QUIMICA - Combustiveis

8/6/2019 QUIMICA - Combustiveis

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Centro de Educao Tecnolgica de Minas GeraisCurso Tcnico de Mecnica

Disciplina: Mquinas Trmicas

Combustveis

Aluno:

n.: - Turma:

ndice
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1) Definio de combustveis 3

2) Classificao 3

2.1) Slido 3

2.2) Lquido 3

2.3) Gasoso 4

3) Combustvel lquido 5

Hidrocarbonetos 5

Benzol 6

lcool 84) Propriedades dos combustveis 8

Volatilidade 8

Poder Calorfico 9

Calor Latente 10

Peso Especfico 11

Viscosidade 115) Gasolina 11

ndice de Octano (antidetonncia) 12

Aditivos utilizados 12

6) leo diesel 14

ndice de Cetano 14

Aditivos para melhorar o NC 14

- Bibliografia 16

1) Definio de combustveis


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De modo geral denomina-se combustvel qualquer corpo cuja combinao qumica

com outro seja exotrmica. Entretanto, as condies de baixo preo, a existncia na

natureza ou o processo de fabricao em grande quantidade limitam o nmero de

combustveis usados.

Tendo por base o seu estado fsico, eles podem classificar-se em slidos, lquidos e

gasosos.

2) Classificao

2.1) Slidos

So formados de C, H2, O2, S, H2O e cinzas, sendo combustveis somente o C, O2,

H2 e o S. Entre os combustveis slidos, temos os minerais como lenha, serragem, bagao

de cana, etc.

Os combustveis slidos para serem usados devem estar sob forma de p muito

fino, ele pulverizado com o ar durante a alimentao do cilindro. O grande problema que

apresentam os combustveis slidos, a inaceitvel eroso provocada nos pistes, vlvulas,

cilindros, etc. Isto acontece porque os produtos da combusto contm partes muito duras,

que ao depositarem nestes rgos, causam estes inconvenientes.

2.3) Lquido

Tambm podem ser minerais ou no minerais. Os minerais so obtidos pela

refinao do petrleo, destilao do xisto betuminoso ou hidrogenao do carvo. Os mais

usados so a gasolina, o leo diesel e o leo combustvel. Estes combustveis so formados

de hidrocarbonetos, sendo o leo diesel C8H17 e a gasolina C8H18. Os combustveis


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lquidos no minerais so os lcoois e os leos vegetais. Entre os lcoois, temos o lcool

metlico e o etlico, enquanto que os leos vegetais so formados de C, H2, O2 e N2.

2.3) Gasoso

Alm de terem um baixo custo, porque geralmente so gases obtidos como

subprodutos, so combustveis que formam com o ar uma mistura mais homognea.

Esta caracterstica, contribui para uma melhor distribuio nos cilindros,

aumentando o rendimento do motor. Aumenta tambm a facilidade da partida a frio do

motor.

Os combustveis gasosos, segundo o seu processo de fabricao podem ser:

Gs natural - encontrado em locais arenosos que contm petrleo em vrias

profundidades do subsolo.

Os principais gases naturais so:

Metano CH4

Etano C2H6

Dixido de carbono CO2

Nitrognio N2

Os gases naturais obtidos atravs da refinaria de petrleo so:

Propano

Butano

Gs do gasognio - estes gases so obtidos atravs da combusto do carbono.

O emprego dos gases do gasognio na automobilstica, foi muito usado no tempo

da guerra, devido a inexistncia de outros combustveis. Hoje em dia no muito utilizado,

por apresentarem os seguintes inconvenientes:

Alta percentagem de poluio

Baixo poder calorfico

Para serem produzidos, so necessrios equipamentos de grande porte.

Gs do subproduto - pode ser obtido pelos seguintes processos:


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Processo destinado a produzir coque. A parte voltil do carbono liberada com

o aquecimento dos hidrocarbonetos mais pesados, obtendo assim um gs em H2

e CH4

Processo de produo de ao, onde se tem a formao essencialmente do CO e

N2.

3) Combustvel Lquido

Os combust

veis l

quidos empregados nos motores s

o constitu

dos de: hidrocarboneto,

benzol ou

lcoois

Hidrocarbonetos

So agrupados em quatro classes:

parafinas

olefinas

aromticos

naftenos

- Famlia Parafnica

A sries parafinica dos hidrocarbonetos comea com o CH4 (metano) e os termos

sucessivos t

m um

tomo a mais de carbono ligados a dois

tomos de hidrog

nio erecebem os seguintes nomes de acordo com o nmero de cabono:

1 carbono - METANO

2 carbonos - ETANO

3 carbonos - PROPANO

4 carbonos - BUTANO


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5 carbonos - PENTANO

6 carbonos - HEXANO

7 carbonos - HEPTANO

8 carbonos - OCTANO

9 carbonos - NONANO

10 carbonos - DECANO

- Famlia das Olefinas

A srie das olefinas tem a cadeia aberta como a srie parafnica, mas tm uma

dupla ligao entre os tomos de carbono. Esta famlia caracterizada pela terminao

ENO e tem a frmula geral CnH2n. As olefinas podem unir-se com facilidade com o

hidrognio, formando a parafina, ou tambm pode se unir com o oxignio, que neste caso

formar resduos indesejveis comumente chamados de borras.

- Famlia dos Aromticos

Possuem a frmula geral CnH2n-6 para a srie benznica e C2H2(n-6) para a srie dos

naftalnicos.

- Famlia dos Naftenos

A frmula geral , evidentemente, CnH2n. uma famlia de compostos saturados

com estruturas slidas.

Cada tomo de carbono ligado a outros dois tomos de carbono, formando assim

uma estrutura em anel. Cada carbono tem dois outros elementos ligados a este, que podem

ser o hidrognio, outro carbono ou ambos. Os compostos so denominados, adicionando o

prefixo CICLO ao nome da parafina correspondente.

Benzol

O benzol obtido da destilao dos catrames de carbono.

Devido a sua alta octonagem (NO = 120) e alto poder calorfico (10000 kcal/kg),

muito indicado para ser usado nos motores combusto interna.


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A sua principal desvantagem o alto ponto de solidificao (5C), que limita o seu

emprego, principalmente em pases frios.

Este inconveniente pode ser minimizado adicionando ao benzol alguns produtos

qumicos, como por exemplo, a gasolina.

Outro inconveniente a dificuldade de se evaporar, portanto para que haja uma

formao homognea da mistura ar mais combustvel, necessrio que esta sofra um

preaquecimento.

Diviso dos combustveis lquidos segundo a sua volatilidade

Os combustveis se dividem em:

carburantes,

leo combustveis

- Carburantes

Possuem elevada volatilidade e so usados nos motores ignio por centelha.

Os principais combustveis que pertencem classe dos carburantes so:

gasolina

benzol

lcool

- leos combustveis

Se dividem em:

leos combustveis leves

leos combustveis pesados

Os primeiros chamam-se leo diesel e so empregados em motores de combusto

por compresso de mdias e altas rotaes, enquanto que os segundos so os leos APF

(alto ponto de fluidez) e BPF (baixo ponto de fluidez), utilizados em motores de grande

porte e de baixa rotao.

A diferena que existe entre os leos combustveis pesados e leves sobretudo sua

viscosidade, sendo a do leo menor do que a do pesado.


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Em linhas gerais, a caractersticas principal de um leo combustvel o retardo de

ignio, e, quando menor for, melhor ser o leo combustvel.

Retardo de ignio o tempo decorrido entre o incio do combustvel na cmara de

combusto e o incio da ignio do leo de combustvel.

lcool

Podem ser obtidos de produtos agrcolas ou da oxidao parcial do petrleo.

Eles so compostos orgnicos que podem considerar-se divididos de um

hidrocarboneto, saturado ou insaturado, mediante substituio de um ou mais tomos de

hidrognio com uma mais oxidrilas OH, quando os lcoois contm um ou mais oxidrilas,

distinguem-se em monovalentes, bivalentes, etc.

4) Propriedade dos combustveis

- Volatibilidade

Pode ser definida como a porcentagem de um combustvel a uma data temperatura,

quando a presso atuante for de uma atmosfera.

Um combustvel tanto mais voltil quanto:

menor for a presso interna

maior for a temperatura externa

Para um bom funcionamento de um motor, a volabilidade de um combustvel no deve

ser nem muito elevada e nem muito baixa.

- Se for muito elevada:

1. haver perdas no reservatrio do carburador pelo tubo de equilbrio

2. formaro bolhas de vapor no circuito de alimentao, principalmente durante o vero

3. formaro gelo no carburador durante o inverno, impedindo o funcionamento do motor


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- Se for muito baixa teremos:

1. dificuldade na partida do motor

2. alimentao no uniforme nos cilindros

3. diminuio da acelerao

4. maior tempo para que o motor atinja a temperatura ideal de funcionamento

5. diluio do leo lubrificante, porque os combustveis menos volteis no so capazes de

serem queimados na combusto

6. maior formao de carvo nas cmaras de combusto e no cu do pisto

- Poder Calorfico

Defina-se como a quantidade de energia interna contida no combustvel, sendo que

quanto mais alto for o poder calorfico, maior ser energia contida.

Um combustvel constitudo sobretudo de hidrognio e carbono, tento o

hidrognio o poder calorfico de 28700Kcal/kg enquanto que o carbono de 8140Kcal/kg,

por isso, quanto mais rico em hidrognio for o combustvel maior ser o seu poder

calorfico.

H dois tipos de poder calorfico:

poder calorfico superior

poder calorfico inferior

Poder Calorfico Superior

a quantidade de calor produzido por 1kg de combustvel, quando este entra em

combusto, em excesso de ar, e os gases da descarga so resfriados de modo que o vapor

de gua neles seja condensado.

Poder Calorfico Inferior


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a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustvel, quando este entra

em combusto com excesso de ar e gases de descarga so resfriados at o ponto de

ebulio da gua, evitando assim que a gua contida na combusto seja condensada.

Como a temperatura dos gases de combusto muito elevada nos motores

endotrmicos, a gua contida neles se encontra sempre no estado de vapor, portanto, o que

deve ser considerado o poder calorfico inferior e no o superior.

Frmulas para determinar o poder calorifico inferior.

Para a gasolina: Para o benzol:

PCI = PCS - 780 Kcal/Kg PCI = PCS - 415

Para lcool etlico: Para o leo diesel:

PCI = PCS - 700 PCI =PCS - 730

Para lcool metlico:

PCI = PCS - 675

PCI = PODER CALORIFICO INFERIOR

PCS = PODER CALORIFICO SUPERIOR

- Calor Latente:

A demora ou rapidez com o qual os corpos se fundem ou liquefazem, tem sua

explicao no calor latente, que e a quantidade de calor absorvido pelos corpos na sua

mudana de estado, sem que haja aumento aparentemente de temperatura.

O calor latente necessrio fuso ou liquefao varia com sua natureza. Na

passagem do estado lquido ao gasoso, o lquido no muda de temperatura enquanto dura

sua transformao, e todo calor empregado absorvido para produzir mudana de estado.

- Peso Especfico


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a relao entre o peso de uma substncia e o de um volume igual de gua

destilada, a uma temperatura de 4C. o peso de uma substncia por unidade de volume,

densidade.

Comercialmente, usado para diferenciar os diversos tipos de combustveis e

permite calcular ainda o volume, peso e consequentemente, a tonalidade trmica que

expressa em kilocalorias por litro de mistura (cal/L).

Para o peso especfico dos carburantes, os limites mximos geralmente admitidos

so 0,705 a 0,770kg/dm3. O peso especfico da gasolina oscila entre 0,840 e 0,890kg/dm

3.

- Viscosidade

A viscosidade se explica pela fora de coeso das molculas do fluido. Ao se tentar

deslocar uma camada de gua sobre outra, por exemplo, necessrio vencer a fora de

resistncia provocada pela atrao entre as molculas das duas camadas. Para os leos

lubrificantes h uma escala arbitrria estabelecida pela Society of Automotive Engineers,

os graus SAE, que so expressos por dezenas inteiras, sendo o leo mais fino ou menos

viscoso de grau igual a 10.

5) Gasolina

o carburante mais utilizado atualmente nos motores endotrmicos, sendo uma

mistura de hidrocarbonetos obtidos do petrleo bruto, por intermdio de vrios processos

como o cracking, destilao e outros. um lquido voltil e inflamvel.

No Brasil, atualmente encontram-se no comrcio vrios tipos de gasolina que so:

gasolina do tipo A ( 73 octanas - gasolina amarela )

gasolina do tipo B ( 82 octanas - gasolina azul)


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gasolina do tipo C ( 76 octanas - gasolina + lcool )

gasolina verde - cujo NO = 110 - 130

esta ltima somente utilizada na aeronutica. A gasolina empregada nos motores

endotrmicos, deve possuir os seguintes requisitos:

volatilidade mdia

ausncia de impurezas

alto poder calorfico

alta resistncia detonao

ndice de Octano (autodetonncia)

O combustvel classificado segundo seu poder antidetonante, em nmero de

octanagem (NO). Quanto maior for o NO, mais antidetonante ser o combustvel e, por

conseguinte maior ser a sua capacidade de suporte as altas compresses sem sofrer a

detonao.

O nmero de octano de um combustvel represente o percentual de isoctano

(C8H18) e de heptanio (C7H16) contidos nele.

Aditivos Utilizados

Em alguns casos, o NO de um combustvel pode ser aumentado, adicionando-se

uma pequena quantidade de aditivos de grande poder antidetonante.

Os aditivos geralmente so:

chumbo tretametila Pb (C2H5) e

chumbo tretaetila Pb (CH3)4

Entre os dois aditivos, o mais eficaz o chumbo tretaetila.

A adio destes aditivos ao combustvel causa os seguintes inconvenientes:


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100% ISO-OCTANO

110

105 75%

100 50%95 25%

90 0%

85

80

75

70

Chumbo Tetraetlico cm3/litro

6) leo Diesel

ndice de Cetano

O nmero de cetano de um leo combustvel corresponde ao percentual

volumtrico de cetano e alfametilnaftaleno contido neste leo.

Quando maior for o nmero de cetano, menor ser o retardo de ignio o por

conseguinte melhor ser sua capacidade de incendiar-se.

Um leo diesel comumente empregado em motores trmicos tem o nmero de

cetano compreendido entre 40 e 60.

Os melhores leos diesel so encontrados nas fraes perto do querosene.

Aditivos usados para melhor o NC

Os aditivos mais usados para melhorar o NC de um combustvel so:


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- Bibliografia:

- FILHO, Paulo Penido - O lcool combustvel, Obteno e aplicao nos motores

- TAYLOR, Charles S. - Anlise dos motores de combusto interna Vol. II

- SANCHES, Jos Gonzalez - Valls - Motor Endotermico. Barcelona (Espanha), Editorial

cientfico - Mdica, 1970

- Enciclopdia Britnica do Brasil - vol. V, VIII, XV

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