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Análise termodinâmica da Combustão Combustíveis Hidrocarboneto sólido: carvão – C, H, O, N, S, água e cinza Antracito (duro) ou Betume (macio) Hidrocarbonetos.

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1 Análise termodinâmica da Combustão Combustíveis Hidrocarboneto sólido: carvão – C, H, O, N, S, água e cinza Antracito (duro) ou Betume (macio) Hidrocarbonetos líquidos C x H y : gasolina, querosene, óleo combustível Vantagens dos combustíveis líquidos: limpeza e facilidade no manuseio e estocagem Álcool – carbohidrato - C x H z OH : máquinas de combustão interna Combustão completa e são limpos

2 Combustíveis COH2CH4C2H6O2CO2 Gás de carvão 953, ,43 Gás de alto- forno Gás natural I Gás natural II

3 Processo de Combustão Conservação de massa Pequena redução de massa ( kg/Kg combustível) : E=mc 2 C + O 2 = CO 2 CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O Ar: 3,76 moles de N 2 /mol O 2 CH 4 + 2O 2 + 2(3,76) N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 7,52 N 2 Ar Teórico: quantidade mínima de ar necessária para oxidar os reagentes

4 Processo de Combustão Excesso de ar é requerido para circundar as moléculas de hidrocarboneto e assegurar combustão completa – 25 % de excesso CH 4 + (1,25) (2) O 2 + (1,25) (2) (3,76) N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 9,4 N 2 + 0,5 O 2 Combustão incompleta : fuligem Condições para combustão completa: Mistura ar-combustível precisa estar na temperatura de ignição Oxigênio suficiente Contato entre oxigênio e combustível

5 Razão ar - combustível C 2 H 6 + 3,5 O 2 + 3,5 (3,76) N 2 = 2 CO 2 + 3H 2 O + 13,17 N 2 Razão moles de ar/moles de combustível = = (3,5 + 13,7)/1 = 16,67 R a/f = (16,67 x 28,97) / (1 x 30,068) = 16,05 Kg ar/Kg combustível

6 Produtos de combustão Fator que afeta a eficiência da combustão: quantidade de ar em excesso. Se pouco ar é usado, a combustão é incompleta e a energia química do combustível não é totalmente aproveitada. Se há excesso de ar, calor é perdido aquecendo-se o ar em excesso

7 Análise de Orsat O gás de combustão passa através de várias substâncias químicas que absorvem dióxido de carbono, monóxido de carbono e oxigênio. A diminuição volumétrica do gás de combustão é anotada. O volume restante é considerado nitrogênio.

8 Entalpia de formação A entalpia de todos os elementos é suposta como sendo zero num estado de referência arbitrário a 25ºC e 1 atm A entalpia de formação do composto é sua entalpia na sua temperatura e pressão C + O 2 = CO 2 1 a Lei da Termodinâmica: Q + H R = H P Q + R n i h i = P n j h j Q = H P = kJ = (h f 0 ) CO2

9 Células de Combustível Transforma energia química em energia elétrica através de reações de redução catalisadas por oxigênio Alta eficiência de conversão de energia A célula de combustível consome combustíveis supridos externamente O combustível ( hidrogênio) e o oxidante (oxigênio na forma de ar) são supridos aos sítios catódicos e anódicos da célula

10 Carga Catodo Anodo Oxigênio Hidrogênio Eletrodo poroso H 2 O Câmara de gases ½ O 2 (g) + 2H + = H 2 O H 2 (g) = 2H + + 2e - Célula de combustível

11

12 G 0 = G P = (g f 0 ) H2O = kJ/Kgmol H = H P = (h f 0 ) H2O = kJ/Kgmol = 0,83 G = - n V N = número de elétrons transferidos por molécula de combustível kJ/V.Kgmol V – voltagem = 1,229 V


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