COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO Em Fornos e Caldeiras Frederico Maia Brandão

COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃOCOMBUSTÃO

Em Fornos e Caldeiras

Frederico Maia Brandão

Combustíveis e

CombustãoINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

Sempre com o objetivo de obter maior produção com menor esforço, aperfeiçoou os meios de subsistência e conforto.

O homem primitivo para retirar o seu sustento da natureza, utilizou no início, sua força muscular. Com o decorrer dos tempos, e para diminuir seu esforço, passou a substituir a força muscular pela utilização de animais.

Descobre-se a utilização da ENERGIA como proporcionadora de maior quantidade de trabalho em menor tempo e como substituto do esforço físico e animal.

Combustíveis e

CombustãoENERGIA ENERGIA Conceitos e fundamentosConceitos e fundamentosDas mais diversas maneiras, a energia está

presente em nosso dia a dia.

James Clerk Maxwell(1831-1879) propôs a definição: “ Energia é aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança”

Aristoteles no século IV A.C. definiu energia como: “Uma realidade em movimento”

Termodinâmica no século XIX : “Energia é a medida da capacidade de efetuar trabalho”

Combustíveis e

CombustãoFORMAS DE ENERGIAFORMAS DE ENERGIA A energia inicialmente utilizada foi a

dos ventos,da água e do Sol. Posteriormente, utilizou-se a enérgia

térmica, elétrica e motriz. Recentemente , o homem passou a utilizar

a energia nuclear(atômica).

H

H

He + Energia

Núcleo de hidrogênio

Núcleo de hélio

U

Pu

+ Energia

Átomo de Urânio

NêutronE = mc2(Einstein)FUSÃO

FISSÃO

c=3x108m/s

Combustíveis e

CombustãoENERGIA TÉRMICAENERGIA TÉRMICADependendo das reações químicas e da

liberação de energia acumulada na forma de ligações entre átomos e moléculas, a energia química apresenta grande interesse por sua vasta aplicação. Um grande exemplo é a ENERGIA DOS COMBUSTÍVEIS, que é na realidade, energia química de ligação.

Sua aplicação típica associa-se aos processos de combustão nos motores, fornos e caldeiras, onde a energia química de materiais como gasolina, álcool, óleo combustível, lenha etc., é convertida em energia térmica, na forma de gases sob altas temperaturas.

Combustíveis e

Combustão

PROCESSOS DE CONVERSÃO PROCESSOS DE CONVERSÃO ENERGÉTICAENERGÉTICA

Independente dos sistemas considerados e as formas de energia envolvidas, todos os processos de conversão energética são regidos por duas leis físicas fundamentais.

ENERGIA

QUÍMICA

ENERGIA TÉRMICA RADIAÇÃO

ENERGIA

NUCLEAR

ENERGIA TÉRMICA INTERNA

ENERGIA

MECÂNICA

ENERGIA

ELÉTRICA

Combustíveis e

Combustão

LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA

1a – LEI DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA- 1a LEI DA TERMODINÂMICA(1840 por Joule e Meyer)

“A energia não se cria nem se destrói”

Eentra = Esai + Esistema

Combustíveis e

Combustão

LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA

1a LEI DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

Sistema

energéticoPerdas

Eútil

Econsumida

(Aporte de energia)

Baseia-se nessa lei o conceito de desempenho ou eficiência energética de um sistema:

energ = Eútil = Econsumida – Perdas = 1 - Perdas

Econsumida Econsumida Econsumida

Combustíveis e

Combustão

LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA2a LEI DA DISSIPAÇÃO DA ENERGIA - 2a

LEI DA TERMODINÂMICAEm todos os processos de conversão energética,

sempre deve existir uma parcela de energia térmica como produto, ou seja existem inevitáveis perdas térmicas nos processos energéticos.

Além das perdas decorrentes das limitações tecnológicas e econômicas dos sistemas reais, tais como isolamentos térmicos imperfeitos, atrito, perdas de carga e inércias, entre outras.

Ciclos térmicos de potência: rever = 1 – T2/ T1

Combustíveis e

CombustãoRECURSOS ENERGÉTICOSRECURSOS ENERGÉTICOSDenominam-se recursos energéticos as reservas ou

fluxos de energia disponíveis na Natureza e que podem ser usados para atender às necessidades humanas.

Recursos fósseis

Gás natural

Xisto betuminoso

Carvão mineral Turfa

Petróleo

Urânio e Tório(Energia atômica)

Energias finitas

Combustíveis e

CombustãoRECURSOS ENERGÉTICOSRECURSOS ENERGÉTICOS

Recursos Renováveis

Energia solar

Energia hidraulica(rios)

Energia eólica(ventos)

Energia das ondas do mar

Energia de biomassa(lenha,cana)

Energia geotérmica

A utilização inadequada de potenciais energéticos renováveis pode determinar a sua exaustão

Taxa de renovação sustentável para florestas tropicais é da ordem de 15 tep/hec/ano

Combustíveis e

CombustãoENERGIA E MEIO AMBIENTEENERGIA E MEIO AMBIENTE

Com o homem e a sua atividade industrial apareceu a poluição ambiental. A rápida industrialização e urbanização dos países em desenvolvimento têm levado a um aumento severo da poluição das águas, altos níveis de concentração de poluentes no ar, aumento da quantidade de resíduos sólidos urbanos e ainda a devastação de reservas florestais e esgotamento das possibilidades de renovação dos insumos básicos para o homem.

DEGRADAÇÃO

DO MEIO

AMBENTE

Combustíveis e

CombustãoENERGIA E MEIO AMBIENTEENERGIA E MEIO AMBIENTE

POLUIÇÃO “È a degradação do ambiente, mudanças do ar, águas ou solo ue afetam a saúde e a sobrevivência ou as atividades do homem e outros organismos vivos”

A produção de energia tem grande influencia sobre o meio ambiente

Desmatamento pelo alto consumo de lenha

Emissão de poluente, produtos da combustão de combustíveis fósseis(CO2, NO2, SOx , Nox, Cx Hx, particulados, etc.).

1

2

Combustíveis e

Combustão

CONSUMO MUNDIAL DE CONSUMO MUNDIAL DE ENERGIA NO SÉCULO XXENERGIA NO SÉCULO XX

1900 1920 1940 1960 1980 2000

300

200

100

Con

sum

o A

nn

ual

Exa

Jou

les(

Exa

=10

18)

Combustíveis e

Combustão

CONSUMO E RESERVASCONSUMO E RESERVASDE ENERGIA NO MUNDODE ENERGIA NO MUNDO

Combustíveis e

Combustão

CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES DE ENERGIA NO MUNDODE ENERGIA NO MUNDO

Combustíveis e

Combustão

CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES DE ENERGIA NO BRASILDE ENERGIA NO BRASIL

Combustíveis e

Combustão

RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS BRASILEIRASBRASILEIRAS

PE

TR

ÓL

EO

TU

RF

A

EN

ER

GIA

HID

RA

UL

ICA

GÁ

S N

AT

UR

AL

ÓL

EO

DE

XIS

TO

EN

ER

GIA

NU

CL

EA

R

GÁ

S D

E X

IST

O

CA

RV

ÃO

MIN

ER

AL

RE

SER

VA

S E

M M

ILH

ÕE

S D

E t

ep

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

1 tep libera 41868 MJ(106 J) = 10.000Mcal

Combustíveis e

Combustão

RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS MUNDIAISMUNDIAIS

Tipo de combustível Reservas Duração em anos com consumo atual

Petróleo

Gás natural

Carvão mineral

1053,1 (109 Barris)

146,4 (1012m3)

1039,2(109 tons)

39,0

236,0

63,7

O carvão mineral será o combustível mais utilizado nos próximos 200 anos. Porém é entre os combustíveis fósseis o mais poluente.

Combustíveis e

Combustão

Distribuição da geração de energia no mundo, segundo a tecnologia empregada

65%

22%

12% 1%

TERMELÉTRICAS HIDRELÉTRICAS NUCLEAR OUTRAS

RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS MUNDIAISMUNDIAIS

Combustíveis e

Combustão

CO2

CO2

CO2

CO2

SOx

NOx

NOx NOx

NOx

SOx SOx

SOx

SOx

NOx

CO2

Particulados

EMISSÃO DE POLUENTES PARA ATMOSFERA

CHUVA ÁCIDA

EFEITO ESTUFA

POLUIÇÃO DO AR

Combustíveis e

CombustãoCOMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS

COMBUSTÍVELFONTE

DE ENERGIA CALORÍFICA

SUBSTÂNCIA

A

+ SUBSTÂNCIA

B

= CALOR

REAÇÃO QUÍMCA EXOTÉRMICA POIS LIBERA CALOR

COMBUSTÍVEL + OXIGÊNIO = LUZCALOR +

Combustíveis e

CombustãoCOMBUSTÍVEIS INDUSTRIAISCOMBUSTÍVEIS INDUSTRIAISCONDIÇÕES :

DISPONIBILIDADE – EXISTA EM GRANDES UANTIDADES E

FACIILIDADE DE OBTENÇÃOBAIXO CUSTO – PREÇO ACESSÍVEL NO LOCAL DE

CONSUMO E BAIXO CUSTO DE OPERAÇÃO

APLICABILIDADE – SE OBTENHA COMBUSTÃO COM OS

RECURSOS EXISTENTES E FACILIDADE DE USO

MANUSEABILIDADE – SEGURANÇA NO ARMAZENAMENTO

E TRANSPORTE

RENDIMENTO – PODER CALORÍFCO NÃO MUITO BAIXO

Combustíveis e

Combustão

CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS

SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO

DERIVADOS DO PETRÓLEO

Combustíveis e

Combustão


GASOSOSGASOSOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

GÁS NATURAL

GÁS DE ÁGUA(UTILIZANDO CARVÃO)

GÁS DE GASOGÊNIO

GÁS DE COQUERIA(SIDERURGICAS)

GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO(GLP)

HIDROGÊNIO

GÁS DE ALTO FORNO(SIDERURGICAS)

A maioria dos combustíveis mostrados A maioria dos combustíveis mostrados acima é usada para a queima em fornos acima é usada para a queima em fornos e caldeirase caldeiras

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


LENHALENHA

Combustíveis e

Combustão

É O COMBUSTÍVEL MAIS ANTIGO E AINDA EM USO

ELEMENTOS %

Carbono 50,0

Hidrogênio 6,0

Oxigênio 43,0

Nitrogênio 0,5

Cinzas 0,5

Poder calorífico de lenha seca com 20% de umidade:

PCS - 2.500 a 3.500 kcal/kg

LENHALENHA

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


CAVACOS E CAVACOS E SERRAGENSSERRAGENS

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


CARVÃO CARVÃO VEGETALVEGETAL

Combustíveis e

CombustãoCARVÃO VEGETALCARVÃO VEGETALELEMENTOS %

Carbono 78,0

Hidrogênio 7,0

Material volátil 12,0

Cinzas 3,0

Poder calorífico do carvão vegetal:

PCS – 7.200 a 7.500 kcal/kg

1m3 1m3 1m32m3

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


HULHAHULHA

Combustíveis e

CombustãoHULHA(CARVÃO DE PEDRA)HULHA(CARVÃO DE PEDRA)

ELEMENTOS % %

Carbono 79,8 47,9

Hidrogênio 5,08

Oxigênio 4,25

Nitrogênio 1,88

Enxofre 1,20 1,2

Cinzas 7,8 12,6

Umidade 3,0 3,0

Poder calorífico do carvão de pedra :

PCS – 7.000 a 7.500 kcal/kg(importado) 5.000 a 7.000 kcal/kg(nacional)

importado nacional

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


PETRÓLEOPETRÓLEO

Combustíveis e

CombustãoPETRÓLEOPETRÓLEOOriginou-se de restos de plantas e animais marinhos que se acumularam no fundo de antigos mares e foram soterrados sofrendo um processo de decomposição por pressao formando o petróleo.

COMBUSTÍVEIS DERIVADOS

Obtidos da destilação fracionada do petróleo

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


COQUE DE COQUE DE PETRÓLEOPETRÓLEO

Combustíveis e

CombustãoCOQUE DE PETRÓLEOCOQUE DE PETRÓLEO

ELEMENTOS %

Carbono fixo 82,0

Enxofre 7,0

Cinzas 10,0

Umidade 1,0

Poder calorífico do coque :

PCS – 6.000 a 7.500 kcal/kg(importado)

importado

Combustíveis e

Combustão


SÓLIDOSSÓLIDOS

ARTIFICIAIS

NATURAIS

MADEIRA

SERRAGEM

CAVACO

LENHA

TURFA

HULHA

LINHITO

ANTRACITO

CARVÃO VEGETAL

COQUE DE CARVÃO

COQUE DE PETRÓLEO

BRIQUETES

LÍQUIDOSLÍQUIDOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

PETRÓLEO

ÓLEO DE XISTO

ALCOOL

ALCATRÃO


COMBUSTÍVEIS COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS LÍQUIDOS

ARTIFICIAISARTIFICIAIS

GASOLINAGASOLINAQUEROSENEQUEROSENEÓLEO DIESELÓLEO DIESELÓLEO ÓLEO COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVEL

Combustíveis e

CombustãoÓLEO COMBUSTÍVELÓLEO COMBUSTÍVEL

ELEMENTOS %

Carbono 87,0

Hidrogênio 3,0

Oxigênio 4,25

Enxofre 5,0

Cinzas 0,15

Umidade 0,5

Poder calorífico do óleo combustível :

PCS – 8.000 a 9.500 kcal/kg

importado

Combustíveis e

Combustão


GASOSOSGASOSOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

GÁS NATURAL


GÁS DE GASOGÊNIO



HIDROGÊNIO


GÁS NATURALGÁS NATURAL

Combustíveis e

CombustãoGÁS NATURALGÁS NATURALCOMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL

COMPONENTES VOLUME MASSA VOLUME MASSA

Metano(CH4) 78,94 61,07 89,76 81,67

Etano(C2H6) 11,2 16,25 8,06 13,75

Propano(C3H8) 5,6 11,91 0,49 1,23

Butano(C4H10) 2,2 6,17 0,11 0,36

Pentano(C5H12) 0,59 2,05 0,01 0,04

Hexano(C6H14) 0,07 0,29 0 0

CO20,5 1,06 0,5 1,25

N20,89 1,2 1,07 1,7

úmido seco

Combustíveis e

Combustão


GASOSOSGASOSOS

NATURAIS

ARTIFICIAIS

GÁS NATURAL


GÁS DE GASOGÊNIO



HIDROGÊNIO


GLPGLP

Combustíveis e

CombustãoGLP - GLP - GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEOGÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEOCOMPOSIÇÃO DO GLP

COMPONENTES VOLUME

Etano(C2H6) 0,03

Propeno(C3H6) 30,47

Propano(C3H8) 14,34

Buteno(C4H8) 31,76

Butano(C4H10) 23,33

Pentano(C5H12) 0,59

Hexano(C6H14) 0,07

Combustíveis e

CombustãoDENSIDADE RELATIVADENSIDADE RELATIVADensidade absoluta ou massa específica = massa/volume = kg/cm3

Densidade absoluta do ar atmosférico = 1,293 kg/cm3

Densidade relativa de um gás é: A relação de massa deste gás e a massa de igual volume de ar atmosférico nas mesmas condições de temperatura e pressão.

TIPOS Densidade absoluta(kg/m3)

Densidade relativa

Gás natural 0,775 0,600

Gás de nafta 0,740 0,576

Gás de carvão 0,725 0,560

G.L.P. 2,290 1,770

Combustíveis e

CombustãoPODER CALORÍFICOPODER CALORÍFICO

CALOR de 8000 kcal

1g de água a 14,5 OC

Eleva de 1OC 1g de água1 caloria

1g de água a 15,5 OC

1000 caloriasEleva de 1OC 1kg de água

1kg de água a 15,5 OC

1kg de água a 14,5 OC

Um combustível com 8000 kcal/kg de poder calorífico

Eleva de 1OC 8.000 kg de água

Eleva de 10OC

Eleva de 100OC

800 kg de água

80 kg de água

Combustíveis e

Combustão

COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEISÀ primeira vista, a comparação de combustíveis pelo seu poder calorífico seria uma forma real

Poder calorífico do óleo = 10.300 kcal/kgPoder calorífico da lenha = 2.500 kcal/kg

1 tonelada de óleo corresponde a 10.300/2.500 = 4,12 toneladas de lenha

Considerando 1tonelada de lenha = 2,5 m3

1 tonelada de óleo corresponde a 10,3 m3 de lenha Quando se faz comparações entre combustíveis deve-se levar em consideração vários fatores, que pesam na avaliação. Nem todos os combustíveis dão o mesmo rendimento quando queimam

Lenha 50% 40%

Carvão de pedra 60% 50%

Óleo combustível

70% 60%

Gás combustível 60% 50%

Caldeiras Fornos

Combustíveis e

Combustão

COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEISA razão de melhor eficiência em caldeiras do que em fornos resulta mais das condições de queima num e noutro equipamento.Numa comparação de combustíveis deve ser levado em consideração este fator, e efetuando-se testes nos equipamentos.No caso da lenha considerando-se um eficiência de 50%, somente 1.250 kcal das 2.500 kcal serão aproveitadas.Os combustíveis sólidos quando queimam, perdem eficiência. Geralmente estes combustíveis queimam sobre grelhas ou em suspensão na fornalha. Resulta daí:

1. Há sempre excesso ou deficiência de ar, pois é praticamente impossível balancear a quantidade de combustível introduzida na fornalha, mesmo sob a forma de pó, com a quantidade de ar estritamente necessária para a combustão

2. O excesso de ar é quase necessário para que o combustível seja todo queimado , não é fora do normal um excesso de ar de 100%

3. No caso de uso de grelhas, parte do combustível se escapa para o cinzeiro, onde acaba a combustão. Peneirando-se as cinzas de um cinzeiro pode-se avaliar a quantidade de combustível perdido.

Combustíveis e

Combustão

COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS4. É comum, a alimentação manual dos combustíveis sólidos nas fornalhas e, neste caso, cada vez que se abrem as portas para alimentação, uma considerável quantidade de ar frio penetra na câmara de combustão e grande quantidade de calor é perdida por irradiação.5.Quantidades excessivas de combustível são introduzidas nas fornalhas, formando camadas que impedem a entrada de ar e produzindo combustão incompleta.

Assim quando se comparam combustíveis diferentes deve ser levado em consideração a eficiência de combustão

1 m3 de lenha = 400kg a 2.500 kcal/kg com 50% de eficiência

1 tonelada de óleo a 10.300 kcal/kg com 80% de eficiência

1 tonelada de óleo = 10.300x1000x80 = 16,5 m3 de lenha

2.500x400x50

Combustíveis e


Lenha (20% umidade) 2.500-3000

Serragem, serragens 2.500

Carvão de pedra(estrangeiro) 7.000-7500

Carvão de pedra(nacional) 5.000-7.000

Carvão vegetal(1a qualdade) 7.500

Coque 6.000

Antracito 8.500

Linhito(8% umidade) 4.500

Turfa 2.500

Casca de semente de algodão 2.800

Casca de semente de amendoin 3.200

COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVELPODER CALORÍFICO PODER CALORÍFICO SUPERIOR kcal/kgSUPERIOR kcal/kg

Combustíveis e


Torta de óleo de algodão 4.500

Torta de óleo de mamona 4.500

Torta de óleo de oiticica 5.000

Bagaço de cana(40% de umidade) 2.300

Resíduos de couro 2.000

Resíduos de borracha 4.000

Alcool etílico 7.200

Hidrogênio 34.500

Metano 12.900

Propano 11.950

Butano 11.800


Combustíveis e


Gasolina 11.000

Querosene 10.800

Óleo diesel 10.600

Óleo combustível especial(no4) 10.500

Óleo combustível BPF(fuel oil) 10.300-10.600

Acetileno 9.800

Gás natural 12.800

Gás de água(gasogênio) 3.000

Gás de alto forno 700

Monóxido de carbono(gasogênio) 3.000


Combustíveis e

CombustãoCOMBUSTÃOCOMBUSTÃO

C + O2 CO2 + 8.100 kcal/kg

C + O2 CO + 2.419 kcal/kg

2H2 + O2 2H2O + 34.100kcal/kg

S + O2 SO2 + 2.210 kcal/kg

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 13.279 kcal/kg

COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO

N2

O2

Em volume Em peso

0,79 litros

0,21 litros

0,77 kg

0,23 kg

79%

21%

DO CARBONO

DO HIDROGÊNIO

DO ENXOFRE

DO METANO

N2 / O2= 3,76 N2 / O2= 3,35

REAÇÃO QUÍMICA ENTRE COMBUSTÍVEL E OXIGENIO

Combustíveis e

CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL

ESTUDO DAS REAÇÕES DE COMBUSTÃO COM O AR ATMOSFÉRICO

Podem ocorrer três tipos de combustão:

1 – Combustão com quantidade exata de ar

COMBUSTÃO COM QUANTIDADE EXATA DE AR

2 – Combustão com excesso de ar

3 – Combustão com falta de ar

Carbono (C ) 0,83 % ou 0,83 kg

Hidrogênio (H ) 0,12% ou 0,12 kg

Enxofre (S ) 0,05% ou 0,05 kg

1,00kg

Considerando-se o combustível com a seguinte composição:

Combustíveis e


– Combustão do Carbono

Quantidade de Nitrogênio = 2,21 kg x 3,35 = 7,41 kg de N2

C + O2 + 3,35N2 CO2 + 3,35N2 + calor

12kg de C 32kg de O2+ 44 kg de CO2

0,83kg de C + x x kg de O2x x = 0,83x32 = 2,21 kg de O2

12

Quantidade de Ar = 2,21 kg + 7,41 kg de N2 = 9,62 kg

– Combustão do Hidrogênio2H2 + O2 + 3,35N2 2H2O + 3,35N2 + calor

4g de H2 + 32kg de O2 36kg de H2O

0,12kg de H2 + x x kg de O2x x = 0,12x32 = 0,96 kg de O2

4Quantidade de Nitrogênio = 0,96 kg x 3,35 = 3,22 kg de N2


Combustíveis e


– Combustão do Enxofre

Quantidade de Nitrogênio = 0,05 kg x 3,35 = 0,168 kg de N2

S + O2 + 3,35N2 SO2 + 3,35N2 + calor

32kg de S 32kg de O2+ 64 kg de SO2

0,05kg de S + x x kg de O2x x = 0,05x32 = 0,05 kg de O2

32


Quantidade de Ar para queima do Carbono = 9,62 kg

Quantidade de Ar para queima do Hdrogênio = 4,18 kg

Quantidade de Ar para queima do Enxôfre = 0,218 kg

14,918kg

QUANTIDADE TOTAL DE AR PARA A COMBUSTÃO DE 1 kg DE COMBUSTÍVEL

Esta condição de combustão é bastante remota de ocorrer na prática, devido à dficuldade de uma boa mistura ar combustível, temos um que ter um excesso de ar

Combustíveis e


A combustão com quantidade teórica de ar é praticamente impossível

C

N2

O2N2

N2

N2

N2

N2

N2

N2

C

O2

CO2

SO2

H2O

Sequência da reação Dificuldade

ainda maior de contato entre os reagentes

NA PRATICA A COMBUSTÃO SÓ SERÁ POSSÍVEL COM UMA PORCENTAGEM DE

EXCESSO DE AR PARA DETERMINADA QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL

NA PRATICA A COMBUSTÃO SÓ SERÁ POSSÍVEL COM UMA PORCENTAGEM DE

EXCESSO DE AR PARA DETERMINADA QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL

Combustíveis e


COMBUSTÍVEL TIPO DE FORNALHA /QUEIMADOR

EXCESSO DE AR

CARVÃO BRITADO GRELHAS ROTATIVAS/AR FORÇADO

1,15 – 1,5

CARVÃO BRITADO GRELHAS PLANAS/AR NATURAL 1,5 – 1,65CARVÃO MOÍDO CICLONE 1,10 – 1,15CARVÃO PULVERIZADO INTEGRALMENTE IRRADIADA 1,15 – 1,20ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE BAIXA PRESSÃO 1,3 – 1,4ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE PULVERIZAÇÃO

MECÂNICA1,20 – 1,25

ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE PULVERIZAÇÃO MECÂNICA C/ VAPOR AUXILIAR

1,05 – 1,15

LENHA GRELA PLANA, AR NATURAL 1,40 – 1,50LENHA GRELA PLANA, AR NATURAL 1,40 – 1,50LENHA GRELA PLANA, AR FORÇADO 1,30 – 1,35LENHA GRELA INCLINADA 1,40 – 1,50BAGAÇO DE CANA FORNALHA CELULAR 1,25 – 1,30LICOR PRETO FORNALHA DE RECUPERAÇÃO 1,05 – 1,07

Combustíveis e


ANÁLISE DOS GASES DE EXAUSTÃO

TEOR DE CO2

TEOR DE O2

TEOR DE CO

O mais alto possível até 16%(teórico 21%)

De acordo com o combustível e fornalha/equipamento

0% (indica combustão incompleta 70% perdas

COM INSTRUMENTOS ANALISADORES DE GASES (ORSAT , FYRITE OU ELETRÔNICO)

Combustíveis e


ANALISADORES

ANALISADORES DE GASES DA COMBUSTÃO

Os analisadores de gases da combustão ECIL-Eurotron permitem monitorar a eficiência do processo de combustão em caldeiras e fornos, através da análise dos gases emitidos, auxiliando na economia de combustiveis e otimização do processo. Podem trabalhar com até 10 tipos de combustiveis e armazenar 250 análises completas. São alimentados por baterias recarregáveis que lhe conferem 8 horas de autonomia. A impressora portátil agrega ao sistema permite o registro dos resultados.

Greenline MK2

Realiza medição direta de 2 a 6 dos seguintes gases: O2, CO, NO, NO2, SO2, CxHy. Adicionalmente mede temperatura do gás na chaminé, temperatura do ar de combustão, pressão, P e velocidade do gás. Alguns parâmetros são calculados pelo sistema dentre eles: CO2, NOx, gases tóxicos referente a 1% de O2, temperatura diferncial, eficiencia, perda e excesso de ar. Tem como opção o equipamento que pode medir o índece de fumaça. Possui uma excelente seção interna de tratamento da amostra, trabalha em pontos com depressão de até 2000 mmH2O, possui comunicação serial RS232, software gráfico e texto em três idiomas.

Unigas 2000 e 3000

Equipamentos portateis com as mesmas funções que o greenline porem com limitações em medição na variação de gases. O unigas 2000 somente analisa 2 gases O2 e CO. Unigas 3000 mede 3 tipos diferentes de gases O2, CO, SO2, NOx, NO2, NO.

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COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO Em Fornos e Caldeiras Frederico Maia Brandão