ANÁLISE-IMEDIATA-DE-CARVÃO parte 2 (1)

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UNIP- UNIVERSIDADE PAULISTA
Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas
Engenharia Mecânica
Complemento de Química Aplicada
ANÁLISE IMEDIATA DE CARVÃO
Discentes:
Jonathan Ferreira Boga C6334J-3
Rafael Alves de Lima C30BIB-1
Vitor Santana Avilé C644HE-0
Victor Hugo Mariôtto C64188-0
Wendel Hanashiro N993CC-8
Docentes:
Professora. Msc. Daniela Maria de Souza
São José do Rio Preto, 09 de outubro de 2017.
RESUMO
Esse trabalho tem como proposta determinar a composição imediata do carvão mineral, para um melhor conhecimento do material que se considera. Será apresentado a definição e detalhes do experimento. Todo o trabalho está em conformidade com o edital disponibilizado pela coordenação do curso de engenharia da UNIP - Universidade Paulista Campus Rio Preto - JK.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Cadinho	9
Figura 2. Carvão Mineral	9
Figura 3. Balança Analítica, ao centro, e dessecador, inferior à esquerda	10
Figura 4. Mufla	11
INTRODUÇÃO
	O carvão fóssil, como uma rocha sedimentar, é uma mistura heterogênea e complexa de constituintes orgânicos e inorgânicos contendo as fases sólida, líquida e gasosa intimamente misturadas. Os constituintes inorgânicos do carvão incluem os minerais, tais como cristais, grãos e agregados de vários minerais e a matéria fluida (umidade e inclusões inorgânicas) associada com constituintes inorgânicos e orgânicos sólidos. A caracterização físico-química do carvão apresenta vários desafios e a garantia da qualidade analítica dos dados é um fator muito importante em todas as etapas do ciclo de vida do carvão. O carvão brasileiro apresenta características diferenciadas em relação aos carvões estrangeiros, pois contém elevado teor de cinzas e de enxofre, sendo normalmente classificado como de baixo rank. Tais características acarretam não somente problemas no seu uso, mas também na aplicação dos métodos/técnicas analíticas usadas em sua caracterização. Dentre essas dificuldades, cabe ressaltar a indisponibilidade de Materiais de Referência Certificados (MRCs) compatíveis com suas características químicas e geológicas, em especial seu elevado teor de matéria mineral, além de custos elevados. Cabe destacar que procedimentos analíticos utilizados no país foram validados com MRCs de carvões estrangeiros, com eventual aumento das incertezas associadas às determinações. Esse quadro tende a mudar através da comercialização do primeiro MRC de carvão brasileiro [CAR(MR)] disponível desde de 2009, sendo certificado para análises de cinzas, enxofre total e poder calorífico superior e apresentando valores de referência para matérias voláteis e carbono fixo. Entretanto, diversos outros parâmetros fazem parte das análises de rotina do carvão e não foram ainda contemplados com um MRC.
COMBUSTÃO
Para haver combustão são necessários 3 (três) elementos sendo: combustível, comburente e a combustão.
Um dos produtos característicos do processo é a produção de água e dióxido de carbono. A eficiência deste processo é determinada de acordo com a quantidade de calor liberada pela combustão, sendo que quanto mais oxigênio e umidade estiver contido no material que será queimado, menor é a capacidade de produção de calor.
O comportamento da combustão varia de acordo com a composição do material, as características físicas que se encontram e até mesmo o ambiente em que está submetido no momento desse processo, resultando em 2 (dois) diferentes tipos de combustão.
COMBUSTÃO COMPLETA
Em um processo de combustão completa, os produtos decorrentes são apenas o dióxido de carbono e água. Para que ocorra este tipo de combustão, é necessária uma grande quantidade de oxigênio no ambiente do processo.
COMBUSTÃO INCOMPLETA
Neste tipo de combustão, existe a formação de monóxido de carbono e fuligem. Essa queima incompleta diminui a capacidade calorífica do material.
DESENVOLVIMENTO
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Inicia-se o experimento determinando a umidade (U) do carvão mineral, para se chegar ao resultado, foi utilizado uma amostra de carvão mineral moída e classificada em uma peneira de 60 mesh.
Em um cadinho sem tampa e previamente acondicionado em um dessecador para a retirada de umidade, foi pesado aproximadamente 2 (dois) gramas de carvão, e então essa amostra foi colocada em uma estufa com uma temperatura média de 105ºC, onde permaneceu por um período de 1h30. Após esse período, a amostra foi retirada da estufa e acondicionada no dessecador para que a temperatura fosse reduzida para a temperatura ambiente. 
Com a amostra em temperatura ambiente, foi determinada a perda de massa, com auxílio de uma balança analítica de precisão.
Na sequência iniciou-se o experimento para determinação dos materiais voláteis (V), o qual utiliza-se a mesma amostragem com o carvão previamente seco utilizado na determinação da umidade.
Para obtenção do resultado, é necessário aferir a massa de carvão na amostra e aquecê-la em uma mufla com aproximadamente 950ºC. Primeiro, deve-se abrir a porta da mufla e colocar o cadinho por dois minutos sobre a porta na parte externa da mufla, onde a temperatura chega a 300ºC, depois, durante três minutos, deve-se colocar o cadinho na beira da abertura da mufla permanecendo com a porta aberta, a temperatura nesta etapa chega a 500ºC. Após estas etapas, coloca-se o cadinho no fundo da mufla com a porta fechada e aguardar 6 (seis) minutos. 
Passado este tempo, retira-se o cadinho da mufla, e o coloca novamente no dessecador para esfriar por aproximadamente 20 minutos e após esse processo, utilizando a balança analítica, afere-se as informações do resultado.
A partir deste momento, o ensaio prevê a determinação de cinzas. A porcentagem de cinzas é determinada a partir da massa do carvão previamente calcinado, resultado este, obtido através do método de voláteis.
O teor de cinzas é obtido pela combustão do resíduo que ocorre a uma temperatura de 750ºC. Deixe o cadinho na mufla por aproximadamente 6 horas, após, retira-se o material, coloca no dessecador para esfriar por 20 minutos e o leva à balança para pesagem do resultado.
E por fim, determina-se o carbono fixo (CF), onde o resultado é obtido pela diferença de massas. Após todos os ensaios anteriores com os cálculos de porcentagens de umidade, de matéria volátil e de cinza, calcula-se a diferença entre a somatória destas três porcentagens referente as massas dos processos e subtrai-se de 100%, o resultado final mostrará a porcentagem de carbono fixo.
MATERIAIS UTILIZADOS
2g de carvão mineral seco após determinação de umidade; 
1 cadinho sem tampa; 
1 espátula; 
1mufla; 
1 balança analítica; 
2 dessecadores;
1 pinça para cadinho.
1 cronômetro.
Figura 1. Cadinho
Figura 2. Carvão Mineral
Figura 3. Balança Analítica, ao centro, e dessecador, inferior à esquerda
Figura 4. Mufla
MEMORIAL DESCRITIVO DE CÁLCULOS
	Número da Amostra
	Massa do cadinho
	Massa do cadinho + amostra úmida
	Massa cadinho + amostra após secagem
	Umidade
	12
	41,854 g
	43,854 g
	43,587 g
	0,267 g
ou
13,35%
(Massa do cadinho + amostra úmida) – (Massa do cadinho + amostra seca) = massa relativa a umidade
 
(43,854 g) – (43,587g) = 0,267g
	Número da Amostra
	Massa do cadinho + amostra após secagem
	Massa do cadinho + amostra seca após retirada dos voláteis
	Porcentagem de matéria volátil (MVT)
	11
	21,405 g
	20,836 g
	0,569 g
Ou
32,83%
(Massa do cadinho + amostra seca) – (Massa do cadinho + amostra seca após retirada dos voláteis) = massa dos voláteis
(21,405 g) – (20,836 g) = 0,569g
	Número da Amostra
	Massa cadinho + amostra seca e após retirada dos voláteis
	Massa cadinho + amostra após incineração
	Porcentagem de Cinzas
	11
	20,836 g
	19,748g
	1,088g
ou
93,47%
(Massa do cadinho + amostra seca após retirada dos voláteis) - (Massa cadinho + amostraapós incineração)
(20,836 g) - (19,748g) = 1,088g
3. CONCLUSÃO
A partir do resultado do experimento, é possível analisar a composição do carvão e os possíveis produtos que se pode obter a partir de sua combustão.
Dessa forma, foi possível analisar alguns dos motivos que diminuem a performance referente a produção de calor do material pela combustão e sua porcentagem referente a amostra.
Para realizar um processo de grande porte de produção de energia e calor, esse tipo de procedimento se torna necessário para a busca de melhor eficiência referente ao processo de produção de calor e para atingir esse resultado, umas grandes quantidade de variáveis deverão ser analisadas, como por exemplo, local e característica física de armazenamento, o tipo de material que será utilizado no processo, quais equipamentos mais eficientes, etc.
4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FALLAVENA V.L.V., ABREU C.S., INÁCIO T.D., PIRES M., AZEVEDO C., FERNANDES I.D., FERRET L., TARAZONA M.R.M. Caracterização detalhada de material de referência certificado de carvão brasileiro. Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/qn/v36n6/20.pdf>. Acessado em 07 de outubro de 2017.
USBERCO J – Química – Volume único. 5ª Ed. Reform. – São Paulo: Saraiva, 2002.