Balanços e Processos de Combustão

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Aula 06 – BME 1 
BALANÇOS E PROCESSOS COM REAÇÃO QUÍMICA 
 
 
 combustão completa do carbono 
 combustão completa do propano 
 combustão parcial do propano 
 combustão completa do dissulfeto 
 de carbono 
 
 
 
COMBUSTÃO COMPLETA OU TOTAL – formação de CO2 
COMBUSTÃO INCOMPLETA OU PARCIAL – formação de CO 
 
A fonte do outro componente da reação, o oxigênio (O), é o ar atmosférico 
que apresenta as seguintes características: 
Composição molar: 21% em O2 e 79% em N2 
Massa molar média: PM ar = 29 
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COMPOSIÇÕES EM BASE ÚMIDA E EM BASE SECA 
� base úmida (“wet basis”) de um gás - conjunto das frações molares dos 
componentes de um gás que contém água (gás úmido). 
� base seca (“dry basis”) - conjunto das frações molares dos componentes do 
mesmo gás isento de água (gás seco). 
 
PRODUTO GASOSO QUE 
DEIXA A CÂMARA DE COMBUSTÃO – gás de chaminé ou gás de combustão 
 
Ex: Felder – pg. 127 – conversão base úmida para base seca e vice-versa. 
 
IMPORTANTE: Muitos problemas de combustão podem ser resolvidos sem o 
conhecimento da composição do combustível – APENAS através da análise dos 
gases de combustão. 
 
Ar teórico e Ar em Excesso 
PRÁTICA COMUM: alimentar o reagente mais barato em excesso em relação 
 aos demais – MAXIMIZAR A CONVERSÃO TOTAL DO 
 COMBUSTÍVEL - gerando mais CO2 e a menor quantidade 
de CO. 
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REAÇÃO DE COMBUSTÃO: reagente + caro – combustível 
 reagente + barato – O2 presente no ar 
 
DEFINIÇÕES IMPORTANTES: 
� O2 TEÓRICO (ou O2 estequiométrico): quantidade em mols ou a vazão 
molar de O2 necessária para ocorrer a combustão completa, ou seja, 
assume-se que TODO C vire CO2 e H vire H2O. 
O “oxigênio teórico” é obtido a partir da quantidade de combustível 
disponível e da estequiometria da reação de combustão completa ou total 
(que gera CO2). 
� AR TEÓRICO (ou AR estequiométrico): quantidade de ar necessária para 
ocorrer a combustão completa, ou seja, é a quantidade de ar que contém o 
“oxigênio teórico”. 
� EXCESSO DE O2: quantidade de O2 em excesso em relação a quantidade 
necessária para a combustão completa. 
� EXCESSO DE AR: quantidade de ar em excesso em relação a quantidade 
necessária para a combustão completa. 
 
 
 
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 Como o ar, contém 21% de O2 em base molar: 
 
 
Ex: Considerando que 80% excesso de ar é admitido no reator de combustão, 
logo: 
 (mols ar)alimentado = 1,8 (mols ar)teórico 
 
Ex. 2: 200 mols/h de propano (C3H8) e 6000 mols/h de ar são alimentados em um 
reator de combustão. Calcule a porcentagem de ar em excesso. 
 
Ex. 3: 100 mols/h de butano (C4H10) e 5000 mols/h de ar são fornecidos a um 
reator de combustão. Calcule a porcentagem de ar em excesso. 
 
PROCEDIMENTOS PARA A REALIZAÇÃO DE BALANÇO 
MATERIAL EM REATORES DE COMBUSTÃO 
1) No fluxograma, incluir N2 (presente no ar) na entrada e na saída do reator, 
pois N2 é inerte; 
2) Na corrente de saída não esquecer das quantidades não convertida de 
combustível e não reciclada de O2, além dos produtos de combustão (CO2, 
Aula 06 – BME 5 
CO, H2O). 
3) NÃO ESQUECER: 1 mol de ar/0,21 mol de O2 = 4,76 mol de ar/mol de O2 
0,79 mol de N2/0,21 mol de O2 = 3,76 mol de N2/mol de O2 
 
4) O (O2)teórico não depende de quanto combustível é realmente queimado, ou 
seja, da sua conversão, nem se o combustível reage em parte ou totalmente de 
forma incompleta (combustão parcial) gerando CO. 
 O (O2)teórico é calculado considerando que “todo” o combustível é queimado 
(100% de conversão) para produzir exclusivamente CO2 (combustão completa ou 
total). Observe que o cálculo do (O2)teórico considera uma situação de máxima 
demanda de oxigênio. Caso haja combustão incompleta ou conversão inferior a 
100%, o consumo de O2 será sempre menor que o (O2)teórico. 
 
5) Se há apenas 1 reação envolvida no processo de combustão – todos os 3 
métodos são possíveis (Balanço molecular, balanço atômico, extensão da reação). 
 
 AGORA, SE HÁ VÁRIAS REAÇÕES ENVOLVIDAS É INDICADO 
UTILIZAR APENAS BALANÇO ATÔMICO.