mt i - doc 01 combustao ver 2 (26 fev 2015)

8/19/2019 MT I - DOC 01 Combustao Ver 2 (26 Fev 2015)

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MÁQUINAS TÉRMICAS IProf. Michel Sa dal la F i lho

E N G E N H A R I A

M E C Â N I C A

D O C 0 1 – I N T R O D U Ç Ã O à C O M B U S TÃ O

versão 2 (Portal)

26 Fev. 2015

BAJAY, Sérgio Valdir – FEM – UNICAMP, Notas de aulas Pós Graduação

em Planejamento de Sistemas Energéticos, “PE 103 – Demanda e

Conservação de Energia”.

HILSDORF & Outros – Química Tecnológica - CENGAGE Learning, São

Paulo, 2004

WALTER, Arnaldo Cesar – Faculdade de Engenharia Mecânica FEM –

UNICAMP, Notas de aulas “Transferência de Calor Industrial”, 1982 .

MT I – DOC 01 Combustao


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Prezado aluno,

Estas notas de aulas “ Introdução à

Combustão” tem como referênciaprincipal o livro “Química

Tecnológica” - Editora CENGAGE

Learning e autores relacionados na

capa ao lado.Em alguns tópicos aproveitamos

outras referências, especificadas

na pagina inicial.

Críticas e sugestões são bemvindas. Bons estudos.

Um cordial abraço.

Michel Sadalla Filho 26 Fev. 2015


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MÁQUINAS TÉRMICAS I

Prof. Michel Sadal la Filho

E N G E N H A R I A

M E C Â N I C A

MT I DOC 01 - COMBUSTÃO

1. A Atmosfera Terrestre: composição

1.1 Pressão atmosférica

2. Cálculos Estequiométricos da Combustão

Combustão 2.1 Comb. Gasosos; 2.2 Comb. Líquidos e Sólidos;2.3 Principais reações; 2.4 Oxigênio necessário; 2.5 Ar necessário;

2.6 e 2.7 Falta e excesso ar; 2.8 Gases residuais (fumos); 2.9 Cinzas

3. Quantidade teórica de ar necessário (ar estequiométrico)

3.1 Carbono; 3.2 Hidrogênio; 3.3 Enxofre; 3.4 Resumo

4. O aparelho Orsat e o controle da combustão4.1 Cálculo da % excesso de ar... 4.2 Ex.1.1 Comb. e Ex. 1.2 Comb.

5. Algumas relações e equivalências para o ar, oxigênio, nitrogênio...

6. Combustíveis

7. Lista Exercícios 02 Comb. ( Ex. 2.1 Comb. a Ex. 2.8 Comb. )

8. Lista Exercícios 03 Comb. ( Ex. 3.1 Comb. a Ex. 3.7 Comb.)

Versão 2 - 26 Fev. 2015Í N D I C E R E S U M I D O


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1. ATMOSFERA TERRESTRE: COMPOSIÇÃO

A atmosfera terrestre é uma mistura de diversos gases, prevale-

cendo, no entanto, dois deles: nitrogênio e oxigênio – Tab. 01:

A fração considerada

“hidrogênio” abrange

todos os “gases raros” mais

o dióxido de carbono (CO2).

Considera-se para efeito de

cálculos estequiométricos,

o peso dos gases inertes

igual a 28 ( o mesmo do

nitrogênio).

Tab. 01


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Em cálculos de

“combustão”, considera-se

a composição volumétricaou molar do “ar

atmosférico seco” como:

1. ATMOSFERA TERRESTRE: COMPOSIÇÃO

Tab. 02

A Tabela 2 apresenta uma simplificação bastante útil e utilizada

para a composição do ar, sem incorrer em imprecisões.


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1 . 1 P R E S S Ã O AT M O S F É R I C A

760 mm

P r e s s ã o a t m o s f é r i c a = 7 6 0 m m H g(ver i f icada por Torr ice l l i ao n íve l do mar)

1 at m ~ 1 , 0 b ar

1 at m ~ 1 , 0 K g f /c m 2

Fig. 01


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A pressão atmosfér ica suporta

o peso da coluna de f luido.

W = weight = peso

1 . 1 P R E S S Ã O AT M O S F É R I C A

Fig. 02


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2. CÁLCULO S ESTEQUIO MÉTR ICOS DACOMBUSTÃO

E m cá lcu lo s d e co mb ustã o, é n ec es sá ri o co nh ec er a s

quantidades envolv idas no processo, o que é fe ito com obalanço de materia is , mediante o cálculo

estequiométrico .

(Hi lsdorf & Outros)

Os processos de combustão são em gera l rea l i zados sob

pressão próx imas da pr es sã o at mo sfé r i ca , ass im:

Proces sos de

combustão

Gases envolvidos tratados

como GASES PERFEITOS

Os cálculos estequiométr icos são de três t ipos:i . Cálculo de ar teórico e real para combustão completa;

i i . Cálculo da composição e volume dos fumos da combustão;

i i i . Cálculo da porcentagem de ar em excesso util izada em uma

combustão, pela análise de Orsat dos fumos da combustão.


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Em cál culos de combustão, é de grande i nteresse o

emprego de u nid ad e s m o la re s .


mol == abreviação de molécula-grama

kmol == abrev iação de molécula-k ilograma

corresponde a uma quant idade em gramas

igual à massa molecular da substância

pura ou do elemento químico.

mol :

kmol :

corresponde a uma quant idade em

quilogramas i g u a l à mas sa molecular da

substância pura ou do elemento químico.

2. CÁLCU LOS ESTEQUIO MÉTR ICOS DACOMBUSTÃO


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Considerando a combustão completa do carbono:


1 2 g ra ma s d e ca rb on o re age m co m 3 2

gramas de ox igênio formando 44 gramas

de dióxido de carbono. Ou

1 mol de carbono (ou kmol ) reage com 1

m ol ( k m ol ) d e ox i g ên i o f or m a n d o 1 m ol

(kmol) de dióxido de carbono.



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Já para o metano, a combustão completa f ica:

16 gramas de carbono reagem com 64 gramas

de ox igênio formando 44 gramas de d ióx ido

de carbono e 36 gramas de água. Ou1 m o l ( k m o l ) d e m e t a n o r e a g e c o m 2 m o l e s

(kmoles) de oxigênio formando 1 mol (kmol) de

dióxido de carbono e 2 moles (kmoles) de água.

Conclusão : é muito mais vanta joso t raba lhar em termos

molares do que em com massa. Para o caso da combustão

e m q ue to do s p ar ti ci pa nt es s ej am gasosos , é melhor

trabalhar a estequiometr ia em termos de volumes .



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2.1 CRITÉRIOS DE CÁLCULO: COMBUSTÍVEISGASOSOS

As eq ua çõ es e steq ui omét ri ca s em volumes são ma is

adequadas quando os reagentes e os produtos são gases.

Mas para i sso, é necessár io que os produtos e reagentes

estejam às mesmas co ndi ções de p ress ão e temperatu ra .

São vál idas as equações de estado dos gases perfeitos :

Na combustão do gás propano (C 3H8) tem-se as proporçõesmolares de reações dadas pela seguinte reação química:


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A s p r op or ç ões m ol a r es d e 1:5 – 3:4 independem das

condições de pressão e temperatura , pois ut i l i za -se uma

unidade química (mol ) que está relac ionada com a massa:

E sabemos que a massa cont i da n a q ua nt i da d e m ola r

independe da pressão e da temperatura.

A ss im, a s p ro po rç õe s 1:5 – 3:4 da e qu aç ão v ista s ãovál idas para qualquer múlt ip lo.

Mas quando se cons idera p ro po rç õe s volu mé t ri c as , i sso

não é vál ido.

2.1 CRITÉRIOS DE CÁLCULO : COMBUSTÍVEISGASOSOS


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Uti l izando-se proporções volumétr icas, tem-se:

Neste caso, as proporções 1:5 – 3:4 somente podem ser

c on side ra da s p ara condições iguais de pressão e

t em p er a t u r a d e t od os os g a ses ( ou va p or d e á g u a ) e a

condição considerada (ou adotada) deve ser

mencionada. Dessa forma, pode-se ter:

2.1 CRITÉRIOS DE CÁLCULO : COMBUSTÍVEISGASOSOS


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2.1 COMBUSTÍVEIS GASOSOS


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G er a l m en t e , esp ec i f i c a m -se a s c on d i ç ões d e p r essã o e

t emp era tu ra d o gás combustível e os volumes dosdemais part ic ipantes são calculados nas mesmas

condições d e pre ss ão e temp erat ura . Ut il iza m- se a

re lação para gases per fe i tos , quando se tem condições

de diferentes:

Se as condições de pressão e temperatura do gás

c om bu st íve l p ro pa no fo ss em 2 7 oC e 700 mmHg, se

obter iam volumes dos outros gases a 27 o

C e 7 00 m mH g.Para fornecer o volume de qualquer part ic ipante da reação

de combustão em outras condições de pressão e

temperatura, calcula-se

através da equação:

2.1 CRITÉRIOS DE CÁLCULO: COMBUSTÍVEISGASOSOS


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2.2 CRITÉRIOS DE CÁLCULO: COMBUSTÍVEISLÍQUIDOS E SÓLIDOS

A estequiomet ria em quantidades molares é mais

a d eq ua da q u an d o a c om bu st ão r ef er e-se a combustível

l íq ui do o u s ól id o, po is a co mpo si çã o p erc entua l do s

e le me nto s qu ím icos (ca rb on o, h id ro gê nio, enxo fre ,

ox i g ên i o , e t c . ) c on st i t u i n t es d o c om b u st í ve l é d a d a em

peso (massa) .



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Quando as reações de combustão ocorrem comcombust íveis l íquidos e sól idos, para o equacionamento da

reação é mais adequado ut i l i zar o número de moles pois

os c on st i t u i n t es d a r ea ç ã o sã o f or n ec i d os em m a ssa . A s

equações a seguir são para combustão do C, H2 e S:

S e h ou ve r combustão

incompleta:

2.2 CRITÉRIOS DE CÁLCULO: COMBUSTÍVEISLÍQUIDOS E SÓLIDOS


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A ss im , o btê m- se a q ua nt id ad e m ol ar d e ox ig ên io e a

part ir desta, a quantidade de ar (veremos adiante).

A d e te rm in a ç ã o d o s v o lu m e s (o x igê n io , a r s e c o o u d e

fumos) pode ser determinada de duas formas:

i . Pela relação 1 mol = 22,4 l itros (nas CNTP):

se

2.2 CRITÉRIOS DE CÁLCULO : COMBUSTÍVEIS

LÍQUIDOS E SÓLIDOS


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2.2 CRITÉRIOS DE CÁLCULO : COMBUSTÍVEIS

LÍQUIDOS E SÓLIDOSA seguir, faremos a segu inte demonstração :

P o r t a n t o :


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2.3 PRINCIPAIS REAÇÕES DE COMBUSTÃO

C o m b u s t í v e i s = = h i d r o c a r b o n e t o s


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C a s o h a j a a p r e s e n ç a d e e n x o f r e n o c o m b u s t í v e l :

E m b o r a o e n x o f r e l i b e r e e n e r g i a n a c o m b u s t ã o , s u a

p r e s e n ç a é a l t a m e n t e i n d e s e j á v e l d e v i d o a oe n o r m e e fe i t o c o r r o s i v o s o b r e o s d i v e r s o s

m a t e r i a i s . . . . Q u a n t o m e n o s e n xo f r e t e m u m

c o m b u s t í v e l , m e l h o r a s u a q u a l i d a d e .

2.3 PRINCIPAIS REAÇÕES DE COMBUSTÃO


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2.4 OXIGÊNIO NECESSÁRIO PARACOMBUSTÃO

Quando o combustível contém oxigênio, a quantidade

estequiométrica necessária é dada por:


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2.5 AR NECESSÁRIO PARA COMBU STÃO

Dada a composição do ar atmosférico:


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C o n s i d e r a n d o a r e a ç ã o d e c o m b u s t ã o c o m a r

a t m o s f é r i c o s e c o :



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2.6 FALTA DE AR NA COMBUSTÃO

S e h o u v e r f a l t a d e o x i g ê n i o p a r a c o m b u s t ã o . . .

h á p e r d a d e c o m b u s t í v e l n a f o r m a d e C O . . .

m a s c a s o a d i c i o n e - s e m a i s O 2 o u a r, o C O p o d e

q u e i m a r p r o d u z i n d o u m a r e a ç ã o e xo t é r m i c a :


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2.7 EXCESSO DE AR NA COMBU STÃO


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2.8 GASES RESIDUAIS OU FUMOS

A s re aç õe s d e c om bu stã o re al iza da s e nt re e le me nto s

químicos dos combust íveis com oxigênio produzem gasescomo C O 2 , S O 2 , C O (em a lguns casos) juntamente com

água H 2 O na forma de vapor. Esses produtos da

c om bu st ão, s ão d en om in ad os d e g a s e s r e s i d u a i s ou

ainda f u m o s .A anál ise dos f u m o s pode ser real izada nas formas:

b a s e s e c a : n ão s e c on si de ra o va po r d á gu a

b a s e ú m i d a : considera-se o vapor d água presente

O conhecimento da composição dos f u m o s é importante

para o controle da combustão, especia lmente da

p ro po rç ão d e C O 2 q ue pode ser determinada pelo

“ a p a r e l h o d e O r s a t ” .


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Os gases de combustão ( f u m o s ) p ode m co nte r a inda

energia reaproveitável, na forma de:

i . c a l o r s e n s í v e l : cas o a s ua te mp eratu ra e st ive r

elevada;

i i . c a l o r l a t e n t e : caso haja nos gases CO ou

hidrocarbonetos não queimados.

Ev id ent em ent e, q ua nt o m ai s e ne rg ia c ont êm o s f um os ,

menos ef ic iente é o processo de combustão. Ass im, deixar

os fumos com a menor energ ia poss íve l é objet ivo de todo

processo, el iminando/minimizando essas formas de energia:

i . D e ix an d o os f u mos c om a m enor t em p er at ur a possí ve l ,

t om a n d o o c u i d a d o d e n ã o a t i n g i r o p on t o d e or va l h o

dos fumos;

i i . Queimando todo o combust íve l .

2.8 GASES RESIDUAIS OU FUMOS


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2.9 CINZASCinzas são resíduos sól idos da combustão de um

combust ível sól ido.

As c i n z a s s ã o fo rm ad as p el o re sí du o i no rgâ ni co q ue

p e rm a n e c e a p ó s a c o m b u s tã o d o c a rv ã o m in e ra l e n ã o

a pre se nta m a m es ma c om po si çã o q uí mi ca d a m at ér ia

or ig inal . Quando o carvão é queimado, a matér ia mineral

compõe-se ou se transforma, produzindo óxidos ep eq ue na s q ua nt id ad es d e s ul fato s. O p es o d a c in za é

menor do que o peso da matér ia mineral or ig inal .

As c inzas tem papel negativo e posit ivo:

i . papel positivo das cinzas : p r ot eg er a s b a r r a s d e a ç o

da grelha de combustão.

i i . papel negativo das cinzas : como a matér ia inorgânica

não queima, as c inzas não l iberam energia.


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3.1 CARBONOC + O2 CO212 kg + 32 kg 44 kg

12 kg + 22, 4 m3 22, 4 m3

3. QUANTIDADE TEÓRICA DE AR NECESSÁRIA

À COMBUSTÃO (ou AR ESTEQUIOMÉTRICO)Fonte: Notas aulas FEM – UNICAMPProf. Arnaldo Cesar Walter, 1982


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3.2 HIDROGÊNIOH2 + O2 H2O

2 kg + 16 kg 18 kg

2 kg + 11,2 m 3 22,4 m 3

Ar seco de combustão:


À COMBUSTÃO (ou AR ESTEQUIOMÉTRICO)


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3.3 ENXOFRES + O 2 SO2

32 kg + 32 kg 64 kg

32 kg + 22, 4 m 3 22, 4 m3

Ar seco de combustão:




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3.4 R E S U M O



4 O APARELHO ORSAT CONTROLE DA


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4. O APARELHO ORSAT e o CONTROLE DACOMBUSTÃO

Com o aparelho de Orsat p od e- se d eter mina r s e o

processo de combustão está ocorrendo da forma correta,p or m ei o d a a ná li se d a p orc en ta ge m vo lu mé tr ica d os

seguintes gases presentes nos fumos:

(1) dióxido de carbono ; ( 2) ox ig ên io ;

(3) monóxido de carbono; (4) nitrogênio .

O apare lho Orsat (Fig. 01 e 02) cons iste de uma bureta

para recebimento da amostra dos fumos a serem

anal isados e três ou quatro pipetas com soluções

específ icas para a absorção dos gases.

A s b as es p ara a a ná li se d os gas es fun da me ntam - se n o

p r i n c í p i o d a c o n s e r v a ç ã o d a m a s s a e na a b s o r ç ã o

s e l e t i v a .


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Um a a m ost r a d e 1 0 0 m l d os f u m os p a ssa p e l a s t r ês ( ou

q uat ro ) p ip et as c om s ol uç õe s e sp ec íf ic as , d es cr it as aseguir :

i . H i d r ó x i d o d e p o t á s s i o ( 1ª p ip eta ) q ue abs or ve o

dióxido de carbono (e também o SO2 que possa estar

presente em pequena quant idade;i i . P i r o g a l o l a l c a l i n o (ác ido p i rogá l ico) (2ª p ipeta) que

absorve o oxigênio ;

i i i . c l o r e t o c u p r o s o a m o n i a c a l (3ª p ipeta) : que absorve

o m on óx id o d e c ar bo no .

iv . O gás residual é o nitrogênio cu ja porcentagem

vo lu mét rica p re se nte n os fumo s é ca lcu lada p el a

diferença de 100.


4 O APARELHO ORSAT e o CONTROLE DA


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v. O vapor de água que p os sa exi st ir n os f umo s s e

condensará na solução existente na bureta

r ec o l h i m en t o d a a m ost r a d e g á s , p er m a n ec en d o, n o

en t a n t o , u m a p eq u en a q u a n t i d a d e d e va p or d e á g u a

na mistura gasosa , correspondente à quant idade de

e qu il íb ri o n a t em pe ra tu ra d e a ná li se q ue s erá b em

p eq ue na , d ad a q ue a a ná li se o co rr e à t em pe ra tu raambiente.

v i . Sabemos que a pressão de vapor da água é constante

com a temperatura, ass im, em cada p ipeta, a pressão

dos fumos será constante e igual à pressãoatmosférica menos a pressão de vapor da água.

vi i. A a n á l i s e d e O r s a t é d a d a n a base seca : f o r n e c e a

porcentagem volumétr ica dos gases componentes dos

fumos, com exceção do vapor de água nele existente.


4 O APARELHO ORSAT e o CONTROLE DA


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U m a a m o s t r a d e 1 0 0 m l d o s f u m o s p a s s a p o r t r ê s ( o u

quatro) p ipetas com soluções espec í f icas. . . .

Fig. 03 Anal isador de Orsat :

(a) três p ipetas; (b) quatro pipetas

Fig. 03a Fig. 03b


Á


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4.1 CÁLCULO DA PORCENTAGEM DO “EXCESSO

DE AR” UTILIZANDO A ANÁLISE DE ORSAT

C om ba se na qua nti dad e d e n it ro gên io pre se nte n os

fumos, é poss ível determinar a quantidade de ar rea l e o

ex c esso d e a r d a r ea ç ã o d e c om b u st ã o . C om o r eq u i s i t os

p ara e ss a a ná li se , é n ec es sá ri o q ue o c om bu st ív el n ão

tenha n i t rogênio em quant idades aprec iáve is e que não

haja perdas de combust íve l : nas c inzas , nem produção de

ful igem e alcatrão.

O nitrogênio f unc ion a c om o e l e m e n t o - c h a v e para

re lac ionar as quant idades de ar e de fumos, uma vez que

ele não part ic ipa do processo de combustão e sua relação

com o oxigênio é f ixa no ar: 7 1 / 2 9 em termos de volume.

Hilsdorf & Outros

Á


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O p ro ce dim ento pa ra o pe rfe ito e qua cio nam ento d a

reação de combustão à part i r da anál ise Orsat dos

fumos,envolve os seguintes passos:

1) Preencher a Tabela 03 (modelo abaixo) :

U ti li za r o s co mp on ente s n os f um os d a a ná li se d e

Orsat



CO2 O2 CO N2 C

CO2

O2CO

N2Total Tab. 03

Á “


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2) Determinação da quantidade real de O2

3) Determinação do quant idade de O2 teórico :

3.1 Calcular o O2 encontrado (O2enc) na análise Orsat

soma de todos os m oles de oxigênio Tab.03

3.2 Ca lcu lar o O2

utilizado para formação de H2

0 (O2,água

):



4 1 CÁLCULO DA PORCENTAGEM DO “EXCESSO


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3. Determinação do quant idade de O2 teórico :

3 .3 Ca lcu lar o O2 teór ico pela expressão:

4. D e t e r m in a ç ã o d a q u a n t id a d e d e e xc e sso d e O 2:

5. Determinação da porcentagem de excesso de O 2 e AR:



4 2 Cálculo do excesso de ar utilizando Análise Orsat


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4.2 – Cálculo do excesso de ar utilizando Análise Orsat

Exemplo 1.1 Comb

Uma mistura gasosa de propano ( C 3H 8 ) e butano ( C4H10)

é q u e i m a d a c o m e x c e s s o d e a r . A a n á l i s e d e O r s a t d o sfumos revelou a seguinte composição:

CO2 = 10,4% ; O 2 = 4 ,6% ; CO = 0 ,6% ; N 2 = 84,4%

Determinar a porcentagem de ar em excesso uti l izada e

preencha a tabela abaixo.

CO2 O2 CO N2 C

CO2O2

CO

N2Total

Hilsdorf & Out ros, 1º exemplo

Tab. 03


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R O T E I R O D E R E S O L U Ç Ã O E R E S P O S TA S :

Hilsdorf & Outros

Tab. 04

4.2 – Cálculo do excesso de ar utilizando Análise OrsatExemplo 1.1 Comb

1º Passo: preencher a Tab.04 com base nos dados dos fumos

2º Passo: determinação da qu antidade rea l de O 23º Passo: determinação do quantidade de O 2 teórico

4º Passo: determi nação da qua nt idad e de excesso de O 25º Passo: dete rmin ação da porce ntagem de exce sso O 2 e AR

á á


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2) Determinação da quantidade real de O2

3) Determinação do quant idade de O2 teórico :

3 .1 Calcular o O2 encontrado (O2enc) na análise Orsat

(Tab.03) 10,40 + 0,30 + 4,6 = 15,30

3.2 Ca lcu lar o O2 utilizado para formação de H20 (O2,água):


4 2 ál l d d ili d áli


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3. Determinação do quant idade de O2 teórico :

3 .3 Ca lcu lar o O2 teór ico pela expressão:

4. D e t e r m in a ç ã o d a q u a n t id a d e d e e xc e sso d e O 2:

5. Determinação da porcentagem de excesso de O 2 e AR:


4 2 Cál l d d ili d A áli O


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6. Quadro Resumo do exemplo:


4 2 Cál l d d ili d A áli O


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O s g a ses d e esc a p a m en t o d e u m m ot or d i ese l a l i m en t a d o

com óleo de a lta qual idade é const itu ído de

hidrocarbonetos que encerram 10% de CO 2 , 6 % d e O 2 e o

restante de N2 . Preencher a tabela abaixo e ca lcular :

a) a porcentagem de ar em excesso util izada na combustão;

b) a relação entre os pesos de carbono e de hidrogênio no

combust ível ;c) a porcentagem em peso de carbono e a porcentagem em

peso de hidrogênio no combust ível .

CO2 O2 CO N2 C

CO2O2CO

N2

Total

Hilsdorf & Outros,

2º exemplo

Tab. 0 3




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RESPOSTAS

Hilsdorf & Outros,2º exemplo

Tab. 05


Exemplo 1.2 Comb

1º Passo: preencher a Tab.05 com base nos dados dos fumos2º Passo: determinação da qu antidade rea l de O 23º Passo: determinação do quant idade de O2 teórico

4º Passo: deter mina ção d a qua nt id ade d e exces so de O 2

5º Passo: dete rmin ação da porce ntagem de exce sso O 2 e AR



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RESPOSTAS

Hilsdorf & Outros,2º exemplo


Exemplo 1.2 Comb

4 2– Cálculo do excesso de ar utilizando Análise Orsat


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RESPOSTAS


5 ALGUMAS RELAÇÕES


53/111

5. ALGUMAS RELAÇÕES...

Tab. 06

Õ


54/111

5. ALGUMAS RELAÇÕES...

Tab. 0 7


55/111

7 LISTA 2 EXERC ÍCIO S COMBUSTÃO


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Ex. 2.1 Comb. Fazer o balanço da combustão completa do

metano (CH4) – reação estequiométrica e relação ar-combustível.

Ex. 2.2 Comb. Montar a reação de combustão do propano (C3H8) com

120% de ar estequiométrico e relação ar-combustível. (Bj Comb 09)

Ex. 2.3 Comb. Dada a composição da octana (C8H18), pede-se calcular:a. A equação da reação estequiométrica;b. A relação ar teórico por combustível em massa: AC (kg ar/kg comb);c. A relação ar teórico por combustível em moles:

AC(moles ar/moles comb) (Bj Comb 11)

Ex. 2.4 Comb. Refazer o exercício anterior para o propano (C3H8) com80% de ar estequiométrico, assumindo a relação [H2]/[CO] = 0,5 nosgases da combustão (com base na experiência) (Bj Comb 9-10)

7. L ISTA 2 EXERC ÍCIO S COMBUSTÃO

7 LISTA 2 EXERC ÍCIO S COMBUSTÃO


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7. L ISTA 2 EXERC ÍCIO S COMBUSTÃO

Ex. 2.5 Comb. Verificar o ar necessário (teórico) para queima de óleo

combustível tipo A (BPF), cuja análise típica é a seguinte: C = 84% ; H2

= 11% ; S = 4% ; Água = 1%.

Ex. 2.6 Comb. Dada abaixo a composição do óleo combustível BPF,pede-se calcular: Composição do BPF: C = 84,4%, H = 11,6%, S = 4%

a. A composição do combustível em base molar

b. A reação estequiométrica da combustãoc. A relação ar/combustível em massa (Bj Comb 12)

Ex. 2.7 Comb. Determinar o ponto de orvalho na combustão da octana(C3H8). [não]

Ex. 2.8 Comb. Seja a composição de um gás obtido no processo degaseificação do carvão vegetal: CO=56,76%; H2=33,07%; CH4=3,78%;N2=3,10%; CO2=2,29%; O2=0,90%Combustão de um gás oriundo da gaseificação do carvão vegetal com aqueima de 20% de excesso de ar.

8 LISTA 03 EXERCÍCIOS COMBUSTÃO


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8. LISTA 03 EXERCÍCIOS COMBUSTÃO

Ex. 3.1 Comb. Considerando a combustão do gás liquefeito de

petróleo contendo 50% de gás propano e 50% de gás n-

butano , com o volume de ar teórico, calcular o volume defumos (medidos a 27 ºC e 700 mm Hg) que se desprenderá, e a

composição volumétrica dos gases componentes.

Ex. 3.2 Comb. Considerando a combustão da mistura gasosa

de um combustível com a composição em massa (nas CNTP),

com excesso de 10% de ar, determinar:

a) O volume de fumos desprendidos (a 127 ºC e 760 mm Hg)

b) O volume de ar real a 20º C e 760 mm Hg para a combustão

de 1 litro desta mistura.

c) A relação ar/combustível em termos de massa e molar.



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Ex. 3.3 Comb. Considerando a combustão da mistura gasosa do

combustível com composição mostrada abaixo (a CNTP), com

15% em excesso de ar, determinar, considerando 1,0 m3 damistura gasosa (CNTP):

a) O volume de fumos total (contendo vapor de água) medido

a 200 ºC e 700 mm Hg),

b) A composição percentual dos fumos na base seca(correspondente à análise de Orsat)

c) A composição percentual dos fumos na base úmida.

d) A relação ar/combustível em massa: AC (kg ar/kg comb);

e) A relação ar/combustível em moles: AC(moles ar/molescomb)




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Ex. 3.4 Comb. Um combustível líquido constituído por 80% de

carbono e 20% de hidrogênio deve ser queimado com 20% de

excesso de ar medido a 27 ºC e 700 mm Hg. Determinar:

As relações reais de combustão

A relação ar-combustível em massa

A relação ar-combustível em mols

O volume dos fumos desprendidos a 27 ºC e 700 mmHg.




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Ex. 3.5 Comb. O álcool etílico apresenta a seguinte

composição em peso [ abaixo ]:

Considerando a combustão completa, com 20% de excesso dear, a 27º C e 760 mm Hg, determinar (utilizada na combustão

de 1 kg de álcool etílico):

a) A reação estequiométrica da combustão e a quantidade de

ar teórica da combustão;

b) A reação da combustão com 20% de excesso ar e a

quantidade de ar real;

c) O volume real de fumos, considerando os gases de

exaustão a 127 ºC e 0,92 atm;

d) A relação ar-combustível para a reação estequiométrica ereal da combustão.




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Ex. 3.6 Comb. Considerando um carvão mineral cuja

composição química, em porcentagem de peso, é a mostrada

abaixo, determinar:

carbono:74%; hidrogênio:5,0%; oxigênio:5,0%;

nitrogênio:1,0%; enxofre:1,0%; umidade:9,0%; cinzas:5,0%

a) A quantidade volumétrica de ar real necessária para a

combustão de 1,0 kg desse carvão mineral, considerando

50% de excesso de ar, em condições de 27 ºC e 700 Hg.

b) O volume de fumos desprendidos, medido a 250 ºC e

0,895 atm.

c) A composição percentual volumétrica dos fumos na base

seca (correspondente à análise de Orsat dos fumos)




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Ex. 3.7 Comb. Um carvão mineral apresenta a seguinte

composição em peso:carbono: 84%; hidrogênio: 4,8%; cinzas:

11,2%.

As quantidades de nitrogênio e de enxofre são desprezíveis. A

combustão se dará com 50% de ar em excesso. Admitindo um

grau de complementação de 90% para o carbono, formando

dióxido de carbono e supondo que os restantes 10% do

carbono produzam monóxido de carbono, determinar, para 100

kg de combustível:

a) O volume de ar real que deve ser utilizado na combustão

desse carvão a CNTP;

b) O volume de ar real que deve ser utilizado na combustão

desse carvão a 25º C e 690 mm Hg.

c) O volume de fumos, medido a CNPT.


Ex 3 1 Comb Considerando a combustão do gás liquefeito de


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Equação estequiométrica:

Ex. 3.1 Comb. Considerando a combustão do gás liquefeito de

petróleo contendo 50% de gás propano e 50% de gás n-

butano, com o volume de ar teórico, calcular o volume de

fumos (medidos a 27 ºC e 700 mm Hg) que se desprenderá, e acomposição volumétrica dos gases componentes.

Volume de ar teórico (oxigênio + nitrogênio) necessáriopara a combustão de 1 litro de GLP:

Ex 3 1 Comb gás liquefeito de petróleo contendo 50% de gás


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Volume dos fumos (produtos da combustão):

Ex. 3.1 Comb. gás liquefeito de petróleo contendo 50% de gás

propano e 50% de gás n-butano...

A reação estequiométrica (em mols) da combustão fica:



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Volume dos fumos (produtos da combustão):





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A composição volumétrica pode ser determinada em base

úmida (considerando a água) ou em base seca (sem água)

Em base úmida:



Ex. 3.1 Comb gás liquefeito de petróleo contendo 50% de gás


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Em base seca:





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Considerando a combustão completa de 1 litro a CNPT com

10% de ar em excesso, determinar o volume de ar real a 20º C

e 760 mm Hg para a combustão de 1 litro desta mistura.


de um combustível com a composição em massa (nas CNTP),

com excesso de 10% de ar, determinar:

a) O volume de fumos desprendidos (a 127 ºC e 760 mm Hg)b) O volume de ar real a 20º C e 760 mm Hg para a combustão

de 1 litro desta mistura.

c) A relação ar/combustível em termos de massa e molar.

Ex. 3.2 Comb. Considerando a combustão da mistura gasosa...


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Reações estequiométricas:



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Cálculo do volume total estequiométrico dos fumos:



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g

Reações com 10% de excesso de ar:

Com excesso de ar , são mant idas as quant idades de CO 2 e

H2O, sendo alterada a quantidade de N 2 (na mesma propor-

ção do excesso de ar) e adici onado o excesso de O 2:



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g

Outro maneira de encontrar a quantidade de O 2 nos fumos:

Ex 3 3 Comb Considerando a comb stão da mistura gasosa


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do combustível com composição mostrada abaixo (a CNTP),

com 15% em excesso de ar, determinar, considerando 1,0 m3

da mistura gasosa (CNTP):a) O volume de fumos total (contendo vapor de água) medido

a 200 ºC e 700 mm Hg),

b) A composição percentual dos fumos na base seca

(correspondente à análise de Orsat)c) A composição percentual dos fumos na base úmida.

d) A relação ar/combustível em massa: AC (kg ar/kg comb);

e) A relação ar/combustível em moles: AC(moles ar/moles

comb)



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Reações estequiométricas em volume [ m3

a CNPT ] :

Necessida de de oxigênio teórico para a reação:




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Composição qual itativa dos fumos:




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Ex. 3.4 Comb. Um combustível líquido constituído por 80% de


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q p

carbono e 20% de hidrogênio deve ser queimado com 20% de

excesso de ar medido a 27 ºC e 700 mm Hg. Determinar:

As relações reais de combustãoA relação ar-combustível em massa

A relação ar-combustível em mols

O volume dos fumos desprendidos a 27 ºC e 700 mmHg.

Carbono 80% (em peso)

Hidrogênio 20% (em peso )

S O L U Ç Ã O

1 kg combustível :

800 g C + 200 g H 2

Equacionando a reação de combustão em termos denúmero de moles ( n ) :

... Ex. 3.4 Comb. Reação estequiométrica da combustão:


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ç q

... Ex. 3.4 Comb.


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R el aç ão a r/c om bu st ív el e st eq u io mé tr ic a ( te ór ic a) :

... Ex. 3.4 Comb.


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... Ex. 3.4 Comb. O cálculo do volume dos fumos


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(medidos à 27º C e 700 mmHg) pode ser efetuado por

dois cr itérios:

... Ex. 3.4 Comb. O cálculo do volume dos fumos


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(medidos à 27º C e 700 mmHg) pode ser efetuado por

dois cr itérios:

Ex. 3.5 Comb. O álcool etílico apresenta a seguinte


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p g

composição em peso [abaixo]:

Considerando a combustão completa, com 20% de excesso de

ar, a 27º C e 760 mm Hg, determinar (utilizada na combustãode 1 kg de álcool etílico):

a) A reação estequiométrica da combustão e a quantidade de

ar teórica da combustão;

b) A reação da combustão com 20% de excesso ar e aquantidade de ar real;

c) O volume real de fumos, considerando os gases de

exaustão a 127 ºC e 0,92 atm;

d) A relação ar-combustível para a reação estequiométrica e

real da combustão.

Ex. 3.5 Comb.


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Ex. 3.5 Comb.


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Ex. 3.5 Comb.


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Quando o combustível contém O2

em sua composição,

n ão c on se gu im os e qu ac io na r a r ea çã o d e c om bu stã o

simplesmente colocando os índices do excesso de ar na

equação … Neste caso,para encontrar a quantidade de ar

real, procedemos a mult ipl i cação dos va lores teóricospelo índice de excesso de ar. É o que faremos a seguir :

Ex. 3.5 Comb.


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... Ex. 3.5 Comb.


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EXERCÍCIOS – LISTA 03 - COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS


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Ex. 3.6 Comb. Considerando um carvão mineral cuja

composição química, em porcentagem de peso, é a mostrada

abaixo, determinar:carbono: 74%; oxigênio: 5,0%; hidrogênio: 5,0%;

nitrogênio: 1,0%; enxofre: 1,0%; umidade: 9,0%; cinzas: 5,0%

a) A quantidade volumétrica de ar real necessária para a

combustão de 1,0 kg desse carvão mineral, considerando50% de excesso de ar, em condições de 27 ºC e 700 Hg.

b) O volume de fumos desprendidos, medido a 250 ºC e

0,895 atm.

c) A composição percentual volumétrica dos fumos na baseseca (correspondente à análise de Orsat dos fumos)

Ex. 3.6 Comb. - COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS

Ã


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S O L U Ç Ã O :



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Reações de combustão com estequiometria em moles:



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que é o volume necessár io dear para 27º C e 700 mm Hg



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que é o volume necessár io dear para 27º C e 700 mm Hg



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EXERCÍCIOS – LISTA 03 COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS


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Ex. 3.7 Comb. Um carvão mineral apresenta a seguinte

composição em peso:

c a r b o n o : 8 4 % h i d r o g ê n i o : 4 , 8 % c i n z a s : 1 1 , 2 %

As quantidades de nitrogênio e de enxofre são desprezíveis. A

combustão se dará com 50% de ar em excesso. Admitindo um

grau de complementação de 90% para o carbono, formando

dióxido de carbono e supondo que os restantes 10% docarbono produzam monóxido de carbono, determinar, para 100

kg de combustível:

a) O volume de ar real que deve ser utilizado na combustão

desse carvão a CNTP;b) O volume de ar real que deve ser utilizado na combustão

desse carvão a 25º C e 690 mm Hg.

c) O volume de fumos, medido a CNPT.

Ex. 3.7 Comb. Um carvão mineral


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Ex. 3.7 Comb. ... carvão mineral (combustível sólido)


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( 1 )

( 2 )

Ex. 3.7 Comb. .. . carvão mineral (combustível sólido)


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Calculando o volume de ar ne cessário para a combustão :



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Calculando o volume de ar ne cessário para a combustão :



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Calculando o volume de fumos :



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As equações estequiométricas s ão diferentes em relação

à s d es env ol vi da s [ (1) e (2)] para cálculo do ar

necessário para a combustão, uma vez que uma parte

d o ca rbo no ( 10 %) s e ox ida pa rc ia lme nte ( CO ) e n ão

completamente (CO2) .



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reparar que o valor de O2 consumido não é o

mesmo do valor teór ico (7 ,85 contra 8,20 kmoles) ,

uma d i ferença de 0 ,35 kmoles , que é a quant idadeque ser ia ut i l i zada caso todo carbono fosse oxidado

C → CO 2



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mt i - doc 01 combustao ver 2 (26 fev 2015)

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