AULA Combustao, Notas de aula de Engenharia de Produção

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Prof. Nilson Bispo

Química II

Departamento de Química e Ambiental

Dúvidas :Sala306 -Lab Tec Ambiental [email protected]

AULA- COMBUSTÃO

BIBLIOGRAFIA

LIVRO - QUÍMICA TECNOLÓGICA

(disponível na biblioteca).

APOSTILA COMBUSTÍVEIS –

QUÍMICA II (INTRANET)

OBS: Os exercícios sobre essa 1ª parte estão no final desse material. Foram retirados do livro QUÍMICA TECNOLÓGICA

Combustão- Aspectos teóricos

**1. Definição e Composição volumétrica ou molar;

2. Gases residuais ou fumos
3. Cinzas;
4. Energia de ativação;
5. Reações mais importantes no processo de combustão;
6. Tipos de combustão;
7. Oxigênio teórico, ar teórico e ar em excesso;
8. Cálculos estequiométricos da combustão- EXERCÍCIOS** **Estudo térmico da combustão
9. Temperatura de ignição;
10. Poder calorífico de combustíveis;
11. Cálculo do poder calorífico: modelos matemáticos empíricos-** EXERCÍCIOS **Temperatura teórica de combustão (TTC)
12. Cálculo da temperatura teórica de combustão
13. Fatores que influenciam a temperatura teórica de combustão
14. EXERCÍCIOS – Cálculos de TTC**

O que iremos ver nessa 1ª parte

Todos os combustíveis reagem com um comburente e essas reações são chamadas de reações de COMBUSTÃO. Essas reações têm papel fundamental na vida do homem pois são fontes de energia térmica. Esta energia térmica pode ser transformada em outros tipos de energia e também podem transformar materiais.

O que é exatamente combustão?

A combustão é um processo exotérmico onde uma substância, COMBUSTÍVEL, reage com uma substância COMBURENTE.

COMBUSTÃO E COMBUSTÍVEIS

Exemplos de combustão completa:

Ex.: Hidrocarboneto: CH 4 (g) + 6/2 O 2 (g) → CO 2 (g) + 4/2 H 2 O(g) C 4 H 10 (g) + 18/2 O 2 (g) → 4 CO 2 (g) + 10/2 H 2 O(g)

Ex.: Compostos oxigenados -Monoálcoois C 2 H 6 O (g) + 6/2 O 2 (g) → 2CO 2 (g) + 6/2 H 2 O(g) CH 4 O (g) + 3/2 O 2 (g) → CO 2 (g) + 4/2 H 2 O(g)

Ex.: Carbono: C (s) + O 2 (g) → CO 2 (g)

COMBUSTÃO

Do ponto de vista tecnológico: COMBUSTÍVEL é todo material capaz de gerar energia, por combustão, de forma econômica.

Para que a combustão possa se processar de maneira tecnicamente viável: deve ser conduzida rápida e controladamente; necessário energia de ativação – atingida através da temperatura de ignição.

Seleção de um combustível: critérios técnicos; critérios do ponto de vista qualitativo, quantitativo e de mercado.

COMBUSTÍVEIS - “ A química que move o mundo ”

CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEIS (quanto ao estado de agregação):

COMBUSTÍVEIS

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

Esquema dos componentes do sistema de “combustão”

 A combustão é uma reação de óxido-redução, sendo o combustível o “redutor” e o oxigênio (comburente) o “oxidante”. Há conversão da energia potencial de um combustível em energia térmica útil.

 A fonte de oxigênio é o “ar atmosférico”, cuja composição “percentual em volume” ou em “moles”, pode ser considerada como: COMBURENTE (OXIGÊNIO) 20,99%  GASES INERTES (NITROGÊNIO E GASES RAROS) 79,01%

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

 GASES RESIDUAIS OU FUMOS

 Da reação dos elementos químicos que compõem os combustíveis com o O 2 são produzidos: CO 2 , SO 2 , CO, juntamente com vapor de H 2 O;  esses gases são denominados de gases residuais ou fumos;  Podemos considerá-los em “base seca” (não se considera o vapor de água presente), ou em “base úmida”;  importante conhecer a composição dos gases residuais para o controle da combustão – proporção do CO 2 ;  Podem apresentar temperaturas elevadas, dispondo assim de uma quantidade de calor ainda utilizável, “calor sensível dos fumos”;  Calor sensível dos fumos x calor latente dos fumos.

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS  CINZAS  Resíduos sólidos da combustão de um combustível sólido;  Cinzas de um carvão mineral: INTRÍNSECAS ou ACIDENTAIS;  AS CINZAS são formadas pelo resíduo inorgânico que permanece após a combustão do carvão mineral;  Magnésio , silicatos de alumínio, FeS 2 (pirita de ferro), carbonatos de cálcio e de magnésio, cloretos etc.

 Energia de ativação

 A combustão necessita de uma energia de ativação, que é conseguida pela elevação de T em um ponto do combustível. Como a reação de combustão é exotérmica , o processo se torna auto-ativante até a extinção completa do combustível.

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

A reação de combustão se dá em “fase gasosa”. O combustível líquido é evaporado previamente e a reação de combustão se efetua entre o vapor do líquido e o O 2 , intimamente misturados. Nos sólidos, a combustão ocorre na interface sólido-gás, devendo haver difusão do O 2 através dos gases que envolvem o sólido para atingir a superfície do sólido.

 Tipos de combustão :

 Dependente das quantidades proporcionais de

combustível e de oxigênio (comburente):

 INCOMPLETAS, TEORICAMENTE

COMPLETAS E PRATICAMENTE COMPLETAS.

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

 INCOMPLETAS : aquela que se realiza com

insuficiência de oxigênio ( quantidade de oxigênio

inferior à quantidade estequiométrica ) para

oxidar completamente o combustível;

 PRATICAMENTE COMPLETAS : quando se realiza

com uma quantidade de oxigênio maior do que a

estequiometricamente necessária para completa

oxidação do combustível.

 TEORICAMENTE COMPLETAS : quando se realiza

com a quantidade estequiométrica de oxigênio

para oxidar completamente a matéria combustível;

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

 AR EM EXCESSO:

 “ar realmente usado ou ar real” é a quantidade de ar efetivamente empregada na combustão, apresentando quantidade de ar acima da quantidade teórica. Quantidade de ar real = quantidade de ar teórico + quantidade de ar em excesso

Por que utilizar excesso de ar?  devido a dificuldade de obter um contato íntimo entre o ar e os gases combustíveis ou partículas de combustíveis;  evitar deslocamento do equilíbrio químico para a esquerda (sentido do CO e H 2 );

COMBUSTÃO – ASPECTOS TEÓRICOS

 AR EM EXCESSO:

 a quantidade de ar em excesso é expressa em porcentagem ACIMA da quantidade de ar teórico. Ex.: Considerando uma quantidade de 30% de ar em excesso, temos: Ar em excesso = 30/100 * (Ar teórico) Ar real = Ar teórico + 0,30(Ar teórico) = 1,30 * (Ar teórico) De igual modo, Oxigênio real = 1,30 (Oxigênio teórico)

Obs: Deve-se usar uma porcentagem correta de ar para que haja eficiência máxima de combustão.

• Se usarmos muito ar em excesso : o ar extra se aquecerá à custa do calor de combustão => perda de calor sensível nos gases residuais.
• Se usarmos pouco ar em excesso : combustão incompleta.