formula rio
DESCRIPTION
nTRANSCRIPT
-
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;
cesc o calor especfico mssico da escria, 1,2 kJ/(kg K);
aT a temperatura ambiente;
T esc a temperatura da escria sada da fornalha.
esc oesc escesc
comb
m c T TP
m PCI
Perda por gases no queimados.
CO HCgq CO HCgnqQ m PC PCIY Y
-
CO HCgq CO HCgnq
comb
m PC PCIY YP
m PCI
Perda por conduo, conveco e radiao
0,7
r gQ QC
Qr a perda ,em valor absoluto, por radiao mais conduo e conveco em kW;
Qg potncia trmica mxima, em valor absoluto, do gerador em MW;
C um coeficiente emprico definido na referida norma
0,7
g
r
comb
QCP
m PCI
Valores do coeficiente emprico C Carga trmica na superfcie de
aquecimento, [kW/m2]
Combustvel
gasoso
Combustvel
lquido
Carvo
10 25 - -
20 18 15 -
30 15 12 15
35 14 11 15
50 12 9 -
Perda de calor sensvel pela chamin
g agq pgqschQ m c T T
c pgq o calor especfico a presso constante e mdio (entre as temperaturas Tg e Ta)
dos gases queimados
Tg a temperatura dos gases queimados sada da caldeira e Ta a temperatura
ambiente
g agq pgqsch
comb
m c T TP
m PCI
-
Perda pelas purgas
pur p apurQ m h h
purm o caudal mssico de purgas
ha a entalpia da gua de alimentao da caldeira
hp a entalpia do lquido saturado presso reinante no seu interior
pur p apur
comb
m h hP
m PCI
O mtodo indireto do ASME para o clculo do rendimento das caldeiras
O rendimento da caldeira ser calculado pelo balano,
1 icald P
iP representa cada uma das perdas que a seguir se descriminam
Perda associada ao combustvel no queimado que sai pelas cinzas volantes
533,82 10%
1
in comb cv in comb cvcv
comb cv
Y Y YP
PCIY
in combY , a frao mssica de inertes no combustvel
cv inY , a frao mssica de cinzas volantes em relao ao total de inertes no
combustvel
comb cvY , a frao mssica de combustvel nas cinzas volantes
kJ/kgPCI o poder calorfico inferior do combustvel
Perda associada ao combustvel no queimado que sai pelas cinzas de fundo
533,82 10%
1
in comb cf in comb cf
cv
comb cf
Y Y YP
PCIY
-
in combY , a frao mssica de cinzas de fundo em relao ao total de inertes no
combustvel
cf inY , a frao de cinzas de fundo em relao ao total de inertes no combustvel
comb cfY , a frao mssica de combustvel nas cinzas de fundo
kJ/kgPCI o poder calorfico inferior do combustvel
Perda associada ao calor sensvel dos gases secos da combusto
1
2
1100
[%]100
cv cf
g a
gsc
sCO
P PK T T
PX
2sCOX a frao molar ou volmica na base seca do CO2 nos produtos gasosos da
combusto
g CT a temperatura dos gases de combusto sada da caldeira
a CT a temperatura do ar de combusto entrada da caldeira
Valores da constante K1 Combustvel K1
Carvo betuminoso 0,66
Gasleo 0,51
leos thick, thin e burner 0,54
Propano 0,45
A constante 1K pode ser calculada atravs de
1
25500 CYK
PCI
CY a frao mssica de carbono no combustvel
kJ/kgPCI o poder calorfico inferior do combustvel
22 210,21
sOsCO sCO t
XX X
2sOX a frao molar seca de oxignio nos produtos de combusto
-
2sCO tX a frao molar seca do CO2 nos produtos da combusto obtida em
condies de queima estequiomtrica
Frao molar estequiomtrica e na base seca para o CO2 nos produtos de combusto Combustvel 2sCO tX
Bagao 20,3
leos thick, thin e burner 15,8
Gasleo 15,5
Propano 13,8
Madeira 19,9
22
124,78 1,89
12 2
C
sCO tC H
Y
XY Y
CY a frao mssica de carbono no combustvel
2HY a frao mssica de hidrognio no combustvel
Perda associada ao calor sensvel do vapor de gua existente nos gases de
combusto
2 22
4,2 2,19 210[%]100
H O H a g
H O
Y Y T TP
PCI
2H OY a frao mssica de humidade no combustvel
2HY a frao mssica de hidrognio no combustvel
As temperaturas entram em [C] e o PCI em [kJ/kg]
Valores tpicos para as percentagens em hidrognio e em humidade de diversos combustveis
Combustvel 2HY [%] 2H OY [%]
Coque 2,0 2,0
Antracite 3,0 1,0
Carvo betuminoso (hulhas) 4,0 7,0
Gasleo 13,0 -
leos thick, thin e burner 11,5 -
Propano 18,2 -
-
Turfa 6,4 20,0
Madeira 6,8 15,0
Perda associada aos no queimados nos gases de combusto
Apenas se considera que existe CO como no queimado nos produtos gasosos da
combusto
2
2
1100
[%]
cv cf
sCO
nq
sCO sCO
P PK X
PX X
sCOX a frao molar na base seca do CO nos produtos gasosos da combusto
2sCOX a frao molar na base seca do CO2 nos produtos gasosos da combusto
Valores da constante K2 Combustvel K2
Carvo betuminoso 63
Gasleo 53
leos thick, thin e burner 54
Propano 48
Perda por radiao, conveco e outras
1
plena cargaconsumo de combustvel a=Carga parcial cargaPlena
carga parcialconsumo de combustvel a
Perdas por radiao a plena carga
Tipo de caldeira Pr [%] a plena carga
Piro e aquotubular para 5 MW 1,4
Piro e aquotubular entre 2 e 5 MW 1,6
Piro e aquotubular para 2 MW 2,0
Com refratrio, pirotubular com topo seco e
soleira em refratrio
3,0
gua quente em ferro fundido 4,5
Perda associada purga
-
Energia gua purgacontida na de
Energia contida no combustvelpP
6
2
1
2 2
100
[%]
1
p
ip H O
itp
p p
p H O v H O
t t
mh h P
mP
m mh h h h
m m
p
t
m
m a razo entre o caudal de purgas e o caudal de alimentao da caldeira
ph a entalpia das purgas aps a recuperao de calor
2H Oh a entalpia da gua de alimentao da caldeira
vh a entalpia do vapor produzido na caldeira
Finalmente o rendimento da caldeira
7
1
1 icaldi
P
3 - MOTORES DE COMBUSTO INTERNA
Rendimentos dos ciclos motores padro a ar
1
11
tO
vr
1
2
v
vr
v ; 1
12
1
v
T
T r
111
11
cp
tD
v cp
r
r r
33
22
cp
v Tr
v T ; 1
2
v
vr
v
111
11 1
cp cv
tS
v cv cv cp
r r
r r r r
-
1
2
v
vr
v ; 44
33
cp
v Tr
v T ;
33
22
cv
p Tr
p T
11 1
1
1 1 1
C adC mad r
v rcila a a
v
ad o
a a
p p pV T
p p pV r T
T T
T T
Parmetros quantificadores e qualificadores do desempenho dos motores
Velocidade mdia do mbolo
22
60e
n ln lV
Velocidade instantnea do mbolo
r
L
1
2 2 2cos1 1 1x senr L
e
dx dx dV
dt d dt
22eV sen senr
2 2
0sen
d
dt
22
60
nn