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

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