AULA 2 Combustíveis gerais e combustão 2 por página

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Título aqui 1
Combustão
Combustíveis
São José do Rio Preto
Complementos de Química aplicadaComplementos de Química aplicada
Prof. Danilo FrancoProf. Danilo Franco
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ENG. MECÂNICA, MECATRÔNICA E PRODUÇÃO
Combustão 
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• Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de
oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação,
obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível;
• Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar presentes
simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação;
• O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia de
ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo o
combustível;
• Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons);
• O combustível atua sempre como fonte de elétrons;
• O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como
oxidante.
Combustão Combustão 
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• Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:
Combustão Combustão 
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Combustão
Combustível + comburente Combustível + comburente →→ combustãocombustão
Hidrocarbonetos + O2 → Produtos 
As reações de combustão são exotérmicas, liberam grandes
quantidades de energia (na forma de luz ou calor), que possui
várias aplicações: iluminação, funcionamento de motores,
cozimento dos alimentos, etc.
Os produtos dependem do tipo de combustão que ocorre.
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Reação de combustão
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• De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa.
• Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão se dá
entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado.
• No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de
a reação ocorrer na interface sólido - gás.
• É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na combustão (os
quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do combustível;
• Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa
mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente.
• De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguinte
maneira:
Reação de combustão Reação de combustão 
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Tipos de combustão
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Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadas no
processo, podem ocorrer três tipos de combustão:
Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor que quantidade
estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do
combustível. formação de carbono na forma de fuligem (C) e água.
Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade
estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas as frações do
combustível. Formação de monóxido de carbono (CO) e água (H2O)
Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade
estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do
combustível. Produz gás carbônico (CO2) e água na forma de vapor (H2O).
• A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo
ter uma indicação da combustão obtida.
Tipos de combustão Tipos de combustão 
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• Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena
quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio.
• Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou
menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado)
e quantidade desprezível (ou nula) de CO.
Tipos de combustão Tipos de combustão 
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• Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e econômica,
energia térmica por reação química ou nuclear;
• Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio do ar,
produzindo calor em grande quantidade.
1.Classificação dos combustíveis:
Sólidos:
• Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha;
• Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;
Líquidos:
•Naturais: petróleo cru, gasolina natural;
•Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;
Gasoso:
•Naturais: gás natural;
•Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;
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1.Principais Características dos Combustíveis mais Comuns
1.1. “Combustíveis Sólidos”
1.1.1. Lenha
• Perdeu a importância como combustível industrial:
- Baixa rentabilidade térmica
- Crescente interesse como fonte de celulose
• Após corte � teor de umidade oscila: 50 e 70%;
• Seca ao ar � teor reduz cerca de 15% � PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg;
• Baixo poder calorífico � Pirólise*� Resíduo: carvão vegetal � PCI = 7200 a 8000
Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas);
• Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas � ácido
acético, metanol, acetona...).
OBS.: * Pirólise � ruptura da estrutura molecular original pela ação do calor.
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1.1.2. Carvões fósseis
• Consideradas: rochas orgânicas combustíveis;
• Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha);
• Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos;
• Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias;
• > grau transformação sofrida pela madeira � + C e - H e O possui o carvão;
• % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da madeira.
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• Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H � melhor
rendimento térmico;
• S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO2 e P2O5);
• Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar
granulometria);
• Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua
utilização na forma como é extraído � refino;
• Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água,
para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade.
a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como combustível industrial.
• Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande quantidade de
destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compressão.
• Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável.
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• Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O coque
obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação do gásde
hulha combustível;
• Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão. São
as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas;
• Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em
fornos quando se necessita de aquecimento radiante;
• Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico.
Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água;
• Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar
que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso é deixado em
silos (para secagem ao ar).
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1.1.1. Coque:
O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do ar) �
denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão � faz que haja o
desprendimento das matérias voláteis produzindo:
• Combustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos,
hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO2 e Hidrocarbonetos insaturados;
• Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos combustíveis
do alcatrão da hulha;
• Combustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do
carvão;
• Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre 1.100 e
1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação;
• Poder calorífico: 7.000 Kcal/Kg
• O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério de
ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso, deve
apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro).
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1.2. “Combustíveis Líquidos”
• Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes grupos:
1-Petróleo e seus derivados
2-Derivados do alcatrão de hulha ou do linhito
3-Destilados dos xistos betuminosos
4-Hidrocarbonetos sintéticos
5-Álcool etílico
1.2.1. Derivados do Petróleo
1.2.1.1 Gasolina
• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 6 -12 átomos de carbono;
• Pode ser: Natural ou Petróleo;
• Poder calorífico: 11.000 Kcal/Kg;
• Ponto de fulgor - 40º C (gasolina automotiva) e - 46 ºC (gasolina de aviação);
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• Índice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina. Mede
o poder anti-detonante da mesma;
• Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão até
que ocorra a pré-detonação ou “batida de pinos”;
• A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano que
apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a gasolina
testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos dará o índice de
octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo
comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso-octano e 20% de
heptano, a gasolina em teste será 80;
Esse método se baseia na convenção de que:
- Iso-octano: possui poder anti-detonante igual a 100 (melhor comportamento)
- Heptano: possui poder anti-detonante igual a 0 (pior comportamento)
• A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de
octanagem;
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• O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adição:
- de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, benzol, gasolinas
naturais...);
- de produtos aditivos especiais: chumbo tetra-etila (no caso da gasolina de aviação,
que possuem índice de octana de 140 ou 160).
Curiosidades:
Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum?
• A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e no pistão) deixa
resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma.
• Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar, que
provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a eficiência do
carro.
• Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência da gasolina.
• A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a aditivada possui uma
espécie de detergente.
• Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acúmulo de mais
resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e também é queimada.
(fonte: http://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina-comum.htm)
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1.2.1.2 Querosene
• Primeiro derivado do petróleo de valor comercial;
• Mistura de hidrocarbonetos contendo: 14 - 19 átomos de carbono;
• Incolor, menos volátil que a gasolina;
• Excelente poder de solvência;
• Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de combustão interna;
• 84% de C e 16% de H em massa;
• Ponto de fulgor 40ºC;
• Poder calorífico: 11.500 Kcal/Kg.
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1.2.1.3 Óleo Diesel
• Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de energia;
• Poder calorífico: 10.100 Kcal/Kg;
• Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC (biodiesel �
segundo ANP);
• Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de ignição do
combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de cetanas, menor será o retardo
de ignição e por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se;
• Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores diesel de alta
velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade aceitam
óleos com índice 25;
• Cetano é um hidrocarboneto parafínico (alcano) de fórmula
química CH3(CH2)14CH3 (C16H34) usado como padrão na avaliação das propriedades
ignitoras do diesel (o número de cetano).
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1.2.2. Derivados do Alcatrão
Benzeno (C6H6) - principal
• Poder calorífico: 10.500 Kcal/Kg
• Índice de octano = 88
• Principal utilização: aditivo para gasolina
1.2.3. Destilados de Xistos betuminoso
• Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis (20% tipo
gasolina e 50% do tipo óleo diesel).
1.2.4. Hidrocarbonetos sintéticos
• Utilizados: Processo de síntese;
• Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-detonante).
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1.2.5. Álcool Etílico
• Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção de etanol da
cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros cúbicos, com perspectivas de
atingir 35,7 milhões de metros cúbicos em 2012-2013);
• Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo
sacarino (África), trigo (Europa)...
• Poder calorífico: 6.500 Kcal/kg;
• Ponto de fulgor 13ºC;
• Exige menor quantidade de ar para combustão;
• Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a 25% em mistura
com a gasolina;
• Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo (em média 95%
etanol + 5% água);
•Alto poder anti-detonante.
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1.3. “Combustíveis Gasosos”
• Natemperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam numerosas
vantagens sobre os demais combustíveis:
1.Maior facilidade na reação de combustão
2.Maior facilidade de regular a entrada de ar
3.Maior extensão da chama
4.Maior facilidade de transporte
5.Maior facilidade de pré-aquecimento
6.Ausência de cinzas
• São sempre misturas gasosas;
• Composição varia:
- forma de produção (combustíveis preparados) ou
- fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais)
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• Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir:
Destaques:
1.3.1. Gás natural: Combustível fóssil: Metano (CH4) + Hidrocarbonetos Parafínicos
(etano, propano e outros mais pesados) � Ocorre: formações geológicas
petrolíferas. Possui aplicações domésticas, industriais e automotivas.
Poder calorífico: 8.993 Kcal/kg;
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Incolor e inodoro, o gás natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de
vazamento, por ser mais leve que o ar. Para inflamar é preciso que seja
submetido a uma temperatura superior a 620°C. Além disso, o gás natural
queima com uma chama quase imperceptível. Por questões de segurança, o gás
natural comercializado é odorizado com enxofre.
1.3.2. Gás liquefeito de petróleo (GLP): Propano (C3H8) + Butano (C4H10)
Utilizado: Combustível industrial, doméstico... São mais densos que o ar e em
caso de vazamento, tendem a se depositar apresentando o perigo de explosão
e/ou asfixia.
Poder calorífico: 11.500 Kcal/kg;
OBS.: Normalmente comercializado em botijões no estado líquido, tornando-se
gasoso à pressão atmosférica e temperatura ambiente na hora de sua utilização
em fogão. Por ser um produto inodoro por natureza, um composto à base de
enxofre é adicionado, dando-lhe um cheiro bastante característico para
facilitar a detecção de possíveis vazamentos.
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1.3.3. Gás de hulha: Obtido: destilação seca da hulha, em ausência de ar,
resultando ainda um resíduo combustível � coque. Uma tonelada de hulha gera
em média 300 a 350 m3 de gás. Poder calorífico: 4.000 a 5.000 Kcal/m3, 50 Kg
de alcatrão, 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de águas amoniacais (fonte de
NH3).
1.3.4. Gás de ar: “Gás Pobre”, devido seu baixo poder calorífico (1.200 a 1.600
kcal/m3. Obtido: Oxidação parcial do carbono, a partir do coque, carvões
minerais ou vegetais;
1.3.5. Gás de água: Apresenta em média: CO2 5,1%; CO 40,2%; H2 50%; CH4 0,7
% e N2 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 2700 Kcal/m3. Obtido: injeção
de vapor de água sobre carvão incandescente;
1.3.6. Gases carburados: Gás de água ou gás misto enriquecido com vapores de
hidrocarbonetos, obtidos � craqueamento de um óleo combustível pesado.
Poder calorífico: 5.400 Kcal/m3;
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1.3.7. Gás de alto forno: Possui cerca de 30% de CO e pequena quantidade de H.
Resultante: utilização parcial do CO para redução do minério de ferro dentro
do alto forno. CO é produzido pela queima do coque com insuficiência de
oxigênio durante o processo. Poder calorífico: 900 Kcal/m3 (utilizado na própria
siderúrgica, misturado ao gás de coqueira);
1.3.8. Gás de tratamento de esgoto: Produzido: durante a digestão anaeróbica
dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% de metano (CH4) e poder calorífico:
5.800 a 6.500 Kcal/m3.
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