 
Proálcool, projeto criado pelo governo como incentivo à produção desse 
combustível. Entretanto, com o fim da crise, esse projeto não recebeu mais 
estímulo governamental e a indústria