Modulo 2 - Complemento de Química Aplicada

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Combustão
A combustão é uma reação química. Genericamente, a combustão pode ser representada de acordo com o seguinte
esquema:
 condições 
Combustível + Comburente → Fumos + Cinza + Calor
 adequadas
Quimicamente, a combustão é uma reação de oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessita de uma "energia de
ativação", obtida
conceito químico de combustão
Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons).
Combustível
De modo geral, 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, e que atendem aos seguintes pré-requisitos:
- abundância na natureza e baixo custo;
- facilidade de obtenção e utilização;
- facilidade e segurança no transporte e armazenamento;
- queimar facilmente ao ar, por meio de processo seguro e controlável, 
 gerando apreciável quantidade de calor;
- não formar substâncias tóxicas ou corrosivas.
Os combustíveis classificam-se em sólidos, líquidos e gasosos. Em cada caso, subdividem-se em naturais ou primários
(utilizados na forma em que são encontrados) e em secundários ou preparados. A seguir, alguns exemplos:
sólidos
 - naturais: carvões fósseis (turfa, linhito, hulha, antracito), madeira, lenha; preparados: coque, carvão vegetal, resíduos
industriais.
líquidos
- naturais: petróleo crú, gasolina natural; preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina.
gasosos
- naturais: gás natura;. preparados: GLP, gás de água, gás de alto forno, hidrocarbonetos gasosos obtidos por processos de
craqueamento de derivados de petróleo.
Comburente
Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os elétrons cedidos pelo combustível,
industrialmente, quase que na totalidade dos casos, o comburente é o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar atmosférico.
Para efeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a composição volumétrica ou em mols do ar seco como:
oxigênio (O2) 21% e nitrogênio (N2) 79%
A massa molar média do ar seco será: = 0,21 x 32 + 0,79 x 28 = 28,84 g/mol
A composição em massa de ar atmosférico seco pode ser considerada, para cálculos estequiométricos, como:
oxigênio - 23,2% e nitrogênio - 76,8%
RELAÇÕES DECORRENTES DA COMPOSIÇÃO DO AR (válidas em quantidade de matéria ou em volumes.
 
 n AR = n O2 / 0,21 n AR = n N2 / 0,79 V AR = V O2 / 0,21 VAR = V N2 / 0,79
 Gases Residuais ou Fumos
As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicos constituintes do combustível com o oxigênio,
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constituem os fumos da combustão, sendo estes, o veículo de transporte da maior parte do calor gerado na combustão.
CO2, SO2, CO, O2, N2 e vapor de água são os componentes normalmente presentes nos fumos.
A fumaça normalmente vista nas chaminés, é uma mistura dos fumos com neblinas e poeiras.
As neblinas são constituídas por partículas de líquidos em suspensão (água ou hidrocarbonetos pesados condensados pelo
resfriamento dos gases).
As poeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas ou partículas sólidas do combustível arrastadas pelos
gases).
calor sensível dos fumos
Chamamos de calor sensível dos fumos, a quantidade de calor que os mesmos possuem pelo fato de estarem aquecidos.
Parte deste calor pode ser transferida para aquecer qualquer fonte fria, como uma caldeira. Trata-se portanto de calor útil.
calor latente dos fumos
Chama-se calor latente dos fumos a quantidade adicional de calor que poderia ser obtida, caso os mesmos fossem
submetidos a uma combustão complementar, na qual as substâncias combustíveis presentes na massa gasosa (como CO e
hidrocarbonetos sem queimar), sofressem oxidação produzindo calor.
Cinza
É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As cinzas de um carvão podem ser intrínsecas ou acidentais.
Não existe uma composição padrão para as cinzas de um carvão, pois a composição varia de local para local de onde o
carvão é extraído.
Um aspecto importante das cinzas é a sua fusibilidade. Cinzas com alto ponto de fusão (acima de 1.400 °C) servem para
proteger as barras da grelha do superaquecimento, prolongando a vida útil do material.
Cinzas com baixo ponto de fusão (abaixo de 1.200 °C formam aglomerados e em casos extremos, podem fundir-se
totalmente e combinar-se com o material da grelha.
Carvões de boa qualidade apresentam teor de cinzas que varia de 7 a 12% em massa.
EXEMPLOS DE CÁ;CULO
1) Calcule:
a) o volume de ar que contém 228 litros de oxigênio;
b) o número de mol de nitrogênio contido em 6.200 mol de ar;
c) o volume de nitrogênio contido no ar que contém 840 litros de oxigênio;
d) a massa de oxigênio contida em 1.442 g de ar ;
e) a massa de ar que contém 1.150,24 g de nitrogênio;
a) para calcular o volume de ar solicitado, podemos a aplicar a relação V AR = V O2 / 0,21 
V AR = 228 / 0,21 = 1.085,7 litros
b) para calcular o número de mol de nitrogênio solicitado, podemos a aplicar a relação nAR = nN2 / 0,79 de onde 
nN2 = 6.200 x 0,79 = 4.898 mol
c) para calcular o volume de nitrogênio solicitado, podemos a aplicar a relação V AR = V O2 / 0,21 
V AR = 840 / 0,21 = 4.000 litros
A seguir calcula-se a o volume de nitrogênio solicitado pela relação: V AR = V N2 / 0,79 de onde
V N2 = 4.000 x 0,79 = 3.160 litros
d) Dividindo-se a massa de ar dada pela massa molar do ar (28,84 g/mol) tem-se o número de mol de ar.
n AR = 1442 / 28,84 = 50 mol
A partir da relação nAR = nO2 / 0,21 tem=se 
n O2 = 0,21 x 50 = 10,5 mol
A massa de oxigênio é obtida multiplicando o valor obtido pela massa molar do oxigênio (32 g/mol)
m O2 = 10,5 x 32 = 336 g