Combustão: Estequiometria e termodinâmica da combustão

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Combustão:
Estequiometria e termodinâmica da 
combustão
• É a reação de oxidação-redução que move o planeta;
• Combustível: É tudo que é suscetível de entrar em combustão (madeira, 
papel, pano, estopa, tinta, alguns metais, etc.);
• Comburente: É todo elemento que, associando-se quimicamente ao 
combustível, é capaz de fazê-lo entrar em combustão (o oxigênio é o principal 
comburente).
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C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
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-2+4+2
comburente: Oxigênio (é reduzido)
combustível: Etanol (é oxidado)
Reações de combustão
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Reações de combustão
Nas reações de combustão podemos identificar algumas temperaturas importantes 
para os gases, como o ponto de fulgor, de combustão e de ignição.
É a menor temperatura na qual um combustível específico solta vapores o 
suficiente para que, em conjunto com o ar, possa ser inflamado por uma 
fonte externa de calor. No entanto, essa quantidade não é o bastante para 
manter a combustão, fazendo com que nessa temperatura, a combustão pare de 
acontecer quando a centelha é retirada. É importante a identificação do ponto de 
fulgor para a segurança no armazenamento, transporte e manuseio de qualquer 
combustível.
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Reações de combustão
É a temperatura mínima na qual a mistura ar/combustível pode ser inflamada 
por uma fonte externa de calor, mantendo a combustão mesmo após a 
retirada dessa fonte.
É a temperatura necessária para que o ar e os vapores de um combustível 
possam ser inflamados sem a presença de uma fonte externa de calor. Para 
temperaturas acima do ponto de ignição, acontece a combustão espontânea.
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Estequiometria e Termodinâmica da Combustão
A combustão refere-se à rápida oxidação de combustível acompanhada pela 
produção de calor, ou calor e luz. O oxigênio é o reagente causador desse 
evento.
A quantidade máxima de energia química que pode ser obtida do combustível 
é quando ele reage com uma quantidade estequiométrica de oxigênio. O 
oxigênio estequiométrico (oxigênio teórico) é apenas suficiente para 
converter todo o carbono do combustível em CO2 e todo o hidrogênio em 
H2O, sem excesso de oxigênio. 
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Exemplos:
Queima do Metano
“São necessários 2 mols de oxigênio para cada 1 mol de combustível, que geram 1 
mol de dióxido de carbono e 2 mols de água.”
Queima do isoctano
“São necessários 12,5 mols de oxigênio para cada 1 mol de combustível, que geram 8 
mols de dióxido de carbono e 9 mols de água.”
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
C8H18 + 12,5 O2 8 CO2 + 9 H2O
Estequiometria e Termodinâmica da Combustão
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A combustão completa de um combustível só é possível na presença de uma 
fonte adequada de oxigênio (O2). Como utilizar oxigênio puro é inviável 
financeiramente, o ar é usado como essa fonte de oxigênio, pois ele é 
composto por quase 21% de oxigênio e cerca de 79% de nitrogênio (gás 
quimicamente inerte - não reage no processo de combustão). Contudo, a 
presença do gás nitrogênio (N2) nas reações de combustão tem efeito na 
temperatura e pressão da combustão, além de reduzir a eficiência por absorver 
o calor liberado na reação e diluir os gases de combustão.
Estequiometria e Termodinâmica da Combustão
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Reescrever a equação química de combustão do metano e do isoctano com ar:
Queima do Metano
Queima do isoctano
IMPORTANTE: O papel do ar durante a combustão é que sua rápida oxidação produz 
grandes quantidades de calor. Combustíveis sólidos e líquidos precisam ser 
transformados em gás antes de queimarem, exigindo uma grande quantidade de 
calor e, por isso, ter o ar como fonte energética é uma ótima opção. Já combustíveis 
gasosos queimam no estado normal, se houver ar suficiente.
Estequiometria e Termodinâmica da Combustão
CH4 + 2 (O2 + 3,76 N2) CO2 + 2 H2O + 7,52 N2
C8H18 + 12,5 (O2 + 3,76 N2) 8 CO2 + 9 H2O + 47 N2
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Quantidade de ar teórico e ar real 
Combustíveis gasosos
a) O gás liquefeito de petróleo apresenta 50% de volume de gás propano e 50% de butano. 
Considerando que a combustão seja completa, qual o volume de ar teórico para a combustão 
de 1L de GLP, a 27ºC e 700 mmHg. 
b) Uma mistura gasosa comum apresenta:
- 40% de CH4 - 20% CO
- 30% de C2H6 - 10% CO2
Considerando a combustão completa de 1L nas CNTP com 10% de ar em excesso, determine 
o volume real a 20ºC e 760mmHg para a combustão de 1L da mistura.
c) Uma mistura gasosa comum apresenta:
- 50% de CH4 - 40% de C2H6 - 10% O2
Considerando a combustão completa com 15% de ar em excesso, determine o volume real 
nas CNTP de 1m3 da mistura.
Quantidade de ar teórico e ar real 
Combustíveis Líquidos
a) Um combustível líquido constituído por carbono e hidrogênio deve ser queimado 
com 20% de ar em excesso. Determine o volume, a 27°C e 700mmHg, de ar real a 
ser utilizado na combustão completa de 1Kg do combustível. 
Dados a composição:
- carbono ................... 80% (em peso)
- hidrogênio ............... 20% (em peso)
Quantidade de ar teórico e ar real 
Combustíveis Líquidos
b) Álcool etílico apresenta a seguinte composição: 
- carbono ................... 52,20% 
- hidrogênio ............... 13,00% 
- oxigênio .................. 34,80%
Considere a combustão completa e calcule a quantidade de ar real a 27ºC e 
760mmHg utilizada para a combustão de 1Kg do álcool, sabendo que a combustão 
será realizada com 20% do ar em excesso. 
Quantidade de ar teórico e ar real 
Combustíveis sólidos
a) Considere um carvão mineral cuja composição seja:
- carbono ................... 74,0% 
- hidrogênio ............... 5,0% 
- oxigênio .................. 5,0%
- Nitrogênio ............... 1,0%
- Enxofre ................... 1,0%
- Umidade ................. 9,0%
- Cinza ...................... 5,0%
Determine a quantidade volumétrica de ar real necessária para a combustão de 1Kg 
desse carvão, considerando 50% de excesso de ar nas condições de 27°C e 
700mmH.
Quantidade de ar teórico e ar real 
Combustíveis sólidos
b) Considere um carvão mineral cuja composição seja:
- carbono ................... 84,0% 
- hidrogênio ............... 4,8% 
- Cinza .......................11,2%
A quantidade de enxofre e nitrogênio são desprezíveis. A combustão se dará com 
50% de ar em excesso. Admitindo um grau de complementação de 90% para o 
carbono, formando CO2 e supondo que os 10% de carbono formem CO, determinar 
o volume de ar real que deve ser utilizado para a combustão de 100 Kg desse 
carvão: (1) a CNTP; (2) a 25°C e 690 mmHg.
Cálculo da composição e do volume dos fumos da combustão
Combustíveis gasosos
a) EXERCÍCIO 1 
“O gás liquefeito de petróleo apresenta 50% de volume de gás propano e 50% de butano. 
Considerando que a combustão seja completa, qual o volume de ar teórico para a combustão 
de 1L de GLP, a 27ºC e 700 mmHg”. 
Calcular o volume de fumos que se desprenderá e a composição volumétrica dos gases 
componentes. 
Combustíveis Líquidos
a) Um combustível líquido constituído por carbono e hidrogênio deve ser queimado 
com 20% de ar em excesso. Determine o volume, a 27°C e 700mmHg, de ar real a 
ser utilizado na combustão completa de 1Kg do combustível. 
Dados a composição:
- carbono ................... 80% (em peso)
- hidrogênio ............... 20% (em peso)
Determine o volume de fumos desprendidos. 
Cálculo da composição e do volume dos fumos da combustãoCombustíveis sólidos
a) Considere um carvão mineral cuja composição seja:
- carbono ................... 74,0% 
- hidrogênio ............... 5,0% 
- oxigênio .................. 5,0%
- Nitrogênio ............... 1,0%
- Enxofre ................... 1,0%
- Umidade ................. 9,0%
- Cinza ...................... 5,0%
Determine a quantidade volumétrica de ar real necessária para a combustão de 1Kg 
desse carvão, considerando 50% de excesso de ar nas condições de 27°C e 
700mmH.
Cálculo da composição e do volume dos fumos da combustão
Determine o volume dos fumos desprendidos, medidos a 250°C e 0,895 atm. 
Determinar a composição % volumétrica dos fumos na base seca.