Clculos Estequiomtricos da

Combusto

PROCESSO DA COMBUSTO

Componentes e reaes do sistema de combusto

REAES DE COMBUSTO

(1) C (grafite) + O2 CO2 + 94,03 kcal

(2) H2 (gs) + O2 H2O (vapor) + 57,80 kcal

(3) H2 (gs) + O2 H2O (lquido) + 68,32 kcal

(4) S (slido) + O2 SO2 (gs) + 72,0 kcal

C (grafite) + CO2 2CO - 40,79 kcal

CO (gs) + O2 CO2 + 69,91 kcal

Combustvel

Comburente

Cinzas

Fumos

CO2, SO2, CO e vapor

de H2O Resduos slidos

Considerando a reao de combusto com ar atmosfrico seco, pode-se escrever as reaes anteriores da seguinte forma:

(1) C + (O2 +3,76N2) CO2 + 3,76 N2

(2) H2 + (O2 + 3,76 N2) H2O + (3,76/2) N2

(3) S + (O2 + 3,76 N2) SO2 + 3,76 N2

PROCESSO DA COMBUSTO

Procedimentos para o Clculo

Estequiomtrico

Para se efetuar o clculo estequiomtrico de uma combusto,

deve-se:

1. Escolher um sistema que, em geral, o local em que se realiza a

combusto;

2. Adotar uma base de clculo;

3. Estabelecer balanos materiais em nmero suficiente para a

determinao necessria.

Geralmente os clculos estequiomtricos da combusto correspondem a trs tipos:

1. Clculo da quantidade de ar teoricamente necessrio (ar terico) e de ar real para a combusto completa do combustvel;

2. Clculo da composio e do volume dos fumos da combusto;

3. Clculo da porcentagem de ar em excesso utilizada em uma combusto, em razo da anlise de Orsat dos fumos da combusto.

Procedimentos para o Clculo

Estequiomtrico

Oxignio terico

Em sntese, a quantidade de oxignio terico pode ser

expressa por:

O2 terico = O2 combusto completa - O2 do combustvel

Ar terico

Quantidade de ar que contenha a quantidade de oxignio terico.

100 L (moles) ar 21 L (moles) O2

V (ou n) ar terico V (ou n) O2 terico

21,0

).().( 2

tericoOVtericoarV

Ar em excesso

Estimativa de acordo com o estado fsico do

combustvel:

1.Combustveis gasosos: 5-30% ar em excesso.

2.Combustveis lquidos: 20-40% ar em excesso.

3.Combustveis slidos: 30-100% ar em excesso.

Ar real

Pode ser expresso por:

Var real = Var terico + Var excesso

Ar real

tericoartericoarrealAr .3,0..

tericoArrealAr .30,1.

Considerando 30% de ar em excesso, pode-se relacionar:

Frmula a ser usada

Combustveis gasosos: utilizar estequiometria em volume.

Equaes dos gases ideais (Clausius-Clapeyron):

importante considerar que as propores volumtricas dadas pelo coeficiente da reao de combusto somente sero vlidas para volumes nas mesmas condies de presso e temperatura.

A transformao de qualquer volume pode ser efetuada por:

Critrios de Clculo

Critrios de Clculo

Combustveis lquidos e slidos: utilizar estequiometria em quantidades molares:

A determinao de volumes de oxignio, de ar ou de fumos

pode ser efetuada de duas formas:

(1) Multiplicar a quantidade molar obtida por 22,4 litros (volume

molar de gases na CNTP) e depois transformar para outra

condio de T e P utilizando

(2) Utilizar a equao de Clapeyron

Critrios de Clculo

Exemplo de Clculo 6. (HILSDORF, pg 33) Consideremos um carvo mineral cuja composio

qumica, em porcentagem de peso, a seguinte:

Componente % peso

Carbono 74,0

Hidrognio 5,0

Oxignio 5,0

Nitrognio 1,0

Enxofre 1,0

Umidade 9,0

Cinza 5,0

Total 100,0

Determinar a quantidade volumtrica de ar real necessria para a combusto de 1,0

Kg desse carvo mineral, considerando 50% de excesso de ar, em condies de 27C

e 700 mm Hg.

Componente % peso

Carbono 74,0

Hidrognio 5,0

Oxignio 5,0

Nitrognio 1,0

Enxofre 1,0

Umidade 9,0

Cinza 5,0

Total 100,0

Exemplo de Clculo

Exerccio 4 (pag. 132)

Um combustvel slido apresenta a seguinte composio em porcentagem em massa:

Tomando-se como base de clculo 1000g de carvo, e considerando-se a queima com 50% de ar em excesso, pergunta-se:

a) A quantidade de matria de oxignio terico.

b) A quantidade de matria de ar real.

c) A massa de oxignio nos fumos.

d) A massa de nitrognio nos fumos.

e) O volume de fumos liberados a 227 C e 1,0 atm.

Carbono Hidrognio Oxignio Nitrognio Enxofre Umidade Cinza

72 4,8 9,6 2,8 3,2 5,4 2,2

Fim da aula.