cap. 2 - COMBUSTÍVEIS

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    cap. 2 - COMBUSTVEIS

    Combustveis para utilizao em energia e aquecimento industrial apresentam caractersticas importantes tais como baixo custo por contedo energtico, disponibilidade, facilidade de transporte e armazenamento, possibilidade de utilizao dentro de tecnologias disponveis, baixo custo operacional e de investimento, etc. Durante muitos anos, os derivados de petrleo preencheram a maioria destas caractersticas e se tornaram o tipo mais utilizado de combustvel industrial. Nas dcadas recentes, outros tipos de combustveis tem sido utilizados e pesquisados, principalmente aqueles que produzem menor impacto ambiental que os combustveis fsseis. Do ponto de vista de origem, os combustveis podem ser classificados como: fsseis (no renovveis) e vegetais (renovveis), representados pela tabela abaixo.

    Origem Combustvel Bsico Derivado

    FSSEIS

    Petrleo GLP

    Gasolina

    leo Diesel

    leo Combustvel

    leos Residuais

    Gs Natural

    Xisto Betuminoso

    Carves Minerais

    Gases manufaturados

    Cana-de-aucar Bagao de cana

    Alcool Etlico

    VEGETAIS

    Lenha Carvo Vegetal

    Gases manufaturados

    Metanol

    Resduos Vegetais Biogs

    Quanto a utilizao de combustveis conveniente classific-los e estud-los quanto a sua forma fsica: slidos, lquidos ou gases.

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    Composio dos combustveis: Os combustveis industrias apresentam em sua composio alguns dos seguintes elementos ou compostos: Carbono C Hidrognio H Oxignio O Enxfre S Nitrognio N gua H2O Cinzas (Z) Carbono e hidrognio so os elementos que mais contribuem para o poder calorfico dos combustveis e oxignio geralmente presente em combustveis vegetais, sendo que sua presena diminui o poder calorfico do combustveis, bem como as exigncias tericas de ar de combusto. Embora o enxfre seja tambm combustvel, este traz consequncias prejudiciais ao meio ambiente e aos equipamentos: - seu poder calorfico menor que o carbono e hidrognio - Os produtos de combusto, SO2 e SO3, em presena de umidade formam cido sulfrico, que ir atacar as partes mais frias da instalao. H2SO4 o principal causador de "chuva cida", com consequncias desastrosas ao meio ambiente. - se a atmosfera da combusto for redutora, pode haver formao de H2S, ou outros compostos, que so perigosos e produzem mal cheiro. O enxfre nos combustveis lquidos enconrado na forma de mercaptanas (um radical R-S-H) ou tambm na forma de dissulfetos( radicais R-S-R). Nitrognio responsvel pela formao de diversos xidos: N2O, NO e NO2, que so compostos de alta irritabilidade para as mucosas alm de reagirem com o ozona da atmosfera (O3). Outros elementos ocorrem eventualmente nos combustveis em concentraes muito pequenas, porm de efeitos no menos importantes. Os metais so mais frequentes: Nquel, Vandio, Clcio, Sdio, Potssio e Mangans. O vandio forma um xido: V2O5, que catalizador da reao de formao de cido sulfrico, agravando as consequencias de corroso com combustveis que contenham enxofre. Sdio e potssio (metais alcalinos) contribuem para a corroso a baixa temperatura formando compostos de baixo ponto de fuso, pdendo inclusive atacar materias refratrios. A gua normalmente encontrada em todos os combustveis, principalmente nos combustveis slidos, na forma de umidade, e traz duas consequncias: - diminui o poder calorfico, - aumenta a temperatura do ponto de orvalho do cido sulfrico, aumentando os problemas de corroso.

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    2.1 - COMBUSTVEIS LQUIDOS Os combustveis lquidos so amplamente utilizados na indstria pelas facilidades de armazenamento, operao e transporte, e os derivados de petrleo praticamente esto presentes na maioria das aplicaes. A caracterizao dos combustveis lquidos compreende a medio de algumas propriedades aplicveis a estes, as quais sero definidas a seguir. O poder calorfico de combustvel, como definido no captulo anterior aplicvel a todos os tipos de combustveis. Propriedades de combustveis lquidos Ponto de fulgor: a temperatura do combustvel na qual, sob a ao de uma chama escorvadora sobre a superfcie lquida do mesmo, provoca uma ignio e combusto transitria. Importante propriedada para a segurana de armazenamento. Ponto de ignio: temperatura do combustvel na qual a chama escorvadora provoca uma combusto continuada sobre a superfcie do mesmo. Temperatura de auto-ignio: temperatura mnima de uma mistura ar/combustvel na qual a combusto iniciada e se mantm, sem a presena de uma chama escorvadora. Ponto de fluidez: temperatura mnima necessria para que o combustvel se torne um fluido. Viscosidade: importante propriedade que vai determinar as temperaturas de armazenamento, bombeamento ecnomico e pulverizao (atomizao) para combusto. Outras propriedades de combustveis lquidos so aplicveis apenas a combustveis automotivos (gasolina, leo diesel), tais como a octanagem, o perodo de induo e a cetanagem, e no sero tratadas neste texto. Todas as propriedades tem normas e mtodos de medio e algumas podem variar em resultado conforme o mtodo utilizado. Derivados de Petrleo O petrleo uma mistura de hidrocarbonetos que apresenta composio varivel e dependente de fatores geolgicos tais como localizao da jazida, idade, profundidade, etc. Os principais elementos que constituem o petrleo so apresentados no quadro abaixo, com sua correspondente faixa de variao da composio:

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    Elemento % em massa

    Carbono 83 a 87

    Hidrognio 11 a 14

    Enxfre 0,05 a 8

    Nitrognio 0,1 a 1,7

    Oxignio ~0,5

    Metais(Fe, Ni, V, etc.) ~0,3 Os principais constituintes orgnicos do petrleo so : - Alcanos (ou parafinas), cadeias carbnicas retas, de frmula geral CnH2n+2 e seus ismeros. - Ciclanos (ou naftnicos), de frmula geral CnH2n , so compostos de anis saturados, tais como o ciclo pentano e ciclo-hexano. - Aromticos, os quais contm o anel benznico, e de baixo peso molecular. - Compostos sulfurados, presentes em todos os tipos de leo cru, mas em geral, quanto maior a densidade do petrleo, maior o teor de enxfre. - Compostos nitrogenados, presentes nas fraes mais pesadas, ocasionam problemas no processamento de petrleo por envenenamento de catalizadores de processo. - Compostos oxigenados, tambm se concentram nas fraes mais pesadas, e so responsveis pela acidez, escurecimento e o forte odor dos derivados de petreleo. - Compostos metlicos, so compostos organo-metlicos e tambm predominam nas fraes mais pesadas. - Impurezas inorgnicas, ficam em soluo ou suspenso na gua emulsionada ou no corpo do petrleo: sais minerais, argila, areia e bviamente a gua. Os derivados de petrleo so produtos do processamento do leo cru, bsicamente em dois tipos de processos: - destilao atmosfrica, onde grupos de fraes so separadas por diferena de ponto de ebulio (ou presso de vapor), numa coluna de destilao, - destilao vcuo do resduo, onde extrado no resduo de fundo da coluna atmosfrica mais fraes leves. O resduo de destilao vcuo utilizado para produo de asfalto ou complementao da produo de leo combustvel, - craqueamento trmico ou cataltico, onde possvel transformar fraes pesadas do leo em fraes mais leves, ajustando o perfil da produo com as necessidades de mercado consumidor. Um esquema bsico de refino apresentado na figura 1.

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    A qualidade e caracterstica do petrleo determina a faixa de extrao de cada componente principal, embora os processos adicionais como o craqueamento permitam uma pequena variao do ajuste. As principais fraes produzidas, em ordem crescente de densidade so as seguintes: - Gs residual - Gs Liquefeito de Petrleo - Nafta petroqumica - Gasolina - Querosene - leo Diesel - leo Combustvel - Lubrificantes - leos residuais - Asfaltos leo Combustvel O leo combustvel a frao mais importante para os sistemas de aquecimento industrial, devido a seu baixo preo. Apesar de no nicio da utilizao do petrleo, fraes mais leves tais como o diesel e o querosene terem sido utilizadas, atualmente, tais derivados so reservados a utilizaes com maior exigncia de qualidade de combustvel, como os motores de combusto interna (ciclos Diesel e turbinas de aviao). A tendncia atual adequar o perfil de refino a maior produo de diesel e consequentemente,o leo combustvel utilizado

    Figura 1. Esquema da destilao atmosfrica de petrleo.

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    pela indstria tem sua densidade e viscosidades aumentadas, alm do maior teor de enxofre. A especifio bsica para os leos combustveis so a viscosidade, o ponto de fluidez e o teor de enxfre. A viscosidade determinada em aparelhos que se baseiam no tempo de escoamento de um dado volume de leo a uma temperatura constante. Os tipos de viscosmetros mais utilizados so: - Saybolt, com dois tipos: SSU Segundos Saybolt Universal e SSF, Segundos Saybolt Furol - Engler - Redwood A converso em viscosidade cinemtica, dada em centipoises est apresentada na tabela 1. As temperaturas utilizadas so as seguintes:

    20 C

    (68 F)

    37,8 C

    (100 F)

    50 C

    (122 F)

    98,9 C

    (210 F)

    100 C

    (212 F)

    SSU X X

    SSF X X

    Engler X X

    Redwood X Os leos combustveis apresentam vrias faixas de viscosidades conforme sua classificao. Para se conhecer a viscosidade de um leo e