Aula 8 - Fornos e caldeiras combustão com anotações

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Fornos
Combustão
Aproveitam a energia química do combustível e a transforma em 
energia térmica.
Fornos Aquecem fluidos de processo
Caldeira Gera vapor de água
𝐶𝑖𝐻 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 + Calor
Serpentinas
A energia gerada pela combustão provém das seguintes ligações
C-C
C-H
H-H
E1
E2
E3
E3 > E2 > E1
Combustão
Composição do gás natural:
CH4: 88,59% mol
C2H6: 8,41% mol
C3H8: 0,59% mol
C4H10:0,13% mol
N2: 1,02% mol
CO2: 1,26% mol
S: 12,49 ppm
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
Composição do ar (base seca):
N2: 78,03% mol
O2: 20,99% mol
Ar: 0,94% mol
CO2: 0,03% mol
H2: 0,01%
Composição do ar (base 
úmida):
N2: 76,08% mol
O2: 20,47% mol
Ar: 0,92% mol
CO2: 0,03% mol
H2: 0,01%
H2O: 2,5%
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
Reações envolvidas
𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2𝐻2𝑂
𝐶2𝐻6 +
7
2𝑂2 → 2𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂
𝐶3𝐻8 + 5𝑂2 → 3𝐶𝑂2 + 4𝐻2𝑂
𝐶4𝐻10 +
13
2 𝑂2 → 4𝐶𝑂2 + 5𝐻2𝑂
𝐻2 +
1
2𝑂2 → 𝐻2𝑂
𝑆 + 𝑂2 → 𝑆𝑂2 + 𝑆𝑂3
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
Cálculos:
1 – Vazão molar total do gás natural
𝑃𝑉 = 𝑧𝑛𝑅𝑇
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
2 – Vazão molar por componente do gás natural;
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
3 – Vazão molar de O2;
- Estima vazão de H2 em 2 kmol.h
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
Reação completa:
𝐶𝑖𝐻 + 𝑂2 → 𝐶𝑂2 +𝐻2𝑂 + CO +Mat. part. + 𝑁𝑂𝑥 + 𝑆𝑂𝑥
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
I - 𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 1
II - 𝐶𝐻4 + 2𝑂2 → 𝐶𝑂 + 𝐻2𝑂 + 𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 2
Calor 1 > Calor 2 
➢ O CO é tóxico e reage com metais formando carbonilas;
Como minimizar a emissão de CO?
Combustão
𝑂230°𝐶 + 𝑄1 → 𝑂2400°𝐶
𝑂2400°𝐶 + 𝐶𝑖𝐻 → 𝐶𝑂2 + 𝐻2𝑂
Ar 
CO 
Comb. 
➢ Um valor ótimo de teor de CO na saída do forno é de
no máximo 150ppm para manter uma operação
econômica
➢ Valores típicos de excesso de ar para minimizar
emissões de CO:
✓ 5% excesso para combustíveis gasosos
✓ 10 a 20% de excesso para combustíveis líquidos
Combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
4 – Vazão molar de ar de combustão por componente;
250°C
750°C
Combustão
5 – Vazão molar de CO2 no gás de combustão;
Combustão
6 - Vazão molar de H2O no gás de combustão;
Combustão
7 - Vazão molar de O2 no gás de combustão;
Combustão
8 - Vazão molar de N2 no gás de combustão;
Combustão
9 - Vazão molar de Ar no gás de combustão;
Combustão
10 – Vazão total dos gases de combustão
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
250°C
750°C
Combustão
11 – Vazão da chaminé
GN @ 1 atm e 20°C
1000.000 m³/dia
250°C
750°C