EXERCICIOS_MOD02 - COMBUSTÃO

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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
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e) Dividindo-se a massa de nitrogênio dada pela sua massa molar (28 g/mol) tem-se o número de mol de nitrogênio.
n N2 = 1.150,24 / 28 = 41,08 mol
A partir da relação n AR = n N2 / 0,79 chega-se a 
nAR = 41,08 / 0,79 = 52 mol
 
A massa de ar é obtida multiplicando o valor obtido pela massa molar do ar (28,84 g/mol)
mAR = 52 x 28,84 = 1.499,68 g
Calcule as massas aproximadas de O2 e N2 contidas em 1.000 g de ar.
O número de mol de ar (quantidade de matéria) será obtido dividindo-se a massa de ar pela massa molar do ar (28,84 g/mol)
assim:
n AR = 1000 / 28,84 = 34,67 mol
Da quantidade obtida, como foi visto, 21% refere-se a O2 e 79% a N2.
n O2 = 0,21 x 34,67 = 7,28 mol
n N2 = 0,79 x 34,67 = 27,39 mol
multiplicando as quantidade de matéria obtidas pelas respectivas massas molares, tem-se as massas solicitadas.
m O2 = 7,28 x 32 = 232,86 g
m N2 = 27,39 x 28 = 766,92 9
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Kotz.J.C. e Treichel, P.J. Química e Reações Químicas - 4° Edição – LTC 2002
D.R. Askeland, P.P. Phulé, The Science andEngeneering of Materials, 4th Edition, Thomson, NewYork, 2003.
Hinrichs, R.A.&Kleinback, M.Energia e Meio Ambiente Pioneira Thomson Learning Ltda. 2004
W.D. Callister Jr., Materials Science and Engeneering: anintegrated approach, 2th Edition, John Willey, New York,2005.
J.F. Shackelford - Materials Science for Engineers, 6thEdition, Prentice Hall,New York, 2005
Callister, William D - Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais - 2ª Edição - 2006 - isbn: 8521615159
Costa M, Coelho P – Combustão – Orion – 2007 - ISBN: 9789728620103
Kupta, T., Cieslik, M. and Weber, R.. (2006). Investigation on Ash Deposit Formation Rate During Co-Combustion of Coal with
Sewage Sludge, Proceedings of the 7th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, Porto, Portugal, 18-21April.
R. Rinaldi, C. Garcia, L. L. Marciniuk, A. V. Rossi, U. Schuchardt, - Síntese de Biodiesel. Uma proposta Contextualizada de
Experimento para Laboratório de Química Geral - Química Nova, 30 (2007) 1374.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Balanço energético nacional 2007: ano base 2006. Rio de Janeiro: Empresa de
Pesquisa Energética, 2007. Disponívelem:<http://www.mme.gov.br/site/menu/select_main_menu_item.do?channelId=1432>.
Acesso em: 10 de abril de 2008
Tassinari C.A. e outros Química Tecnológica Editora Pioneira Learning Thomsom 2003
Exercício 1:
Quanto a composição dos combustíveis pode-se afirmar:
12 - A presença de oxigênio é sempre útil, pois permite o uso de menor quantidade de ar;
18 - Por ser um elemento inerte, a presença de nitrogênio não traz nenhuma consequência;
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22 - A presença de enxofre é sempre útil pelo fato de gerar calor ao queimar;
28 - A presença de fósforo é desejável, pois é um dos elementos que mais gera calor na combustão.
A)
zero
B)
30
C)
40
D)
46
E)
nda
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
E) 
Exercício 2:
São feitas as afirmações:
I - o hidrogênio livre produzirá nos fumos, a água formada;
II - o hidrogênio combinado produzirá nos fumos, a água combinada;
III - o hidrogênio total produzirá água total presente nos fumos (se o combustível possui água na forma de umidade sua
quantidade deve ser também considerada).
Estão corretas
A)
I e II
 
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B)
II e IV
 
 
C)
I e III
 
D)
II e IV
 
 
E)
todas
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(E)
Comentários:
E) 
Exercício 3:
A combustão é uma . Numa , uma ou mais substâncias transformam-se dando
origem a substâncias.
Esta reação, é acompanhada de liberação de que é o que se busca no processo.
 
As palavras ou conjunto de palavras.que complementam o texto adequadamente são:
A)
transformação atômica , transformação atômica , outra ou outras , calor
B)
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reação química , reação química , outra ou outras , calor
C)
transformação física , transformação física , outra ou outras , calor
D)
transformação físico-química , transformação físico-química , outra ou outras , calor
E)
nenhum dios conjuntos completam o texto de forma adequada
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
B) 
Exercício 4:
É comum representar o fogo por um triângulo equilátero em sistemas de incêndio. Tal fato a associação de cada lado do
triângulo a um dos elementos essenciais do fogo que são:
A)
combustivel comburente e contato entre os mesmos
B)
faisca, combustível líquido e calor 
C)
combustível, comburente e energia de ativação
D)
ar, combustível e papel
E)
combustível, comburente e calor liberado pela combustão 
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O aluno respondeu e acertou. Alternativa(C)
Comentários:
E) 
C) 
Exercício 5:
Quanto a reação de combustão, pode-se afirmar:
A)
Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons).
O combustível atua sempre como fonte de elétrons, perdendo-os continuamente e desempenhando a função de redutor.
O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante.
B)
Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons).
O combustível atua sempre como receptor de elétrons, recebendo-os continuamente e desempenhando a função de redutor.
O comburente cede os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante.
C)
Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons).
O combustível atua sempre como fonte de elétrons, perdendo-os continuamente e desempenhando a função
de oxidante.
O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como redutor.
D)
Toda combustão é uma reação do tipo dupla-troca na qual não ocorre (ransferência de elétrons.
 
E)
nenhuma alternativa descreve corretamente a reação de combustão.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(A)
Comentários:
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A) 
Exercício 6:
Faz parte dos pré requisitos que um combustível deve apresentar para ser considerado um combustível industrial
A)
ser líquido e pouco volátil para evitar explosão
B)
ter alto ponto de ebulição para evitar fervura na queima
C)
a possível explosão que ocorrer deve ser controlável
D)
queimar facilmente ao ao ar produzindo apreciável quantidade de calor por meio de um processo seguro e controlável
E)
apresentar possibilidade de uso no próprio local de extração
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(D)
Comentários:
D) 
Exercício 7:
Os combustíveis normalmente apresentam na sua composição os seguintes componentes:
carbono, hidrogênio, oxigêncio, nitrogênio, enxofre e fósforo
Pode-se afirmar que: 
A)
os de presença mais importante para a geração de calor são o carbono e o oxigênio
B)
os de presença mais importante para a geração de calor são o carbono e hidrogênio
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C)
os de presença mais importante para a geração de calor são o oxigênio e nitrogênio
D)
os de presença mais importante para a geração de calor são o enxofre e fósforo
E)
todos são igualmente importantes para a ageração de calor.
O aluno respondeu e acertou. Alternativa(B)
Comentários:
B)