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COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃOCOMBUSTÃO
Em Fornos e Caldeiras
Frederico Maia Brandão
Combustíveis e
CombustãoINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO
Sempre com o objetivo de obter maior produção com menor esforço, aperfeiçoou os meios de subsistência e conforto.
O homem primitivo para retirar o seu sustento da natureza, utilizou no início, sua força muscular. Com o decorrer dos tempos, e para diminuir seu esforço, passou a substituir a força muscular pela utilização de animais.
Descobre-se a utilização da ENERGIA como proporcionadora de maior quantidade de trabalho em menor tempo e como substituto do esforço físico e animal.
Combustíveis e
CombustãoENERGIA ENERGIA Conceitos e fundamentosConceitos e fundamentosDas mais diversas maneiras, a energia está
presente em nosso dia a dia.
James Clerk Maxwell(1831-1879) propôs a definição: “ Energia é aquilo que permite uma mudança na configuração de um sistema, em oposição a uma força que resiste à esta mudança”
Aristoteles no século IV A.C. definiu energia como: “Uma realidade em movimento”
Termodinâmica no século XIX : “Energia é a medida da capacidade de efetuar trabalho”
Combustíveis e
CombustãoFORMAS DE ENERGIAFORMAS DE ENERGIA A energia inicialmente utilizada foi a
dos ventos,da água e do Sol. Posteriormente, utilizou-se a enérgia
térmica, elétrica e motriz. Recentemente , o homem passou a utilizar
a energia nuclear(atômica).
H
H
He + Energia
Núcleo de hidrogênio
Núcleo de hélio
U
Pu
+ Energia
Átomo de Urânio
NêutronE = mc2(Einstein)FUSÃO
FISSÃO
c=3x108m/s
Combustíveis e
CombustãoENERGIA TÉRMICAENERGIA TÉRMICADependendo das reações químicas e da
liberação de energia acumulada na forma de ligações entre átomos e moléculas, a energia química apresenta grande interesse por sua vasta aplicação. Um grande exemplo é a ENERGIA DOS COMBUSTÍVEIS, que é na realidade, energia química de ligação.
Sua aplicação típica associa-se aos processos de combustão nos motores, fornos e caldeiras, onde a energia química de materiais como gasolina, álcool, óleo combustível, lenha etc., é convertida em energia térmica, na forma de gases sob altas temperaturas.
Combustíveis e
Combustão
PROCESSOS DE CONVERSÃO PROCESSOS DE CONVERSÃO ENERGÉTICAENERGÉTICA
Independente dos sistemas considerados e as formas de energia envolvidas, todos os processos de conversão energética são regidos por duas leis físicas fundamentais.
ENERGIA
QUÍMICA
ENERGIA TÉRMICA RADIAÇÃO
ENERGIA
NUCLEAR
ENERGIA TÉRMICA INTERNA
ENERGIA
MECÂNICA
ENERGIA
ELÉTRICA
Combustíveis e
Combustão
LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA
1a – LEI DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA- 1a LEI DA TERMODINÂMICA(1840 por Joule e Meyer)
“A energia não se cria nem se destrói”
Eentra = Esai + Esistema
Combustíveis e
Combustão
LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA
1a LEI DA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA
Sistema
energéticoPerdas
Eútil
Econsumida
(Aporte de energia)
Baseia-se nessa lei o conceito de desempenho ou eficiência energética de um sistema:
energ = Eútil = Econsumida – Perdas = 1 - Perdas
Econsumida Econsumida Econsumida
Combustíveis e
Combustão
LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA LEIS FÍSICAS DA CIÊNCIA ENERGÉTICAENERGÉTICA2a LEI DA DISSIPAÇÃO DA ENERGIA - 2a
LEI DA TERMODINÂMICAEm todos os processos de conversão energética,
sempre deve existir uma parcela de energia térmica como produto, ou seja existem inevitáveis perdas térmicas nos processos energéticos.
Além das perdas decorrentes das limitações tecnológicas e econômicas dos sistemas reais, tais como isolamentos térmicos imperfeitos, atrito, perdas de carga e inércias, entre outras.
Ciclos térmicos de potência: rever = 1 – T2/ T1
Combustíveis e
CombustãoRECURSOS ENERGÉTICOSRECURSOS ENERGÉTICOSDenominam-se recursos energéticos as reservas ou
fluxos de energia disponíveis na Natureza e que podem ser usados para atender às necessidades humanas.
Recursos fósseis
Gás natural
Xisto betuminoso
Carvão mineral Turfa
Petróleo
Urânio e Tório(Energia atômica)
Energias finitas
Combustíveis e
CombustãoRECURSOS ENERGÉTICOSRECURSOS ENERGÉTICOS
Recursos Renováveis
Energia solar
Energia hidraulica(rios)
Energia eólica(ventos)
Energia das ondas do mar
Energia de biomassa(lenha,cana)
Energia geotérmica
A utilização inadequada de potenciais energéticos renováveis pode determinar a sua exaustão
Taxa de renovação sustentável para florestas tropicais é da ordem de 15 tep/hec/ano
Combustíveis e
CombustãoENERGIA E MEIO AMBIENTEENERGIA E MEIO AMBIENTE
Com o homem e a sua atividade industrial apareceu a poluição ambiental. A rápida industrialização e urbanização dos países em desenvolvimento têm levado a um aumento severo da poluição das águas, altos níveis de concentração de poluentes no ar, aumento da quantidade de resíduos sólidos urbanos e ainda a devastação de reservas florestais e esgotamento das possibilidades de renovação dos insumos básicos para o homem.
DEGRADAÇÃO
DO MEIO
AMBENTE
Combustíveis e
CombustãoENERGIA E MEIO AMBIENTEENERGIA E MEIO AMBIENTE
POLUIÇÃO “È a degradação do ambiente, mudanças do ar, águas ou solo ue afetam a saúde e a sobrevivência ou as atividades do homem e outros organismos vivos”
A produção de energia tem grande influencia sobre o meio ambiente
Desmatamento pelo alto consumo de lenha
Emissão de poluente, produtos da combustão de combustíveis fósseis(CO2, NO2, SOx , Nox, Cx Hx, particulados, etc.).
1
2
Combustíveis e
Combustão
CONSUMO MUNDIAL DE CONSUMO MUNDIAL DE ENERGIA NO SÉCULO XXENERGIA NO SÉCULO XX
1900 1920 1940 1960 1980 2000
300
200
100
Con
sum
o A
nn
ual
Exa
Jou
les(
Exa
=10
18)
Combustíveis e
Combustão
CONSUMO E RESERVASCONSUMO E RESERVASDE ENERGIA NO MUNDODE ENERGIA NO MUNDO
Combustíveis e
Combustão
CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES DE ENERGIA NO MUNDODE ENERGIA NO MUNDO
Combustíveis e
Combustão
CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES CONTRIBUIÇÃO DAS FONTES DE ENERGIA NO BRASILDE ENERGIA NO BRASIL
Combustíveis e
Combustão
RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS BRASILEIRASBRASILEIRAS
PE
TR
ÓL
EO
TU
RF
A
EN
ER
GIA
HID
RA
UL
ICA
GÁ
S N
AT
UR
AL
ÓL
EO
DE
XIS
TO
EN
ER
GIA
NU
CL
EA
R
GÁ
S D
E X
IST
O
CA
RV
ÃO
MIN
ER
AL
RE
SER
VA
S E
M M
ILH
ÕE
S D
E t
ep
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1 tep libera 41868 MJ(106 J) = 10.000Mcal
Combustíveis e
Combustão
RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS MUNDIAISMUNDIAIS
Tipo de combustível Reservas Duração em anos com consumo atual
Petróleo
Gás natural
Carvão mineral
1053,1 (109 Barris)
146,4 (1012m3)
1039,2(109 tons)
39,0
236,0
63,7
O carvão mineral será o combustível mais utilizado nos próximos 200 anos. Porém é entre os combustíveis fósseis o mais poluente.
Combustíveis e
Combustão
Distribuição da geração de energia no mundo, segundo a tecnologia empregada
65%
22%
12% 1%
TERMELÉTRICAS HIDRELÉTRICAS NUCLEAR OUTRAS
RESERVAS ENERGÉTICAS RESERVAS ENERGÉTICAS MUNDIAISMUNDIAIS
Combustíveis e
Combustão
CO2
CO2
CO2
CO2
SOx
NOx
NOx NOx
NOx
SOx SOx
SOx
SOx
NOx
CO2
Particulados
EMISSÃO DE POLUENTES PARA ATMOSFERA
CHUVA ÁCIDA
EFEITO ESTUFA
POLUIÇÃO DO AR
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
COMBUSTÍVELFONTE
DE ENERGIA CALORÍFICA
SUBSTÂNCIA
A
+ SUBSTÂNCIA
B
= CALOR
REAÇÃO QUÍMCA EXOTÉRMICA POIS LIBERA CALOR
COMBUSTÍVEL + OXIGÊNIO = LUZCALOR +
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÍVEIS INDUSTRIAISCOMBUSTÍVEIS INDUSTRIAISCONDIÇÕES :
DISPONIBILIDADE – EXISTA EM GRANDES UANTIDADES E
FACIILIDADE DE OBTENÇÃOBAIXO CUSTO – PREÇO ACESSÍVEL NO LOCAL DE
CONSUMO E BAIXO CUSTO DE OPERAÇÃO
APLICABILIDADE – SE OBTENHA COMBUSTÃO COM OS
RECURSOS EXISTENTES E FACILIDADE DE USO
MANUSEABILIDADE – SEGURANÇA NO ARMAZENAMENTO
E TRANSPORTE
RENDIMENTO – PODER CALORÍFCO NÃO MUITO BAIXO
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
GASOSOSGASOSOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
GÁS NATURAL
GÁS DE ÁGUA(UTILIZANDO CARVÃO)
GÁS DE GASOGÊNIO
GÁS DE COQUERIA(SIDERURGICAS)
GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO(GLP)
HIDROGÊNIO
GÁS DE ALTO FORNO(SIDERURGICAS)
A maioria dos combustíveis mostrados A maioria dos combustíveis mostrados acima é usada para a queima em fornos acima é usada para a queima em fornos e caldeirase caldeiras
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
LENHALENHA
Combustíveis e
Combustão
É O COMBUSTÍVEL MAIS ANTIGO E AINDA EM USO
ELEMENTOS %
Carbono 50,0
Hidrogênio 6,0
Oxigênio 43,0
Nitrogênio 0,5
Cinzas 0,5
Poder calorífico de lenha seca com 20% de umidade:
PCS - 2.500 a 3.500 kcal/kg
LENHALENHA
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
CAVACOS E CAVACOS E SERRAGENSSERRAGENS
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
CARVÃO CARVÃO VEGETALVEGETAL
Combustíveis e
CombustãoCARVÃO VEGETALCARVÃO VEGETALELEMENTOS %
Carbono 78,0
Hidrogênio 7,0
Material volátil 12,0
Cinzas 3,0
Poder calorífico do carvão vegetal:
PCS – 7.200 a 7.500 kcal/kg
1m3 1m3 1m32m3
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
HULHAHULHA
Combustíveis e
CombustãoHULHA(CARVÃO DE PEDRA)HULHA(CARVÃO DE PEDRA)
ELEMENTOS % %
Carbono 79,8 47,9
Hidrogênio 5,08
Oxigênio 4,25
Nitrogênio 1,88
Enxofre 1,20 1,2
Cinzas 7,8 12,6
Umidade 3,0 3,0
Poder calorífico do carvão de pedra :
PCS – 7.000 a 7.500 kcal/kg(importado) 5.000 a 7.000 kcal/kg(nacional)
importado nacional
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
PETRÓLEOPETRÓLEO
Combustíveis e
CombustãoPETRÓLEOPETRÓLEOOriginou-se de restos de plantas e animais marinhos que se acumularam no fundo de antigos mares e foram soterrados sofrendo um processo de decomposição por pressao formando o petróleo.
COMBUSTÍVEIS DERIVADOS
Obtidos da destilação fracionada do petróleo
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
COQUE DE COQUE DE PETRÓLEOPETRÓLEO
Combustíveis e
CombustãoCOQUE DE PETRÓLEOCOQUE DE PETRÓLEO
ELEMENTOS %
Carbono fixo 82,0
Enxofre 7,0
Cinzas 10,0
Umidade 1,0
Poder calorífico do coque :
PCS – 6.000 a 7.500 kcal/kg(importado)
importado
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
SÓLIDOSSÓLIDOS
ARTIFICIAIS
NATURAIS
MADEIRA
SERRAGEM
CAVACO
LENHA
TURFA
HULHA
LINHITO
ANTRACITO
CARVÃO VEGETAL
COQUE DE CARVÃO
COQUE DE PETRÓLEO
BRIQUETES
LÍQUIDOSLÍQUIDOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
PETRÓLEO
ÓLEO DE XISTO
ALCOOL
ALCATRÃO
DERIVADOS DO PETRÓLEO
COMBUSTÍVEIS COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS LÍQUIDOS
ARTIFICIAISARTIFICIAIS
GASOLINAGASOLINAQUEROSENEQUEROSENEÓLEO DIESELÓLEO DIESELÓLEO ÓLEO COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVEL
Combustíveis e
CombustãoÓLEO COMBUSTÍVELÓLEO COMBUSTÍVEL
ELEMENTOS %
Carbono 87,0
Hidrogênio 3,0
Oxigênio 4,25
Enxofre 5,0
Cinzas 0,15
Umidade 0,5
Poder calorífico do óleo combustível :
PCS – 8.000 a 9.500 kcal/kg
importado
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
GASOSOSGASOSOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
GÁS NATURAL
GÁS DE ÁGUA(UTILIZANDO CARVÃO)
GÁS DE GASOGÊNIO
GÁS DE COQUERIA(SIDERURGICAS)
GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO(GLP)
HIDROGÊNIO
GÁS DE ALTO FORNO(SIDERURGICAS)
GÁS NATURALGÁS NATURAL
Combustíveis e
CombustãoGÁS NATURALGÁS NATURALCOMPOSIÇÃO DO GÁS NATURAL
COMPONENTES VOLUME MASSA VOLUME MASSA
Metano(CH4) 78,94 61,07 89,76 81,67
Etano(C2H6) 11,2 16,25 8,06 13,75
Propano(C3H8) 5,6 11,91 0,49 1,23
Butano(C4H10) 2,2 6,17 0,11 0,36
Pentano(C5H12) 0,59 2,05 0,01 0,04
Hexano(C6H14) 0,07 0,29 0 0
CO20,5 1,06 0,5 1,25
N20,89 1,2 1,07 1,7
úmido seco
Combustíveis e
Combustão
CLASSIFICAÇÃO DOS CLASSIFICAÇÃO DOS COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS
GASOSOSGASOSOS
NATURAIS
ARTIFICIAIS
GÁS NATURAL
GÁS DE ÁGUA(UTILIZANDO CARVÃO)
GÁS DE GASOGÊNIO
GÁS DE COQUERIA(SIDERURGICAS)
GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEO(GLP)
HIDROGÊNIO
GÁS DE ALTO FORNO(SIDERURGICAS)
GLPGLP
Combustíveis e
CombustãoGLP - GLP - GÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEOGÁS LIQUEFEITO DE PETRÓLEOCOMPOSIÇÃO DO GLP
COMPONENTES VOLUME
Etano(C2H6) 0,03
Propeno(C3H6) 30,47
Propano(C3H8) 14,34
Buteno(C4H8) 31,76
Butano(C4H10) 23,33
Pentano(C5H12) 0,59
Hexano(C6H14) 0,07
Combustíveis e
CombustãoDENSIDADE RELATIVADENSIDADE RELATIVADensidade absoluta ou massa específica = massa/volume = kg/cm3
Densidade absoluta do ar atmosférico = 1,293 kg/cm3
Densidade relativa de um gás é: A relação de massa deste gás e a massa de igual volume de ar atmosférico nas mesmas condições de temperatura e pressão.
TIPOS Densidade absoluta(kg/m3)
Densidade relativa
Gás natural 0,775 0,600
Gás de nafta 0,740 0,576
Gás de carvão 0,725 0,560
G.L.P. 2,290 1,770
Combustíveis e
CombustãoPODER CALORÍFICOPODER CALORÍFICO
CALOR de 8000 kcal
1g de água a 14,5 OC
Eleva de 1OC 1g de água1 caloria
1g de água a 15,5 OC
1000 caloriasEleva de 1OC 1kg de água
1kg de água a 15,5 OC
1kg de água a 14,5 OC
Um combustível com 8000 kcal/kg de poder calorífico
Eleva de 1OC 8.000 kg de água
Eleva de 10OC
Eleva de 100OC
800 kg de água
80 kg de água
Combustíveis e
Combustão
COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEISÀ primeira vista, a comparação de combustíveis pelo seu poder calorífico seria uma forma real
Poder calorífico do óleo = 10.300 kcal/kgPoder calorífico da lenha = 2.500 kcal/kg
1 tonelada de óleo corresponde a 10.300/2.500 = 4,12 toneladas de lenha
Considerando 1tonelada de lenha = 2,5 m3
1 tonelada de óleo corresponde a 10,3 m3 de lenha Quando se faz comparações entre combustíveis deve-se levar em consideração vários fatores, que pesam na avaliação. Nem todos os combustíveis dão o mesmo rendimento quando queimam
Lenha 50% 40%
Carvão de pedra 60% 50%
Óleo combustível
70% 60%
Gás combustível 60% 50%
Caldeiras Fornos
Combustíveis e
Combustão
COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEISA razão de melhor eficiência em caldeiras do que em fornos resulta mais das condições de queima num e noutro equipamento.Numa comparação de combustíveis deve ser levado em consideração este fator, e efetuando-se testes nos equipamentos.No caso da lenha considerando-se um eficiência de 50%, somente 1.250 kcal das 2.500 kcal serão aproveitadas.Os combustíveis sólidos quando queimam, perdem eficiência. Geralmente estes combustíveis queimam sobre grelhas ou em suspensão na fornalha. Resulta daí:
1. Há sempre excesso ou deficiência de ar, pois é praticamente impossível balancear a quantidade de combustível introduzida na fornalha, mesmo sob a forma de pó, com a quantidade de ar estritamente necessária para a combustão
2. O excesso de ar é quase necessário para que o combustível seja todo queimado , não é fora do normal um excesso de ar de 100%
3. No caso de uso de grelhas, parte do combustível se escapa para o cinzeiro, onde acaba a combustão. Peneirando-se as cinzas de um cinzeiro pode-se avaliar a quantidade de combustível perdido.
Combustíveis e
Combustão
COMPARAÇÃO DE COMPARAÇÃO DE COMBUSTÍVEISCOMBUSTÍVEIS4. É comum, a alimentação manual dos combustíveis sólidos nas fornalhas e, neste caso, cada vez que se abrem as portas para alimentação, uma considerável quantidade de ar frio penetra na câmara de combustão e grande quantidade de calor é perdida por irradiação.5.Quantidades excessivas de combustível são introduzidas nas fornalhas, formando camadas que impedem a entrada de ar e produzindo combustão incompleta.
Assim quando se comparam combustíveis diferentes deve ser levado em consideração a eficiência de combustão
1 m3 de lenha = 400kg a 2.500 kcal/kg com 50% de eficiência
1 tonelada de óleo a 10.300 kcal/kg com 80% de eficiência
1 tonelada de óleo = 10.300x1000x80 = 16,5 m3 de lenha
2.500x400x50
Combustíveis e
CombustãoPODER CALORÍFICOPODER CALORÍFICO
Lenha (20% umidade) 2.500-3000
Serragem, serragens 2.500
Carvão de pedra(estrangeiro) 7.000-7500
Carvão de pedra(nacional) 5.000-7.000
Carvão vegetal(1a qualdade) 7.500
Coque 6.000
Antracito 8.500
Linhito(8% umidade) 4.500
Turfa 2.500
Casca de semente de algodão 2.800
Casca de semente de amendoin 3.200
COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVELPODER CALORÍFICO PODER CALORÍFICO SUPERIOR kcal/kgSUPERIOR kcal/kg
Combustíveis e
CombustãoPODER CALORÍFICOPODER CALORÍFICO
Torta de óleo de algodão 4.500
Torta de óleo de mamona 4.500
Torta de óleo de oiticica 5.000
Bagaço de cana(40% de umidade) 2.300
Resíduos de couro 2.000
Resíduos de borracha 4.000
Alcool etílico 7.200
Hidrogênio 34.500
Metano 12.900
Propano 11.950
Butano 11.800
COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVELPODER CALORÍFICO PODER CALORÍFICO SUPERIOR kcal/kgSUPERIOR kcal/kg
Combustíveis e
CombustãoPODER CALORÍFICOPODER CALORÍFICO
Gasolina 11.000
Querosene 10.800
Óleo diesel 10.600
Óleo combustível especial(no4) 10.500
Óleo combustível BPF(fuel oil) 10.300-10.600
Acetileno 9.800
Gás natural 12.800
Gás de água(gasogênio) 3.000
Gás de alto forno 700
Monóxido de carbono(gasogênio) 3.000
COMBUSTÍVELCOMBUSTÍVELPODER CALORÍFICO PODER CALORÍFICO SUPERIOR kcal/kgSUPERIOR kcal/kg
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃOCOMBUSTÃO
C + O2 CO2 + 8.100 kcal/kg
C + O2 CO + 2.419 kcal/kg
2H2 + O2 2H2O + 34.100kcal/kg
S + O2 SO2 + 2.210 kcal/kg
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O + 13.279 kcal/kg
COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO
N2
O2
Em volume Em peso
0,79 litros
0,21 litros
0,77 kg
0,23 kg
79%
21%
DO CARBONO
DO HIDROGÊNIO
DO ENXOFRE
DO METANO
N2 / O2= 3,76 N2 / O2= 3,35
REAÇÃO QUÍMICA ENTRE COMBUSTÍVEL E OXIGENIO
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
ESTUDO DAS REAÇÕES DE COMBUSTÃO COM O AR ATMOSFÉRICO
Podem ocorrer três tipos de combustão:
1 – Combustão com quantidade exata de ar
COMBUSTÃO COM QUANTIDADE EXATA DE AR
2 – Combustão com excesso de ar
3 – Combustão com falta de ar
Carbono (C ) 0,83 % ou 0,83 kg
Hidrogênio (H ) 0,12% ou 0,12 kg
Enxofre (S ) 0,05% ou 0,05 kg
1,00kg
Considerando-se o combustível com a seguinte composição:
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
– Combustão do Carbono
Quantidade de Nitrogênio = 2,21 kg x 3,35 = 7,41 kg de N2
C + O2 + 3,35N2 CO2 + 3,35N2 + calor
12kg de C 32kg de O2+ 44 kg de CO2
0,83kg de C + x x kg de O2x x = 0,83x32 = 2,21 kg de O2
12
Quantidade de Ar = 2,21 kg + 7,41 kg de N2 = 9,62 kg
– Combustão do Hidrogênio2H2 + O2 + 3,35N2 2H2O + 3,35N2 + calor
4g de H2 + 32kg de O2 36kg de H2O
0,12kg de H2 + x x kg de O2x x = 0,12x32 = 0,96 kg de O2
4Quantidade de Nitrogênio = 0,96 kg x 3,35 = 3,22 kg de N2
Quantidade de Ar = 0,96 kg + 3,22 kg de N2 = 4,18 kg
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
– Combustão do Enxofre
Quantidade de Nitrogênio = 0,05 kg x 3,35 = 0,168 kg de N2
S + O2 + 3,35N2 SO2 + 3,35N2 + calor
32kg de S 32kg de O2+ 64 kg de SO2
0,05kg de S + x x kg de O2x x = 0,05x32 = 0,05 kg de O2
32
Quantidade de Ar = 0,05 kg + 0,168 kg de N2 = 0,218 kg
Quantidade de Ar para queima do Carbono = 9,62 kg
Quantidade de Ar para queima do Hdrogênio = 4,18 kg
Quantidade de Ar para queima do Enxôfre = 0,218 kg
14,918kg
QUANTIDADE TOTAL DE AR PARA A COMBUSTÃO DE 1 kg DE COMBUSTÍVEL
Esta condição de combustão é bastante remota de ocorrer na prática, devido à dficuldade de uma boa mistura ar combustível, temos um que ter um excesso de ar
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
A combustão com quantidade teórica de ar é praticamente impossível
C
N2
O2N2
N2
N2
N2
N2
N2
N2
C
O2
CO2
SO2
H2O
Sequência da reação Dificuldade
ainda maior de contato entre os reagentes
NA PRATICA A COMBUSTÃO SÓ SERÁ POSSÍVEL COM UMA PORCENTAGEM DE
EXCESSO DE AR PARA DETERMINADA QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL
NA PRATICA A COMBUSTÃO SÓ SERÁ POSSÍVEL COM UMA PORCENTAGEM DE
EXCESSO DE AR PARA DETERMINADA QUANTIDADE DE COMBUSTÍVEL
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
COMBUSTÍVEL TIPO DE FORNALHA /QUEIMADOR
EXCESSO DE AR
CARVÃO BRITADO GRELHAS ROTATIVAS/AR FORÇADO
1,15 – 1,5
CARVÃO BRITADO GRELHAS PLANAS/AR NATURAL 1,5 – 1,65CARVÃO MOÍDO CICLONE 1,10 – 1,15CARVÃO PULVERIZADO INTEGRALMENTE IRRADIADA 1,15 – 1,20ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE BAIXA PRESSÃO 1,3 – 1,4ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE PULVERIZAÇÃO
MECÂNICA1,20 – 1,25
ÓLEO COMBUSTÍVEL QUEIMADOR DE PULVERIZAÇÃO MECÂNICA C/ VAPOR AUXILIAR
1,05 – 1,15
LENHA GRELA PLANA, AR NATURAL 1,40 – 1,50LENHA GRELA PLANA, AR NATURAL 1,40 – 1,50LENHA GRELA PLANA, AR FORÇADO 1,30 – 1,35LENHA GRELA INCLINADA 1,40 – 1,50BAGAÇO DE CANA FORNALHA CELULAR 1,25 – 1,30LICOR PRETO FORNALHA DE RECUPERAÇÃO 1,05 – 1,07
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
ANÁLISE DOS GASES DE EXAUSTÃO
TEOR DE CO2
TEOR DE O2
TEOR DE CO
O mais alto possível até 16%(teórico 21%)
De acordo com o combustível e fornalha/equipamento
0% (indica combustão incompleta 70% perdas
COM INSTRUMENTOS ANALISADORES DE GASES (ORSAT , FYRITE OU ELETRÔNICO)
Combustíveis e
CombustãoCOMBUSTÃO INDUSTRIALCOMBUSTÃO INDUSTRIAL
ANALISADORES
ANALISADORES DE GASES DA COMBUSTÃO
Os analisadores de gases da combustão ECIL-Eurotron permitem monitorar a eficiência do processo de combustão em caldeiras e fornos, através da análise dos gases emitidos, auxiliando na economia de combustiveis e otimização do processo. Podem trabalhar com até 10 tipos de combustiveis e armazenar 250 análises completas. São alimentados por baterias recarregáveis que lhe conferem 8 horas de autonomia. A impressora portátil agrega ao sistema permite o registro dos resultados.
Greenline MK2
Realiza medição direta de 2 a 6 dos seguintes gases: O2, CO, NO, NO2, SO2, CxHy. Adicionalmente mede temperatura do gás na chaminé, temperatura do ar de combustão, pressão, P e velocidade do gás. Alguns parâmetros são calculados pelo sistema dentre eles: CO2, NOx, gases tóxicos referente a 1% de O2, temperatura diferncial, eficiencia, perda e excesso de ar. Tem como opção o equipamento que pode medir o índece de fumaça. Possui uma excelente seção interna de tratamento da amostra, trabalha em pontos com depressão de até 2000 mmH2O, possui comunicação serial RS232, software gráfico e texto em três idiomas.
Unigas 2000 e 3000
Equipamentos portateis com as mesmas funções que o greenline porem com limitações em medição na variação de gases. O unigas 2000 somente analisa 2 gases O2 e CO. Unigas 3000 mede 3 tipos diferentes de gases O2, CO, SO2, NOx, NO2, NO.