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Universidade Federal Fluminense
Engenharia de Recursos Hídricos e do Meio Ambiente
Departamento de Geoquímica 
Energia e Meio Ambiente
Combustão
A Combustão é uma reação química de óxido-redução entre
um combustível e um comburente, sendo obtido calor (energia) e
subprodutos
Combustão
Uma reação de combustão é uma reação de óxido-redução,
sendo o combustível o “redutor” e o oxigênio o “oxidante”.
A oxidação do redutor, ou combustível, dá-se à custa do
oxidante ou oxigênio (comburente).
Esquematicamente, os componentes do sistema de “combustão”
podem ser visualizados da seguinte forma:
Combustão
Esquematicamente, os componentes do sistema de “combustão”
podem ser visualizados da seguinte forma:
Combustão
Comburente
Composição do ar
Composição simplificada do ar
Comburente
A composição estequiométrica do ar é escrita como: (O2 + 3,76 N2).
Combustível
Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira
fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear.
 Podem ser líquidos, sólidos e gasosos.
Os hidrocarbonetos são os combustíveis mais utilizados em todos
os setores industriais.
Possuem estrutura química semelhante aos hidrocarbonetos
Alcanos, ou seja, possuem uma fórmula química: CnH2n+2.
Principais combustíveis
Combustível
Composição química típica de alguns combustíveis
 Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.
• São muito frequentes na composição dos combustíveis
respondendo pela geração de calor e pela função redutora;
Combustível
 Elementos Secundários: O, N e S.
1. Oxigênio:
• A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente
uma redução na geração de calor.
• Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor.
• É indesejável e desvantajosa a presença desse elemento na
constituição dos combustíveis.
Combustível
 Elementos Secundários: O, N e S
2. Inconvenientes do nitrogênio no combustível:
• O Nitrogênio é inerte, e não participa da reação.
• Reações em altas temperaturas (acima de 1600°C) podem formar
óxido nitroso (NO, NO2, NO3 ou genericamente NOX).
• Estes compostos podem originar “chuva ácida”, devido à reação
química com a umidade do ar.
• A presença do nitrogênio contribui apenas para o aumento da massa
(ou de volume) do combustível, sendo desvantajosa, pois acarreta uma
diminuição do Poder Calorífico do combustível
Combustível
 Elementos Secundários: O, N e S
3. Inconvenientes da presença de enxofre no combustível :
• Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível,
se oxida de acordo com as reações:
S + O2 → SO2
S + 3/2 O2 → SO3
• O SO2 resultante da queima do enxofre forma ácido nos gases
resultantes, causando a corrosão da caldeira.
SO2 + H2O → H2SO4
• O SO2 é poluente e tóxico, sendo necessária a sua remoção dos
gases de combustão antes da emissão para a atmosfera, a fim de
não ultrapassar os limites permitidos pela legislação.
Combustível
4. Inconvenientes da presença de cinzas no combustível:
 As cinzas são compostas por diversos óxidos e outras impurezas, e são
inertes. Os mais comuns são a sílica (SiO2), Fe2O3, Al2O3, CaO, MgO. As
cinzas tem os inconvenientes de:
Agregar ao combustível maior custo de transporte e armazenagem;
Reduzir o poder calorífico do combustível;
Reduzir a eficiência de combustão quando a fusão das cinzas ocorre
sobre o combustível.
Combustível
5. Inconvenientes da presença de umidade no combustível
 A evidente redução no poder calorífico do combustível.
 A redução na temperatura de combustão devido ao alto calor
específico e calor latente de vaporização da água, levando a
dificuldades na combustão e redução na eficiência da mesma.
Combustível
Tipos de Combustão
 Incompletas: a quantidade de oxigênio alimentada é menor que a
quantidade estequiometricamente necessária para oxidar totalmente
ao combustível.
C8H18 + 8,5O2 → 8CO + 9H2O + Energia
C8H18 + 4,5O2 → 8C + 9H2O + Energia
- Nas combustões incompletas é formado o CO 
- Não há presença de oxigênio. 
- A fumaça geralmente apresenta coloração negra e
contém fuligem. 
Tipos de Combustão
 Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita
com a quantidade estequiométrica necessária, para oxidar
totalmente todas as frações do combustível.
C8H18 + 12,5O2 → 8CO2 + 9H2O + 3O2 + Energia
- Verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos fumos e
quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio.
Tipos de Combustão
 Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior
que a quantidade estequiométrica necessária para oxidar totalmente
todas as frações do combustível.
C8H18 + 15O2 → 8CO2 + 9H2O + 3O2 + Energia
- Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos
fumos.
- Quantidade desprezível (ou nula) de CO.
- Fumaça de cor branca.
Encontramos na composição elementar dos combustíveis
sólidos e líquidos: carbono, hidrogênio, enxofre, oxigênio, nitrogênio,
cinzas e umidade.
Estequiometria da Combustão
Composição química típica de alguns combustíveis
Estequiometria da Combustão
Proporção teórica de ar/combustível
Relação
Ar/combustível 
Maximar o rendimento da 
combustão
Composição 
combustível 
Cálculo do ar teórico ou 
estequiométrico 
Estequiometria 
Utilizando somente o "ar teórico", há grande probabilidade do
combustível não queimar totalmente (haverá formação de CO ao invés
de CO2) e consequentemente a quantidade de calor liberada será
menor.
Proporção teórica de ar/combustível
Ar teórico 
Combustão 
incompleta 
 Para se garantir a combustão completa recorre-se a uma quantidade
adicional de ar além do estequiométrico, garantindo desse modo que as
moléculas de combustível encontrem o número apropriado de
moléculas de oxigênio para completar a combustão.
Essa quantidade de ar adicional utilizada é chamada de excesso de ar.
O excesso de ar é a quantidade de ar fornecida além da teórica.
Proporção teórica de ar/combustível
Excesso de Ar 
Combustão 
completa 
Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade
de excesso deve ser limitada ao valor que propicie ganho do calor.
 O que nota é que a partir de uma certa quantidade, o aumento do
excesso apresenta como resultado uma diminuição na temperatura da
câmara de combustão. Isto ocorre porque o comburente alimentado em
excesso exagerado além de não contribuir para o aumento da energia
gerada, rouba calor do sistema, aquecendo-se.
Proporção teórica de ar/combustível
Excesso de Ar 
Deve ser limitado e 
controlado 
 Combustão com excesso de ar:
De forma geral recomenda-se um excesso de ar para que ocorra uma
completa combustão, porem estes valores podem variar de acordo com
o estado físico do combustível.
Proporção teórica de ar/combustível
Cálculo relação ar/combustível
A composição estequiométrica
do ar é escrita como:
(O2 + 3,76 N2).
Para se determinar a proporção teórica de ar, deve-se:
1°- Montar a reação
2°- Balancear a reação
3°- Calcular a proporção teórica de ar/combustível : 
A/C = Massa do ar / Massa do combustível
Cálculo relação ar/combustível
Apresente as reações de combustão estequiométrica
completa, utilizando ar e oxigênio puro como comburente para os
seguintes combustíveis:
a) Metano
b) Propano
c) Etanol
1. Determine a proporção estequiométrica de ar/combustível para o
propano.
Estequiometria da Combustão
2. Uma amostra de querosene tem uma análise básica de 86% de carbono e
14% de hidrogênio por peso. Determine a proporção estequiométrica de
ar/combustível.
3. Um combustível fóssil tem uma composição em peso de: Carbono 84 %;
Hidrogênio 11 %; Oxigênio 2%; Enxofre 3 %. Determine a proporção
estequiométrica de ar/combustível.
Excesso de ar (α) 
Para haver combustão quase que completa, precisa-se fornecer ar em excesso.
 Isto decorre da mistura A/C ser dificilmente homogênea, isto é difícil de ser
conseguida na prática. A velocidade, as condições de temperatura e pressão e o
tamanho das moléculasde combustível também influenciam na qualidade da
queima.
 Pode ser obtido dividindo a relação A/C efetiva ou real pela relação A/C
estequiométrica ou teórica.
 Valores recomendados para uma queima eficiente 
Excesso de ar (α) 
Poder Calorífico
Poder Calorífico de um combustível, seja ele sólido, líquido ou
gasoso, é a energia liberada por este combustível durante o processo de
combustão. Daí a importância de se conhecer o Poder Calorífico de um
combustível e compará-lo a outras fontes de calor.
O Poder Calorífico de um combustível é medido em Joule (J, kJ) por
kg de combustíveis líquidos e/ou sólidos ou por metro cúbico de
combustíveis gasosos.
Poder Calorífico
O poder calorífico é determinado experimentalmente em um
aparato chamado “Bomba Calorimétrica”, onde o combustível é
queimado em meio ao oxigênio puro
Poder Calorífico
Na bomba calorimétrica é determinado o Poder Calorimétrico
Superior (PCS). O PCS considera o calor total liberado pelo combustível
mais o calor de condensação do vapor d’água formado pela combustão do
hidrogênio e pela umidade contida no combustível.
No Poder Calorimétrico Inferior (PCI) a quantidade de calor é
medida com os produtos de combustão saindo completamente na fase
gasosa
Poder Calorífico
Sabendo a composição elementar de um combustível derivado do
petróleo é possível calcular o poder calorífico inferior do combustível
(PCI) pela fórmula empírica de Mendeleev:
Poder Calorífico
1. A composição de massa de trabalho de um diesel é a seguinte:
Ct=88,4%, Ht=10,4%, St=0,4%, Nt=0,5%.
Pede-se para calcular o poder calorífico inferior do diesel.
2. A composição de massa de trabalho de gasolina pura (sem álcool) é
seguinte: Ct=86,67%, Ht=13,26%, St=0,07%.
Pede-se para calcular o poder calorífico inferior da gasolina.
Poder Calorífico