CAPÍTULO 3 COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO

1

CAPÍTULO 3

COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO

2

PORQUE CONHECER ESTE ASSUNTO ?

Devemos conhecer os combustíveis e as técnicas de combustão para

poder utilizar os combustíveis de uma maneira racional, aproveitando

melhor a energia gerada nesta queima evitando assim o desperdício de

dinheiro e contribuindo com o meio ambiente

3

COMBUSTÃO

É a combinação química da substância que queima

(COMBUSTÍVEL), com o oxigênio do ar (COMBURENTE),

acompanhada de uma liberação de calor

4

FATORES QUE INFLUENCIAM A COMBUSTÃO

5

Ausência de

combustível

NÃO EXISTIRÁ COMBUSTÃO NA:

Ausência de

Comburente (ar)

Ausência de

temperatura

6

COMBUSTÍVEL

É qualquer substância, natural ou artificial que se

apresenta no estado físico sólido, líquido ou gasoso capaz

de reagir com o oxigênio do ar, liberando calor e luz

7

COMBUSTÍVEIS INDUSTRIAIS

Para que uma substância seja considerada um combustível industrial é necessário:

- Disponibilidade (existe em grande quantidade)?

- Baixo custo (preço acessível no local de consumo)

- Aplicabilidade (tecnologia associada ao seu uso deve estar disponível)

8

COMPOSIÇÃO DO COMBUSTÍVEL

(água, nitrogênio e cinzas)

9

COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

- Foram amplamente utilizados nas indústrias do Brasil;

- Fácil transporte, armazenamento e operação;

- São basicamente derivados do petróleo;

- São amplamente utilizados nas indústrias fora do Brasil;

10

PROCESSOS DE REFINO

Torre de

destilação

a vácuo

Torre de

craqueamento

catalítico

11

ÓLEO COMBUSTÍVEL

É a fração de petróleo mais utilizada para aquecimento industrial pelo seu baixo

custo;

O óleo combustível Brasileiro tem as seguintes especificações:

12

COMBUSTÍVEIS GASOSOS

Tem aumentado seu uso na industria (energia mais limpa e mais eficiente);

Inconveniente está no transporte deste combustível aos centros consumidores

GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO

Aplicado em processo aonde a limpeza é fundamental

- fornos alimentícios , metalurgia, cerâmica fina.

Para efeitos de cálculo tem-se:

13

GÁS NATURAL

Gás contido no poço de petróleo;

Quando a quantidade de gás produzido é pequena ou o centro consumidor

está distante, o gás é queimado localmente;

GÁS MANUFATURADO

Gás obtido a partir de outro combustível (carvão mineral, nafta, lenha);

Gás de lenha com 15 a 22 % de umidade

14

COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS

Os principais combustíveis sólidos são: LENHA e CARVÃO MINERAL

CARVÃO MINERAL

- Encontrado principalmente na região Sul: RS, SC e PR

- Utilizado em centrais TERMELÉTRICAS e INDUSTRIA DE CIMENTO

15

CARVÃO SENDO TRANSPORTADO PELO RIO

16

DEPÓSITO DE CARVÃO MINERAL EM UMA CENTRAL TERMELÉTRICA

17

COMPOSIÇÃO DOS CARVÕES LATINO AMERICANOS

18

COMPOSIÇÃO DOS CARVÕES NACIONAIS

19

LENHA

- Amplamente usada no Brasil (aplicações domésticas e industriais);

- Usadas em caldeiras de pequeno porte;

- Baixo teor de cinzas, ausência de enxofre e umidade variável;

Teor de umidade

para lenhas usadas

em caldeiras

20

BIOMASSA

- Bagaço da cana é usado nas usinas de açúcar e álcool;

- Não é todo consumido pela industria;

- O bagaço é queimado diretamente com 50 % de umidade.

21

COMBURENTE

- Elemento fundamental para combustão;

- É o AR ATMOSFÉRICO - OXIGÊNIO

22

COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO

NITROGÊNIO – OXIGÊNIO – VAPOR DE ÁGUA – DIÓXIDO DE

CARBONO – ARGÔNIO – NEÔNIO – OUTROS GASES

Para fins práticos de combustão

23

TEMPERATURA DE COMBUSTÃO

Todo o combustível começa a queimar em uma temperatura mínima chamada:

“PONTO DE INFLAMAÇÃO”

Para a Lenha o ponto de inflamação é de 300 ºC

24

REAÇÕES QUÍMICAS BÁSICAS DA COMBUSTÃO

Elementos combustíveis

Reações químicas notáveis

nas fornalhas

C + ½ O2 CO

H2 + ½ O2 H2 O

C + O2 CO2

S + O2 SO2

25

TODAS AS REAÇÕES QUÍMICAS VISTAS SÃO EXOTÉRMICAS

LIBERAM CALORCALOR DE

COMBUSTÃO

(Kcal ou kJ)

26

PODER CALORÍFICO

É a quantidade de calor liberada pela combustão completa

de uma unidade de massa de um combustível

27

PODER CALORÍFICO SUPERIOR (PCS)

É o poder calorífico apresentado por um combustível, englobando

o calor consumido na vaporização da água, tanto a existente no

combustível, quanto aquela formada durante o processo de

combustão

PODER CALORÍFICO INFERIOR (PCI)

É o poder calorífico apresentado por um combustível, sem

englobar o calor consumido pela vaporização da água existente

no combustível e daquela formada durante o processo de

combustão

28

Nos cálculos de combustão é utilizado sempre o PCI

29

DETERMINAÇÃO DO PCI

Para combustíveis sólidos

Onde:

C = teor de carbono (kg de carbono/kg de combustível);

H = teor de hidrogênio (kg de hidrogênio/kg de combustível);

S = teor de enxofre (kg de enxofre/kg de combustível);

W = teor de umidade (kg de umidade/kg de combustível)

d = densidade do óleo combustível

HWSO

HCPci .9600.22008

.34100.8140

(Kcal/kg)

Para óleos combustíveis

).210012400( 2dPci (Kcal/kg)

30

EXERCÍCIOS

31

FATORES QUE INFLUENCIAM A VELOCIDADE DA COMBUSTÃO

Estado físico do combustível

32

Temperatura do combustível

33

Área específica do combustível

34

Existência de não queimáveis no combustível

35

Volume do ar de combustão

36

Características da fornalha (câmara de combustão)

37

CÁLCULO DA COMBUSTÃO

1kg (C) + 2,667 kg (O2) 3,667 kg (CO2) + 8140 kcal/kg carbono

1kg (C) + 1,333 kg (O2) 2,333 kg (CO) + 2450 kcal/kg carbono

1kg (S) + 1kg (O2) 2 kg (SO2) + 2200 kcal/kg de enxofre

1kg (H2) + 8 kg (O2) 9 kg (H2 O) + 34100 kcal/kg hidrogênio

Combustão completa de 1 kg de carbono

Combustão incompleta de 1 kg de carbono

Combustão completa de 1kg de hidrogênio

Combustão completa de 1kg de enxofre

38

OBSERVAÇÃO IMPORTANTE





O MÁXIMO PODER CALORÍFICO DE UM COMBUSTÍVEL SERÁ

OBTIDO, QUANTO MAIOR FOR A PORCENTAGEM DE CO2 NOS

GASES DE COMBUSTÃO

39

INCOVENIENTES DO ENXOFRE

SO2 + ½ O2 SO3

SO3 + H2O H2 SO4 (Ácido sulfúrico) ALTAMENTE

CORROSIVO

40

CÁLCULO DAS QUANTIDADES DE AR E DE GASES DE COMBUSTÃO

IDEAIS (Estequiométricas)

Válidas para combustíveis sólidos e líquidos

Quando se conhece a composição química do combustível

comb

ar

kg

kgS

OHCm

ar.32,4

8.56,34.55,11*

comb

ar

arkg

mS

OHCV

3* .33,3

8.65,26.85,8

comb

gases

gkg

kgS

OHCm .32,5

8.56,35.55,12*

comb

gases

gkg

mS

OHCV

3* .31,3

8.52,31.84,8

Massa de ar

estequiométrica

Volume de ar

estequiométrica

Massa de gases

estequiométrica

Volume de gases

estequiométrica

41

Caso não se tenha a composição do combustível, somente seu PCI

Para combustíveis sólidos

5,0

1000

.01,1* PciVar

(m3/kg)

65,1

1000

.89,0* PciVg

(m3/kg)

Para óleos combustíveis

2

1000

.85,0* PciVar

(m3/kg)

1000

.10,1* PciVg

(m3/kg)

42

EXERCÍCIOS

43

EXCESSO DE AR





SUPRIMENTO DE AR INSUFICIENTE

Para evitar a combustão incompleta do combustível devemos sempre

fornecer uma quantidade de ar superior a teórica – EXCESSO DE AR

44

INCOVENIENTES DA COMBUSTÃO INCOMPLETA

- FULIGEM -

45


- REIGNIÇÃO -

46


- INCRUSTAÇÃO POR FULIGEM -

47

DETERMINAÇÃO DO EXCESSO DE AR (e)

(CONDIÇÕES DE COMBUSTÃO REAIS)

*. arar VeV ** ).1(ar

VeVV gg

*. arar mem ** ).1(ar

memm gg

Onde:

= volume real de ar de combustão (m3/kg);

= volume real de gases de combustão (m3/kg)

= massa real de gases de combustão (kg/kg)

= massa real de ar de combustão (kg/kg)

e = coeficiente de excesso de ar

arV

gV

gm

arm

48

EXERCÍCIOS

49

INCOVENIENTES DO EXCESSO DE AR

- Perda de calor pelos gases da chaminé;

- Perda de calor pela redução da temperatura da chama de combustão;

- Baixos valores de CO2 nos gases da chaminé.

écha

CO

COe

min2

2

*

%

%

*2

*

.12

2240%

arV

CCO

A porcentagem de CO2 teórico pode ser obtido através:

50

ANALIZADOR DE GASES - ORSAT

Hidróxido de potássio

(absorve o CO2)

Ácido Pirogálico em

Hidróxido de potássio

(absorve o O2)

Cloreto Cuproso em

Amônia (absorve o CO)

Custo: R$ 3.700,00

Amostra dos

gases da

chaminé

51

52

EXERCÍCIOS

53

54

EXERCÍCIOS

55

VÍDEO – ANALIZADOR DIGITAL DE GASES DE

COMBUSTÃO

56

CÁLCULO DO CALOR RESIDUAL NOS GASES DE

COMBUSTÃO

).(. 12 ttcVQ pg

Onde:

Q = quantidade de calor nos gases de combustão (kcal);

cp = calor específico dos gases de combustão (kcal/m3.ºC);

t2 = temperatura dos gases na base da chamine(ºC);

t1 = temperatura dos gases na saida da chamine (ºC);

Calor específico médio dos gases na chaminé = 0,338 kcal/m3.ºC

CALOR QUE ESTÁ

SENDO PERDIDO

57

RECOMENDAÇÃO PRÁTICA

Quando a temperatura dos gases de combustão é maior do que 200 ºC

recomenda-se o aproveitamento do calor residual da seguinte forma:

1 – pré aquecer o ar de combustão

2 – pré aquecer a água de alimentação da caldeira

3 – aquecer o combustível utilizado

4 – secagem de matérias primas e outros materiais

58

TEMPERATURA DA COMBUSTÃO

Calor específico médio dos gases na combustão = 0,376 kcal/m3.ºC

pg

ccV

Pcit

.

tc = temperatura teórica da combustão (ºC)

Seu cálculo é indicado para:

-Especificar o material da fornalha;

-Especificar os queimadores;

-Fazer o balanço térmico;

-Etc

59

EXERCÍCIOS

60

FORNALHAS E QUEIMADORES

Fornalha – local aonde se dá a queima do combustível

61

QUEIMA EM SUSPENSÃO

- Óleo combustível, gás, carvão pulverizado, serragem, casca de arroz;

Queimador

62

QUEIMADORES ou MISTURADORES

- São compactos, instalados na fornalha e promovem a mistura do ar e do

combustível.

63

VÍDEO – QUEIMADOR FORA DA FORNALHA

VÍDEO – QUEIMADOR DENTRO DA FORNALHA

64

QUEIMA EM GRELHA

- Queimam Combustível sólido;

65

QUEIMA EM SUPENSÃO OU GRELHA

66

DIMENSIONAMENTO DE FORNALHAS

- Área do suporte do combustível;

g

gS

BK

Kg = carga da grelha (kg/m2.h)- tabelado;

B = consumo de combustível (kg/h);

Sg = área do suporte do combustível (m2).

67

VOLUME DA FORNALHA

c

fV

PCIBK

.

Kf = carga da fornalha (kcal/m3.h)- tabelado;

Vc = volume da câmara de combustão (m3);

68

EXERCÍCIOS

Documents

CAPÍTULO 3 COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO