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COMBUSTÃO
DEFINIÇÃO
COMBUSTÍVEL - COMBURENTE - TEMPERATURA
Quadro 1 - Entalpia de combustão (H), a 25ºC, de algumas substâncias
encontradas nos principais combustíveis utilizados.
Componente. g/mol kJ/mol kcal/mol Carbono
C CO 12,011 110,5 26,39
CO CO2 28,010 283,0 67,59
C CO2 12,011 393,5 93,98
Hidrogênio
H2 H2O (l) 2,016 285,83 68,27
H2 H2O (v) 2,016 241,82 57,76
Enxofre
S SO2 32,066 277,2 66,33
ENTALPIA DE COMBUSTÃO
PODER CALORÍFICO (PCI e PCS)
O cálculo teórico do poder calorífico inferior de um combustível sólido ou líquido, em kcal/kg, pode ser efetuado
pela expressão que se segue, baseada nas reações de combustão dos componentes puros (Quadro 1).
P.C.I. (kcal/kg) = 7832 C + ( H - O/8 ) 28650 + 2065 S – 615 W
O valor pelo qual se multiplica o teor de água corresponde à entalpia de aquecimento da água de 25ºC a 100ºC (74
kcal/kg) somado a entalpia de vaporização da água (541kcal/kg), à pressão de 101,3 kPa.
Quadro 2 – Poder calorífico inferior de alguns combustíveis utilizados.
Combustíveis Poder calorífico inferior
kJ/kg kcal/kg
Gás liquefeito de petróleo 49030 11730
Gasolina A 45978 11000
Gasolina com 20% de álcool 40546 9700
Óleo diesel 43888 10500
Álcool combustível 27169 6500
Óleo combustível 42635 10200
Carvão mineral 20899 – 33857 5000 - 8100
Carvão vegetal 33432 8000
Lenha 10450 – 14630 2500 - 3500
Bagaço de cana 9614 – 19165 2300 - 4585
CH4 C2H6 mol = 12 + 4 = 16 mol = (12 x 2) + (6 x1) = 30
16 ----- 100 % 30-------100%
12 ----------x 24---------x
Teor de carbono = 75 % Teor de carbono = 80 %
Teor de hidrogênio = 25 % Teor de hidrogênio = 20 %
PCI = (7832 x 0,75) + (28650 x 0,25) PCI = (7832 x 0,80) + (28650 x 0,20)
PCI = 13036,50 kcal/kg PCI = 11995,6 kcal/kg
Diferença
13036,50----------100%
11995,60 ------------x
x = 92,02% (diferença de 7,98%)
C2H5OH
mol = (12 x 2) + (6 x 1) + (16 x 1) = 46
46 ----- 100 % 46-------100% 46---------100%
24 --------x 6---------x 16---------x
Teor de carbono = 52,174 %
Teor de hidrogênio = 13,043 %
Teor de oxigênio = 34,783 %
PCI = (7832 x 0,52174) + ((0,13043 – (0,34783/8)) x
28650)
PCI = 6577,42 kcal/kg
CONSUMO DE AR
Considerando a existência de 23,2%, em massa, de oxigênio no ar
atmosférico, temos a seguinte relação: 100/23,2 = 4,31/1 e, com ela,
podemos elaborar o quadro 3 fundamentado no que segue:
Temos, portanto, para o hidrogênio, (16 x 4,31)/2,016 = 34,20.
De acordo com as respectivas reações de combustão e o
raciocínio análogo, teremos a quantidade de ar por kg de combustível para
o carbono e para o enxofre.
H2 + 1/2 O2 H2O
2,016 16 18,016
Quadro 3 - Relação ar/combustível para alguns elementos encontrados nos principais combustíveis.
ESTIMATIVA DO CONSUMO DE AR kg de ar / kg de combustível = 34,21 H + 11,48 C + 4,3 S - 4,30. O
Combustível Transformação Massa molar Kg de ar/kg
combust.
Hidrogênio (H2) H2O 2,016 34,21
Carbono CO2 12,011 11,48
Enxofre SO2 32,066 4,30
Exemplos ilustrativos
A análise elementar de um combustível sólido apresentou a seguinte composição centesimal: 58,02% de carbono; 3,04% de hidrogênio; 0,98% de nitrogênio; 16,02% de oxigênio; 4,03% de enxofre e 17,91% de cinzas. Baseado na composição centesimal faça uma estimativa do poder calorífico inferior (PCI) e do consumo de ar atmosférico, considerando um excesso de 30% de ar e combustão completa.
a) Poder calorífico inferior (PCI)
PCI = 7832 x 0,5802 + (0,0304 – 0,1602/8) x 28650 + 2065 x 0,0403
PCI = 4924,59 kcal/kg de combustível.
b) Consumo de ar atmosférico para a sua combustão completa.
Consumo de ar = (34,21x0,0304 + 11,48x0,5802 + 4,30x0,0403 – 4,30x0,1602)x1,30
Consumo de ar = 9,34 kg de ar/kg de combustível.
2 – Fazer uma estimativa do poder calorífico inferior (PCI) e do consumo de ar
atmosférico, considerando 25% em excesso, para a combustão completa do
álcool etílico.
a) Composição centesimal do álcool etílico C2H5OH
Teor de carbono = 24,022x100/46,07 C = 52,14%
Teor de hidrogênio = 6,048x100/46,07 H = 13,13%
Teor de oxigênio = 16x100/46,07 O = 34,73%.
b) Poder calorífico inferior (PCI).
PCI = 7832 x 0,5214 + (0,1313 – 0,3473/8) x 28650.
PCI = 6601,58 kcal/kg de álcool etílico.
c) Consumo do ar atmosférico considerando 25% em excesso e combustão
completa.
Consumo de ar = [34,21x0,1313 + 11,48x0,5214 – 4,31 x 0,3473] 1,25
Consumo de ar = 11,23 kg de ar/ kg de álcool etílico.
INVERSÃO TÉRMICA.
CETESB São Paulo – vista do topo do Pico do Jaraguá”.
Cidade de São Paulo - 28 de abril de 2003 (Caio Guatelli/Folha Imagem)
São Paulo
Smog fotoquímico em São Paulo (~1990).
O gás de cor castanha, NO2, é formado quando o NO,
que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar.
(P.W. Atkins, “Atoms, Electrons, and Change”, pg. 135, 1991)
Smog fotoquímico
Processos e reações em atmosfera urbana poluída.
HO. Radical hidroxila
SO2
HNO3
H2SO4 H2O
NO2
H2SO4
Poluentes primários
NO NO2 SO2
COVs Partículas
SMOG FOTOQUÍMICO O3 ozônio
O oxigênio atômico
CO2 NO
HO2.
CO, O2
hn
HO2.
H2O2 peróxido de hidrogênio
SO3
H2O
SO2, O2
hn
NO2
O2
Poluentes secundários
O3, H2O2
HNO3 H2O2 Ácidos carboxílicos
Íons solúveis
VOC hn
OH
RO2 RO
NO NO2
O3
Reações entre compostos
orgânicos voláteis (COVs) e NOx na
presença de radiação solar,
produzindo ozônio.
Número mensal de ultrapassagens do padrão
de qualidade do ar de ozônio (160 g m-3) na
RMSP, considerando todas as estações de
monitoramento, no período entre 1997 e 2004
(CETESB, 2005).
primavera
Num
ber
of O
3 u
ltra
-passage
Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 0
50
100
150
200
250
300
350
400
Ozônio Troposférico em São Paulo
Núm
ero
de u
ltra
passagens d
e O
3
Ibirapuera 12-13 de agosto de 1999
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
10001 3 5 7 9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
41
43
45
47
Hora Local
Co
nce
ntr
açã
o e
m u
g/m
3
NO
NO2O3
O episódio de poluição atmosférica em
Londres, 1952: relação entre
concentração de fumaça e óbitos
Smog sulfuroso
Smog na Cidade do México,
devido localização geográfica e
tráfego veicular.
Donora, Pensilvânia - em outubro
de 1944 foi cenário de um grande
desastre de poluição de ar.
São Paulo Cidade Universitária
Perda de visibilidade
Região central da cidade de São Paulo
24 de junho de 2005
http://www.uol.com.br
Paris
Curitiba