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n

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  • 1 COMBUSTO E COMBUSTVEIS

    y 2x 2 2 2 2y y y

    x x 3,76 x3,76C O N CO O NH H4 2 4

    .

    .

    esteq

    esteq

    ACCAr

    CA AC

    .

    .

    esteq

    esteq

    ACCAr

    CA AC

    Se r = 1 a mistura estequiomtrica. Se r >1 existe excesso de combustvel (ou falta

    de ar) dizendo-se que a mistura rica, ao passo que se r < 1 existir excesso de ar e a

    mistura pobre.

    y 1 2 3 2 4 2x 2 2 2 2y y

    1 d x 3,76 1 d 3,76 xC O N CO CO O NH n n n H n H4 4

    1rd

    r

    ou

    11 d

    r

    y 2x 2 2 2 2 2y y y y

    1 e x 3,76 e x 1 e 3,76 xC O N CO O O NH x H4 2 4 4

    1 re

    r

    ou

    11 e

    r

    Mistura de combustveis lquidos ou gasosos.

    Normalmente dada a composio molar (volmica, supondo gases perfeitos) da

    mistura X1CxHy+X2H2+X3CO+X4O2+X5N2, sendo Xi a frao molar do componente i.

    A queima (no estequiomtrica) ser

    1 y 2 2 3 4 5x 2 2 2 22 21 2 2 3 4 5 2 6 2

    +3,76NC CO O N OH H

    CO O CO O NH H

    onX X X X X

    n n n n n n

    Combustveis slidos.

    Normalmente dada a composio mssica do combustvel de modo que,

    Y1C+Y2H2+Y3O2+Y4N2+Y5H2O+Y6S+cinzas sendo Yi, as fraes mssicas. Atendendo a

  • que para se escrever a equao qumica necessrio reconhecer-se o nmero de kmol

    dos intervenientes na reao e a que,

    21 2kmol C kmol de H;etc.

    kg kgcombustvel combustvel; ..

    12 2

    Y Y

    Pode escrever-se a equao qumica de modo a que cada coeficiente tenha as

    unidades:

    espcie correspondentekmol da

    kg da mistura i.e. combustvel

    tanto para os reagentes, como para os produtos.

    1 2 3 4 5 62 22 2 2 1 22C S ...3,76NO N O O COH H12 2 32 28,15 18 32

    o

    Y Y Y Y Y Yn n

    Queima de misturas de combustveis lquidos e gasosos.

    Um caso comum em muitas situaes ligadas indstria qumica e petroqumica a

    queima simultnea de combustveis gasosos e lquidos numa mesma fornalha.

    XCH4 de CH4, XC2H6 de C2H6, XC3H8 de C3H8, XC4H10 de C4H10, XN2 de N2 e XO2 de O2,

    calcula-se para cada componente da mistura a respetiva frao mssica Yi segundo,

    i ii

    i i

    X MY

    X M

    Quanto ao combustvel lquido, este ter por exemplo a seguinte composio

    mssica, YC de C e YH2 de H2.

    gc

    gc

    gc lc

    m

    m m

    lc

    lc

    gc lc

    m

    m m

    4 2 6 3 8 4 10

    2 2 2

    CH C H C H C Hgc gc gc gc

    N O C Hgc gc lc lc

    Y Y Y Y

    Y Y Y Y

  • 4 2 6 3 8 4 10

    6 8 104 2 3 4

    4 2 6 3 8 4 10

    2 2 2

    22 2 2 2

    2 2 2

    21 2 2 3 2

    3,76

    CH C H C H C Hgc gc gc gc

    CH C H C H C H

    N Ogc gc C Hlc lco

    N O C H

    Y Y Y YCH C C CH H H

    M M M M

    Y Y Y YN O C n O NH

    M M M M

    n CO n O n NH

    2

    2

    2

    2

    100

    (%)100

    N

    O

    N

    O

    e

    (Para o ar 2

    2

    3,76N

    O

    ).

    Qualquer que seja r < 1 ou r > 1,

    22

    22

    ' '1

    '

    A ON

    NO

    X Xr

    X

    com,

    2' '' '

    2 2 4

    CO HA CxHy

    yX XxX X

    em que, para o ar, 2

    2

    3,76N

    O

    .

    O clculo da riqueza recorrendo ao balano do O2 no obriga ao conhecimento

    prvio da composio do combustvel.

    Massa de ar necessria combusto estequiomtrica de um combustvel slido

    Um combustvel slido tem a seguinte composio mssica:

    CY de carbono [kg de C/kg de combustvel]

    2HY de hidrognio [kg de H2/kg de combustvel]

    2OY de oxignio [kg de O2/kg combustvel]

    SY de enxofre [kg de S/kg de combustvel]

    Sendo o restante, as cinzas ou inertes, a diferena a 100 % (ou unidade no caso de

    se considerarem fraes).

    2

    2

    massa de ar11,487 34,461 4,308

    massa de combustvel 8

    O

    C H S

    YY Y Y

  • Razo entre a massa de ar e a massa de combustvel para uma combusto

    genrica.

    Situao genrica.

    2 22 2 2 2

    21 2 2 3 2 4 5 2 6 2

    3,7632 3212 2

    H OC Sqq

    Y YY YC O S n O NH

    n CO n CO n O n O n SO n NH

    2

    2

    28,15massa de ar

    0,77massa de combustvel 10012

    f rf rN

    CO CO f

    m mY YX c c

    mX X

    mf a massa de combustvel;

    YCf - a frao mssica de carbono no combustvel;

    mr a massa de cinzas (resduos slidos);

    YCr - a frao mssica de carbono nas cinzas (resduos slidos).

    massa carbono

    massa combustvel 100

    f r

    f r

    f

    m mY Yc c

    m

    2

    2

    28,15massa de ar

    0,77massa de carbono 12

    N

    CO CO

    X

    X X

    Massa de produtos secos por unidade de massa de carbono no combustvel.

    2 2 2 2CO CO ou 100 %X X 1O H O NX X X

    2 2 2CO CO ou 100 %X X 1O NX X

    2 2

    2

    gases 7004massa de secos

    massa de carbono no combustvel 3

    CO O

    CO CO

    X X

    X X

    Massa de ar seco necessria para a combusto da unidade de massa do

    combustvel.

    2

    2

    produtosmassa secosmassa ar= 8

    massa combustvel massa combustvel 8

    Of f r r

    H

    f

    Ym c m cY

    m

    A Primeira Lei da Termodinmica aplicada Combusto

    2 1 2 1P R P Po Po Ro Ro RU U U U U U U U

  • 2 1 2 1P R P Po Po Ro Ro RH H H H H H H H

    o o Po RoPo Rop pU V VH

    o o P RoU n nH RT

    1 1 1P Po o Ro RU U U U U U

    1 1 1P Po o Ro RH H H H H H

    liq vapo o v lvU U m u

    liq vap

    o o v lvm hH H

    o

    TP fh h h

    - Poder calorfico superior a volume constante PCSv;

    - Poder calorfico inferior a volume constante PCIv;

    - Poder calorfico superior a presso constante PCSp;

    - Poder calorfico inferior a presso constante PCIp.

    PCSv - PCIv = mv ulv

    PCSp - PCIp = mv hlv

    PCSv -uo (com H2O = lquido)

    PCIv -uo (com H2O = vapor)

    PCSp -ho (com H2O = lquido)

    PCIp -ho (com H2O = vapor)

    3 1 0o oPi comb o Rip pPI RIi i

    m c m h m cT T T T

    Rim - massa do reagente i;

    Pim - massa do produto i;

    combm - massa do combustvel;

    pRIc - valor mdio na gama de temperaturas To T1 do calor especfico mssico a presso constante do reagente i;

    pPIc - valor mdio na gama de temperaturas To T3 do calor especfico mssico a

    presso constante do produto i.

  • trabalho produzido |trabalho produzido|

    ou poder calorfico

    combI

    o oUH

    |calor libertado na reaco de combusto|

    poder calorfico inferior do combustvel

    combII

    2

    2

    nos produtos da combusto real

    nos produtos da combusto completa

    combIII

    CO

    CO

    X

    X

    Acrscimo da temperatura dos gases da combusto real

    Acrscimo da temperatura dos gases da combusto completa

    combIV

    A intermutabilidade dos gases combustveis

    ndice de Wobbe

    1

    2 / dW PCS

    ndice Anti-Detonao (IAD)

    2

    RON MONIAD

    Road Octane Number (Road ON)

    Road ON a RON b MON c

    1

    2 228,28 1,0 0,736 1,0 1,472 0,03521100ON TEL TEL TEL TEL

    Ponto de orvalho do cido sulfrico (H2SO4)

    2 3 2 3ln ln ln ln2,276 0,02943 0,0858 0,00621000 H O SO H O SOp p p pT

    Ponto de orvalho do cido sulfuroso (H2SO3)

    2 2 2 2ln 0,000867ln ln ln3,9526 0,1863 0,0009131000 H O SO H O SOp p p pT

  • Ponto de orvalho do cido ntrico (HNO3)

    2 3 2 33,6614 ln ln ln ln0,1446 0,0827 0,007561000 H O HNO H O HNOp p p pT (1.185)

    Ponto de orvalho do cido clordrico (HCl)

    2 2ln ln ln ln3,7368 0,1591 0,0326 0,002691000 H O HCl H O HClp p p pT (1.186)

    Ponto de orvalho do cido brmico (HBr)

    2 2ln ln ln ln3,5639 0,1350 0,0398 0,002351000 H O HBr H O HBrp p p pT (1.187)

    Ponto de orvalho do cido fluordrico (HF)

    2 2ln ln ln ln2,8723 0,0386 0,0686 0,000991000 H O HF H O HFp p p pT (1.188)

    Nestas seis equaes a temperatura vem em Kelvin e as presses parciais vm em

    mm Hg.

    2 - CALDEIRAS

    Rendimento trmico de uma caldeira

    energia trmica sada

    energia trmica fornecida

    cald ; u u

    cald

    comb b

    Q Q

    m PCI F ;

    sai ent fcald

    comb

    h h m

    PCI m

    %1001cald perdas perdas

    As perdas a considerar na avaliao do desempenho da caldeira so as seguintes:

    - Perda por no queimados existentes no resduo slido - Psnq;

    - Perda por no queimados existentes na escria liquefeita - Pesc;

    - Perda por no queimados nos gases sada da caldeira Pgnq;

    - Perda sensvel nos gases que saem pela chamin - Psch;

  • - Perda por conduo, conveco e radiao - Pccr;

    - Perda pelas purgas - Ppur.

    1 snq esc gnq sch ccr purcald P P P P P P

    Perda por slidos no queimados

    Cres Csnq

    comb

    m PCYP

    m PCI

    resm o caudal mssico de resduos slidos;

    combm o caudal mssico de combustvel consumido pela caldeira;

    Y C a frao mssica de carbono existente nos resduos slidos da combusto;

    Y cin a frao mssica de cinzas existentes no combustvel

    CPC o poder calorfico do carbono;

    PCI o poder calorfico inferior do combustvel

    1cin C C

    snq

    C

    PCY YP

    PCIY

    Perda por escria liquefeita.

    esc aesc escescQ m c T T

    escm o caudal de escria liquefeita sada da fornalha;