AULA 1 Combustivel e Combustao

8/17/2019 AULA 1 Combustivel e Combustao

http://slidepdf.com/reader/full/aula-1-combustivel-e-combustao 1/56

Combustão

Combustíveis

Comburente

Complementos de Química aplicada

Profa. Tâmera Tais de Lima Souza

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP

ENGENHARIA MECATRONICA



Combustão

• Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação deoxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação,obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível;

• Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar presentessimultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação;

•

O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia deativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo ocombustível;

• Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons);

• O combustível atua sempre como fonte de elétrons;

• O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como

oxidante.



• Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:

Combustão



Combustão

Combustível + comburente combustão

Hidrocarbonetos + O2 ! Produtos

As reações de combustão são exotérmicas, liberamgrandes quantidades de energia (na forma de luz ou

calor), que possui várias aplicações: iluminação,

funcionamento de motores, cozimento dos alimentos, etc.

Os produtos dependem do tipo de combustão que

ocorre.



Reação de combustão

• De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa.

• Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão sedá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado.

• No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelofato de a reação ocorrer na interface sólido - gás.

•

É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos nacombustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície docombustível;

• Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o querepresenta mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente.

• De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguintemaneira:



Tipos de combustão

Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadasno processo, podem ocorrer três tipos de combustão:

Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor quequantidade estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas asfrações do combustível. formação de carbono na forma de fuligem (C) e água.

Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com aquantidade estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas asfrações do combustível. Formação de monóxido de carbono (CO) e água (H2O)

Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que aquantidade estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as fraçõesdo combustível. Produz gás carbônico (CO2) e água na forma de vapor (H2O).

• A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nospermitindo ter uma indicação da combustão obtida.



• Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequenaquantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio.

• Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, emmaior ou menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excessoempregado) e quantidade desprezível (ou nula) de CO.

Tipos de combustão



Combustíveis

• Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil eeconômica, energia térmica por reação química ou nuclear;

• Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigêniodo ar, produzindo calor em grande quantidade.

1.Classificação dos combustíveis:

Sólidos:

• Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha;• Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;

Líquidos:

•

Naturais: petróleo cru, gasolina natural;• Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;

Gasoso:• Naturais: gás natural;• Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;



Composição química dos combustíveis

2. Composição dos combustíveis:

2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio.

• São muito freqüentes na composição dos combustíveis respondendo pela geraçãode calor e pela função redutora;

• Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou combinados na

forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH4 etc);Reações de combustão: carbono

C(grafite) + O2 CO2 + 94 kcal (reação completa)C(grafite) + CO2 2 CO + 40,8 kcal (reação parcial pela falta de O - endotérmica)C(grafite) + ! O2 CO + 26,6 kcal (reação incompleta)

Reações de combustão: hidrogênio

H2(gás) + ! O2 H2O (vapor) + 57,8 kcalH2(gás) + ! O2 H2O (líquido) + 68,3 kcal



Composição dos combustíveis:

2.2. Elementos Secundários: O, N, S e P.

Reações de combustão: Oxigênio

• A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente umaredução na geração de calor;

• Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor;

•

Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento naconstituição dos combustíveis.

C + O2 CO2 + 94 kcal (reação completa)CO + ! O2 CO2 + 69,9 kcalCH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O + 200 kcalCH4O + 3/2 O2 CO2 + 2 H2O + 160 kcal

Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por oxidação parcial,preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono; ou como se a parte do C e do H2do combustível tivesse sido queimada previamente pelo O2 de constituição




Reações de combustão: nitrogênio• O nitrogênio apresenta grande inércia química, caracterizada por uma baixa

tendência de combinação, inclusive nos processos usuais de combustão;

•

O nitrogênio presente num combustível não se oxida durante o processo decombustão e assim, em nada contribui para a geração de calor;

• Entretanto o nitrogênio como uma espécie material possui massa, e sua

presença no combustível aumenta a massa total do mesmo;•

O Poder Calorífico de um combustível é a relação entre a quantidade decalor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustível queimada:

• Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o aumentoda massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição doPoder Calorífico do combustível.

queimadovolumemassa

Q PC

gerado

)(=




Reações de combustão: enxofre

Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se oxida deacordo com as reações:

S + O2 SO2 + 72 kcalS + 3/2 O2 SO3 + 105,5 kcal

• Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de enxofreapresenta interesse, porém, paralelamente, há um aspecto altamente negativoque anula esta vantagem e torna a presença desse elemento inconveniente. Sãoos produtos da sua oxidação;

• Tanto o SO2 como o SO3 são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas,constituindo-se em poderosos agentes poluentes;

• Mesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SO2 reage com aágua presente nos produtos da combustão, formando o ácido sulfuroso (H2SO3).

O SO3 dá origem ao ácido sulfúrico (H2SO4).SO2 + H2O H2SO3 SO3 + H2O H2SO4




Reações de combustão: fósforo

• O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação:

P4 + 5 O2 P4O10 + 360 kcal

• O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácidofosfórico (H

3P0

4) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo

no combustível.

P4O10 + 6 H2O 4 H3PO4




Calculo das frações do elementos combustíveis no processo decombustão

Deduções , formulações e exercícios

Combustíveis





Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrogênio a parcela jáqueimada, chamando de:

Convenção:

• HT (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no combustível;

•

HC (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do combustível; e• HL (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o processo decombustão.

A quantidade de hidrogênio de um combustível pode ser representado por:

• O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num combustível éfeito pela fórmula e na reação da água que é produto formado na oxidação dohidrogênio.

Combustíveis

LC T H H H +=



Assim para efeito de geração de calor na combustão, considera-se que cadaátomo de O presente na formula do combustível anule 2 átomos de H, entãoa relação fica:

Combustíveis



Mol (quantidade de matéria): origina-se do latim monte e pilha;

• Por definição é quantidade de matéria de um sistema que contém tantasentidades elementares (partículas = átomos, moléculas, íons, elétrons entreoutras partículas) quantos átomos existentes em um elemento químico.

Onde m é a massa em gramas e M.M é a massa molar em g/mol.

Massa molar do: H2 = 2O2 =32 => CteS = 32

H2O = 18

Combustíveis

]/.[.][mol g M M

g mn =



EXEMPLO:

Combustíveis

Combustível

H2 H2 livre

H2combinado

C

S

O2

etc

Comburente

Ar N2 79%

O2 21%

Fumos

H2O Combinado

Formada

CO2

SO2

etc



IMPORTANTE: Como cada átomo de Oxigênio anula (reage) com doisátomos de Hidrogênio do próprio combustível (combinado) e ohidrogênio restante que é considerado útil para o processo decombustão (livre), para o cálculo da quantidade de água, pode-se dizerque:

H o Hidrogênio livre produzirá nos fumos, a água formada;

H o Hidrogênio combinado produzirá nos fumos, a água combinada;

H o Hidrogênio total produzirá água total presente nos fumos;( se o combustível possui água na forma de umidade, também deve ser

considerada)

Combustíveis



EXEMPLO DE CÁLCULO

Combustíveis



Comburente





•

Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando oselétrons cedidos pelo combustível, industrialmente, quase que na totalidade dos casos, o

comburente é o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar atmosférico.

A composição média percentual (volumétrica ou em mols) do ar seco é:nitrogênio (N2) 78,03%oxigênio (02) 20,99%

argônio (Ar) 0,94%dióxido de carbono (CO2) 0,03%hidrogênio (H2) 0,01%

(os demais gases nobres encontram-se em proporções desprezíveis).

Pode-se considerar apenas duas frações:

• Oxigênio (comburente) = 20,99%•

Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01%

Comburente



• Para efeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a composiçãovolumétrica ou em mols do ar seco como:

Oxigênio (O2) 21% e Nitrogênio (N2) 79%

• A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases raros e o dióxidode carbono.

•

Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar dessafração como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos outros gases. • Em conseqüência desta simplificação a massa molar média do ar seco será:

M = 0,21 x 32 + 0,79 x 28 = 28,84 g/mol

• Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que em 100 L dear atmosférico seco tem-se 21 L de O2 e 79 L de N2.

• E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar atmosférico secopossui 21 mols de O2 e 79 mol de N2.

Comburente



• Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar atmosféricoseco virá acompanhado de nitrogênio, na seguinte proporção:

Comburente



EXEMPLOS DE CÁLCULO:

3.d) Qual a massa de ar que contém 1 Kg de O2 ?

3.d) Calcular a massa de N2 que está contida na massa de ar que contém 126mols de O2.

Comburente



Razões do uso de excesso

de comburente emprocessos de combustão



Quando num processo de combustão, se fixa a proporção de alimentação de

combustível e comburente de modo a obter-se uma combustão estequiométrica,nota-se que, invariavelmente, recai-se numa combustão incompleta ou parcial.As combustões estequiométricas são portanto teóricas ou ideais.

Na prática, para obter-se combustões completas, é necessário alimentarcomburente em excesso.

Duas são as razões da necessidade do excesso:

a) Contato combustível - comburente

À medida que se aumenta a quantidade de moléculas de O2, aumenta aprobabilidade de choque com as moléculas do combustível (ou com suaspartículas finamente divididas). Assim, cresce a taxa de conversão dosreagentes em produtos da reação.

b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações.

As reações de combustão ocorrem em fase gasosa, e são reações de equilíbrioquímico (reversíveis).

Razões do uso de excesso de comburente em

processos de combustão



Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente

•

Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade deexcesso deve ser limitada ao valor que propicie ganho do calor.

• O que nota é que a partir de uma certa quantidade, o aumento do excessoapresenta como resultado uma diminuição na temperatura da câmara decombustão. Isto ocorre porque o comburente alimentado em excesso exageradoalém de não contribuir para o aumento da energia gerada, rouba calor dosistema, aquecendo-se.• Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de uma fontequente para uma fria, é a diferença de temperatura.

• Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperaturada fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor (aquecer), emboratenha-se geração de calor no processo.

• A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo decombustível, da construção da instalação e das condições de operação.





• Levando-se em conta somente o estado físico do combustível, o excessorecomendado varia conforme segue:

• combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso;

• combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso;

• combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso.





Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente

• O controle tem como objetivo, verificar se uma combustão está sendoefetuada com a porcentagem correta de ar em excesso, de acordo com ocombustível queimado e demais condições do processo.

• Os fumos são analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagensvolumétricas de CO2, O2, CO e N2 em base seca (isenta do vapor de água).

•

O excesso adequado de ar e fatores como o tipo de queimador, a atomizaçãodo combustível e o efetivo controle do processo, contribuem para o aumento daeficiência na geração de calor.

• Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça geralmenteapresenta coloração negra e contém fuligem, em conseqüência da queimaincompleta do carbono.

• Quando o excesso de ar é adequado a coloração oscila entre cinza e marrom

claro, na maior parte das vezes.• Quando a quantidade de ar é excessiva, a fumaça apresenta normalmentecoloração branca.





Conceitos e Definições sobre o comburente.Oxigênio Teórico: é a quantidade estequiométrica de oxigênio necessária

para oxidar totalmente todas as frações do combustível.

• Quando se calcula o oxigênio teórico, deve-se impor queima completa(oxidação total) da quantidade total de todas as frações do combustível,mesmo que se disponha de informações sobre ocorrência de oxidação parcial,

ou perda de combustível no processo de combustão.• Se o combustível contém oxigênio na sua constituição, deve-se subtrair daquantidade estequiometricamente calculada, a parcela existente nocombustível.

• De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio da relaçãoa seguir, a qual é válida tanto para quantidades de matéria como paravolumes:

O2 teórico = O2 para a combustão completa - O2 do combustível





• Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão considera-se aseguinte seqüência de reações:

C + 1 O2 CO2 H2 + ! O2 H2OS + 1 O2 SO2

• Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não havendo aquantidade necessária para oxidar totalmente o carbono e o hidrogênio),considera-se que o oxigênio disponível queimará todo o hidrogênio e oxidarátodo o carbono a CO.

• Uma parte do CO formada será oxidada a CO2 pelo oxigênio restante.

• Nesses casos, há perda de calor latente nos fumos, pois perde-se

combustível sem queimar, o que não é interessante na prática.





Ar Teórico: é a quantidade de ar que contém a quantidade de oxigênio teórico.

Oxigênio em Excesso: é a quantidade adicional de comburente além da teórica,aplicada para garantir a combustão completa.





Ar em Excesso: é a quantidade de ar que contém o oxigênio em excesso.

Oxigênio real: é a quantidade total de oxigênio aplicada ao processo.

Ar real: é a quantidade de ar que contém o oxigênio real.





Gases residuais ou Fumos



Gases Residuais ou fumos:

• As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicosconstituintes combustíveis com o oxigênio constituem os fumos da combustão,sendo estes, o veículo transporte da maior parte do calor gerado na combustão;

• CO2, SO2, CO, O2, N2 e vapor de água são os componentes normalmentepresentes nos fumos;

• A composição dos fumos pode ser apresentada em porcentagens em massa, em

mols em volumes dos componentes.• Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se despreza ovapor água presente na mistura), ou em base úmida (quando o vapor de águapresente r fumos é considerado um dos seus componentes).

• A fumaça normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos fumos comneblinas e poeiras. As neblinas são constituídas por partículas de líquidos emsuspensão (água hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dos

gases).• As poeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas oupartículas sólida do combustível arrastada pelos gases).

Gases residuais ou Fumos



Cinzas



• É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As cinzas de um

carvão podaram ser intrínsecas ou acidentais.•

As intrínsecas são constituídas pela matéria mineral que estava presente nomaterial, vegetal que deu origem ao carvão.

• As acidentais são constituídas por argila, ou outra matéria inorgânica,depositada juntamente com o carvão.

• Não existe uma composição padrão para as cinzas de um carvão, pois a

composição varia de local para local de onde o carvão é extraído.• A matéria mineral é normalmente constituída por piritas de ferro (FeS2),silicatos hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretosalcalinos e outros compostos inorgânicos.

• As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após a queima totaldo carvão. Sua massa é normalmente menor que a massa da matéria mineraloriginal. Isto se deve ao fato de que a matéria mineral original sofre

decomposição parcial durante o processo de combustão.• Carvões de boa qualidade apresentam teor de cinzas que varia de 7 a 12%em massa.

Cinzas



Análise Imediata de um Carvão Mineral





• Este método fixa o modo pelo qual deve ser feita adeterminação da composição imediata do carvão mineral, paraum melhor conhecimento do material que se considera.

• A análise imediata do carvão mineral abrange a determinação

das seguintes características:• Umidade•

Matéria Volátil• Cinza•

Carbono Fixo•

Enxofre

Objetivo:




Existem duas frações de umidade no carvão:

• Umidade livre ou superficial: pode ser proviniente de processo delavagem ou de exposição a chuva. Essa umidade pode ser retiradapor simples exposição ao ar.

•

Umidade de equilíbrio, intríncica ou inerente: uma quantidadeadicional de água que desprende-se do “carvão seco ao ar”quandoaquecido.

determinação de umidade de equilíbrio

• Obter a massa, com aproximação de 1 mg, de 1 a 2 g do carvão

passado por pela peneira 60 * num cadinho sem tampa. Colocar naestufa a 105°C durante hora e meia. Retirar da estufa, colocarnum dessecador e deixar esfriar até a temperatura ambiente.

Umidade: (U)




cálculo de umidade de equilíbrio

•

Chamando-se de:m1 – massa de cadinho + massa de carvão antes da retirada deumidade na estufa.

m2 – massa de cadinho + massa de carvão depois de retirada aumidade.m – massa de carvão (amostra)


Umidade: (U)

100

m

2m

1m

%U !

"

=



determinação da matéria volátil• A porcentagem de matérias volátil é determinada a partir do carvão

previamente seco pelo método da umidade.• O aquecimento deve ser feito em uma mulfla à 950°C sob os

seguintes passos:!

Com a porta da mufla aberta, por os cadinhos, por dois minutosna externa da mufla sobre a porta (temperaturaaproximadamente 300°C);

!

Por três minutos, colocar os cadinhos na beira da abertura damufla ainda com a porta aberta (temperatura aproximadamente500°C);

!

Finalmente, colocar as amostras no fundo da mulfla por seis

minutos, com a porta fechada.!

Esfriar as amostras no dissecador por 20 min e pesar, e atravésda fórmula determinar o teor de voláteis.

• Dá-se por encerrada a determinação da matéria volátil quando achama amarela torna a ficar azul novamente.

Matéria volátil (MV)





Matéria volátil (MV)

cálculo da porcentagem de matéria volátil (MVT).

m1 – massa de cadinho + massa de carvão contendo umidade de equilíbrio.m2 – massa de cadinho + massa de resíduo após queima da matéria volátil.m – massa de carvão (amostra)Essa matéria volátil que inclui a umidade é chamada de Matéria Volátil

Total.

Para obter o valor da % Matéria Volátil propriamente dita (MVpd)subtrai-se da MVT a % de umidade que foi calculada anteriormente.

100m

2m

1m

%U !

"

=

% MVT



Cinza (Z)

determinação da cinza

• A porcentagem de cinzas é determinada a partir do carvãopreviamente calcinada pelo método dos voláteis;

• O teor de cinzas é determinado pela combustão do resíduo à 750° C,por seis horas na mufla.

• Terminada a incineração, retirar o material da mufla, e colocar numdessecador por 20 min.

• Após resfriado medir a massa com a mesma aproximação inicial,calcular o teor de cinzas pela seguinte expressão:


The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the imageand then insert it again.



Corbono fixo

determinação do carbono fixo• A determinação do carbono fixo é feita por diferença. Calculadas asporcentagens de umidade, de matéria volátil (propriamente dita) e decinza, a diferença entre 100 e a soma dessas três porcentagens daráa porcentagem do carbono fixo.

cálculo da porcentagem de carbono fixo

cálculo da porcentagem de carbono fixo considerando o enxofre• No cálculo para obtenção do carbono fixo, quando o enxofre figurar

com mais de 2% deve-se somar ao valor achado para a cinza o númerodado pelo produto da porcentagem do enxofre pelo fator 0,625.

• Se o carvão contiver mais que 2% de enxofre normalmente

proveniente de pirita de ferro FeS2 (que se transforma pelacalcinação em Fe2O3) deve-se dar:

Portanto, a %CF neste caso será:


The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x stillappears, you may have to delete the image and then insert it again.

The image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears,you may have to delete the image and then insert it again.



Enxofre

A determinação do enxofre pode ser feita por um dos dois processosseguintes:a) Pelo processo clássico de Eschka, mede-se a massa com

aproximação de 1 mg, de 0,5 a 2,0 g de carvão e adiciona-se o triploas massa de mistura de Eschka;

b) Pelo processo da bomba calorimétrica, que pode ser usado qualquerteor de enxofre e indicado quando o teor presumível é superior a8%:

b1) medir a massa de 0,5 a 2,0 g de carvão;b2) colocar na bomba, com alguns centímetros cúbicos de água destilada;b3) queimar em oxigênio a 30 atmosferas;b4) depois da combustão, manter a bomba fechada durante cerca de 20 minutos;

em seguida, deixar escapar os gases, abrir, lavar cuidadosamente com água o

interior da bomba, devendo-se ter cuidado de lavar o anel de chumbo comalguns centímetros cúbicos de solução quente de carbonato de sódio a 10%.b5) reunir as águas da lavagem e adicionar cerca de 20 cm3 de ácido clorídrico;b6) ferver e filtrar;b7) juntar cloreto de bário necessário a precipitação dos sulfatos;b8) dosar, como habitualmente, o enxofre sob essa forma.


Á



EXEMPLOS DE CÁLCULO

3.f) A Análise Imediata de um carvão mineral, foi realizada em laboratório

utilizando-se uma única amostra do carvão. As massas obtidas foram as seguintes:

Cadinho com a amostra inicial 35,937 g

Cadinho com a amostra após 1,5h em estufa a105°C 35,801 g

Cadinho com o resíduo após queima da matéria volátil 35,563 g

Cadinho com o resíduo após queima total em mufla a 950°C 34,934 g

Cadinho

utilizado

na experiência 34,850 g

a)

dar os resultados da análise na base úmida;b) dar os resultados da análise na base seca;

c)

dar os resultados da análise na base seca e sem cinza.

Inicialmente devemos descontar das massas dadas, a massa do cadinho usado na

experiência. Assim, as massas passam a ser:

Amostra incial 1,087 g

Amostra após 1,5h em estufa a105°C 0,951 g

Resíduo após queima da matéria volátil 0,713 g

Resíduo após queima total em mufla a 950°C 0,084 g



Coqueificação

•

A necessidade de se ter um combustível sólido de alta resistênciamecânica e ao mesmo tempo poroso conduziu ao coque;• O coque é produzido a partir de carvão mineral;• Quando aquecido a altas temperaturas, na ausência de oxigênio, o

material orgânico complexo que compõe o carvão se transforma,formando gases, compostos orgânicos de baixo peso molecular e um

resíduo carbonáceo, chamado coque. O processo é conhecido comocarbonização ou destilação destrutiva;• Nem todo tipo de carvão pode ser utilizado para fabricação do

coque. O carvão coqueificável é aquele que primeiro amolece eentão se solidifica em um material resistente quando aquecidoacima de sua temperatura de decomposição;

• Um carvão não-coqueificável se transforma em pó quandocarbonizado desta forma;

•

Carvões coqueificáveis e que contém não mais de 1,25% S e 8% decinza são conhecidos como carvões coqueificáveis grau metalúrgico.O coque produzido poderá ser utilizado em alto-forno.

Poder de Coqueificação de Carvões



Coqueificação

teste do “número de inchamento”•

Nestas circunstâncias todos os carvões, exceto aqueles que nãoapresentam o poder de coqueificação, amolecem produzindo umresíduo de coque que comparado com a massa original apresenta uminchamento ou expansão em maior ou menor escala.

•

Existem vários tipos de carvões e estes apresentam variações nas

suas características de coqueificação, sendo que alguns carvões seexpandem não se modificando e outros se contraem.

• Quando um carvão tem alto teor de matéria volátil, tem-se comoresultado, os aquecimentos de uma massa plástica relativamente fluidada qual os gases liberam-se rapidamente. O carvão não se expande,isto é tem um baixo inchamento podendo até ter contração de volume.

•

Quando um carvão tem baixo teor de matéria volátil, a massa plásticaé mais viscosa sendo que a retenção de gases é maior, não escapam,proporcionando ao se expandirem um aumento de volume, cominchamento grande.




Coqueificação

modo de operação•

1. Medir a massa de cerca de 1 grama de carvão seco ao ar, moído epeneirado em malha 60, em um cadinho de porcelana com tampa.

•

2. Aquecer o cadinho tampado por meio da chama volumosa de um bicode gás tipo Mecker, durante 2 1⁄2minutos, ao até que não sedesprenda mais material volátil (término de chama amarela).

•

3. Resfriar em dessecador até a temperatura ambiente.•

4. Retirar o “botão de coque” de dentro do cadinho.• 5. Comparar o perfil do botão de coque com a serie de perfis padrões.

Os perfis padrões apresentam números de 1 (não inchado) até 9(inchado até preencher todo cadinho).

•

Os números padrões que correspondem a cada tamanho de coque

obtido são: 1, 11⁄2, 2, 21⁄2, 3, 3 1⁄2, 4, 4 1⁄2, 5, 5 1⁄2, 6, 61⁄2, 7, 71⁄2, 8, 81⁄2e 9.

•

Os números de inchamento podem ser usados para indicar, de modogeral, os fins industriais para os quais o carvão é adequado ouinadequado.




Coqueificação


TABELA DE PERFIS Teste do número de inchamento



•

O poder calorífico de um combústivel fornece o rendimentoenergético do mesmo,ou seja, a quantidade de calor que será obtida naqueima completa da unidade de massa (ou volume) do combústivel.

Cálculo do poder calor’fico a partir da análise do carvão Cálculo pela fórmula de Gouthal

PCS = 82 (CF) + A (MV)

CF: porcentagem de carbono fixoMV: porcentagem de matéria volatilA: é determinada na tabela e depende da procentagem de matéria volátilpropriamente dita calculada na base seca e sem cinza (MV”).

Poder de Calorífico de Carvões



Cálculo do poder calorífico a partir da análise do carvão Cálculo pelas fórmulas de Dulong

Premite calcular, de forma estimada, o Poder Calorífico Superior (PCS) e

o Poder Calorífico Inferior (PCI) de carvão mineral, conhecendo-se acomposição procentual em massa dos mesmos. O que os diferenciarefere-se ao estado físico em que se encontram nos gases da combustão(fumos), a H2O formada na queima.• PCS: obtido quando os fumos da combustão são resfriados até a

temperatura ambiente, ocorrendo a condensação de vapor de H20, que

é inclusa na quantidade de calor medida.•

PCI: tudo se passa como se a medida de quantidade de calor fossefeita, deixando a H2O presente nos fumos sair do sistema na forma devapor, esse nao incluso na quantidade de caor medida.

PCS = 81,4 (C) + 345 (H – 0/8) + 25 (S)PCI = 81,4 (C) + 290 (H – 0/8) + 25 (S) – 6 (H2O)

Onde C, H, O, S são as prcenagem de massa dos respecitivos componetesdo carvão. O termo água é soma da porcentagens em massa de águacombinada e umidade existente no combustível.



Cálculo do poder calorífico a partir da análise do carvão Fórmulas de Dulong com coeficiente desenvolvidos

Os valores do PCS e do PCI são obtidos em kcal/kg.

PCS = 8.070 (C) + 34.550 (H – 0/8) + 2.248 (S)PCI = 8.070 (C) + 29.000 (H – 0/8) + 2.248 (S) – 600 (H2O)

Onde C, H, O, S são as prcenagem de massa (%P/100) dos respecitivoscomponetes do carvão. O termo água é soma da porcentagens em massade água combinada e umidade existente no combustível.Note que na fórmula de Dulong para cálculo do PCI, os termos 6 (H2O) e600 (H2O)são negativos, deve-se ao fato de os mesmos reprentarem aquantidade de calor perdida para evaporar a água do combústivel.

(umidade mais água combinada)





3.h) Um carvão mineral apresentou a seguinte composição em 1000 gramas:

Carbono = 578 g

Hidrogênio = 86 g

Oxigênio = 56 g

Enxofre = 48 g

H2O combinada = 63 g

Umidade = 76 g

Cinza = 93 g

a) Pelas fórmulas da porcentagem em massa

PCS = 81,4 (C) + 345 (H – 0/8) + 25 (S)

PCI = 81,4 (C) + 290 (H – 0/8) + 25 (S) – 6 (H2O)

b)

Pelas fórmulas com coeficientes desenvolvidos

PCS = 8.070 (C) + 34.550 (H – 0/8) + 2.248 (S)

PCI = 8.070 (C) + 29.000 (H – 0/8) + 2.248 (S) – 600 (H2O)

Documents

AULA 1 Combustivel e Combustao