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Fontes renováveis e não renováveis Combustão Comburente Combustíveis S.J. dos Campos Química e Energia Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI UNIVERSIDADE PAULISTA.

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1 Fontes renováveis e não renováveis Combustão Comburente Combustíveis S.J. dos Campos Química e Energia Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

2 Energia: fontes renováveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

3 Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho. Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho. Fontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o vento etc. Fontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o vento etc. Depois da própria força humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi o fogo (de a.C). Depois da própria força humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi o fogo (de a.C). A utilização da força do vento, principalmente para a navegação, deve ter começado em torno do ano a.C. A utilização da força do vento, principalmente para a navegação, deve ter começado em torno do ano a.C. O aproveitamento da água, da força hidráulica para mover moinhos, iniciou-se em torno do século II a.C. O aproveitamento da água, da força hidráulica para mover moinhos, iniciou-se em torno do século II a.C. A partir do ano 1000 d.C. começa a exploração mais intensa do carvão mineral (a hulha, inicialmente). A partir do ano 1000 d.C. começa a exploração mais intensa do carvão mineral (a hulha, inicialmente). Por volta do final do século XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo e, conseqüentemente, um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferas. Por volta do final do século XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo e, conseqüentemente, um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferas. Histórico UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

4 Em meados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial. Em meados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial. A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas. Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas. Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais funções do engenheiro, já que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia. Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais funções do engenheiro, já que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia. A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua sendo o principal processo de geração de energia usado pela humanidade além da Corrosão e Proteção contra a Corrosão que se traduz num processo de conservação de energia. A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua sendo o principal processo de geração de energia usado pela humanidade além da Corrosão e Proteção contra a Corrosão que se traduz num processo de conservação de energia. Histórico UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

5 Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra. Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra. O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química. O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química. Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis e não renováveis. Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis e não renováveis. Fontes de energia Fontes renováveis Energia limpa Energia limpa 1% da geração mundial 1% da geração mundial Proposta brasileira para 10% até 2010 Proposta brasileira para 10% até 2010 UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

6 Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o aproveitamento das variações do nível das marés, em lugares onde a diferença é grande. Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o aproveitamento das variações do nível das marés, em lugares onde a diferença é grande. Neste século, o aproveitamento das marés para gerar energia elétrica é uma das alternativas estudadas. Neste século, o aproveitamento das marés para gerar energia elétrica é uma das alternativas estudadas. As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são chamadas de usinas maremotrizes. As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são chamadas de usinas maremotrizes. No momento, a maior parte das usinas existentes é em escala semi-experimental que mostraram ser anti-econômico esse tipo de aproveitamento. No momento, a maior parte das usinas existentes é em escala semi-experimental que mostraram ser anti-econômico esse tipo de aproveitamento. São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo de energia. São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo de energia. Energia das marés UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

7 O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos nas regiões vulcânicas constituindo assim uma outra forma de energia alternativa. O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos nas regiões vulcânicas constituindo assim uma outra forma de energia alternativa. Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor que pode atingir os 370 ºC, são drenados até á superfície por meio de tubulação apropriada. Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor que pode atingir os 370 ºC, são drenados até á superfície por meio de tubulação apropriada. Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina. Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina. A energia mecânica da turbina é então transformada em energia elétrica por meio do gerador. A energia mecânica da turbina é então transformada em energia elétrica por meio do gerador. Energia Geotérmica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

8 Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes, mantendo-se a produção. Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes, mantendo-se a produção. Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 países. Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 países. A água aquecida geotermicamente é utilizada para piscicultura, agricultura, aquecimento de casas, processos industriais (secagem de madeira e de alimentos) e etc. A água aquecida geotermicamente é utilizada para piscicultura, agricultura, aquecimento de casas, processos industriais (secagem de madeira e de alimentos) e etc. Energia Geotérmica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

9 A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade. A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade. Alguns sistemas solares, como o que está na figura, usam um refletor alto e côncavo como uma parabólica para focar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a água ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade. Alguns sistemas solares, como o que está na figura, usam um refletor alto e côncavo como uma parabólica para focar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a água ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade. O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia elétrica. O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia elétrica. Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade. Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade. Energia Solar UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

10 Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica. Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica. De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH 4 ), com valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dióxido de carbono (CO 2 ), com aproximadamente 35 a 45% de sua composição. De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH 4 ), com valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dióxido de carbono (CO 2 ), com aproximadamente 35 a 45% de sua composição. O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, aterros e esgotos entre outros. A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, aterros e esgotos entre outros. Atualmente, existem duas situações possíveis para o aproveitamento do biogás. Atualmente, existem duas situações possíveis para o aproveitamento do biogás. Energia de biogás UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

11 O primeiro caso consiste na queima direta (aquecedores, fogões, caldeiras). O primeiro caso consiste na queima direta (aquecedores, fogões, caldeiras). O segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidade. Isto significa que o biogás permite a produção de energia elétrica e térmica. O segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidade. Isto significa que o biogás permite a produção de energia elétrica e térmica. Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, em caminhões de coleta de lixo. Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, em caminhões de coleta de lixo. Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas e de fácil aquisição pelas pequenas propriedades rurais e pode ser usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de água, geladeira, fogão, lampião, lança-chamas entre outros. Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas e de fácil aquisição pelas pequenas propriedades rurais e pode ser usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de água, geladeira, fogão, lampião, lança-chamas entre outros. Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água. Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água. Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m 3, quando a proporção em metano é aproximadamente 60 %. Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m 3, quando a proporção em metano é aproximadamente 60 %. Energia de biogás UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

12 É um gás de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente ao butano e ao propano, traz menores riscos de explosão já que sua acumulação se torna mais difícil. É um gás de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente ao butano e ao propano, traz menores riscos de explosão já que sua acumulação se torna mais difícil. O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) não é tóxico. Por outro lado, o metano obtido é muito corrosivo devido às impurezas que contém. O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) não é tóxico. Por outro lado, o metano obtido é muito corrosivo devido às impurezas que contém. Energia de biogás UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

13 É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de energia: a cana-de-açúcar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai álcool), diversos tipos de árvores (lenha e carvão vegetal), alguns óleos vegetais (mamona, amendoim, soja, dendê), etc É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de energia: a cana-de-açúcar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai álcool), diversos tipos de árvores (lenha e carvão vegetal), alguns óleos vegetais (mamona, amendoim, soja, dendê), etc Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão de origem biológica, produzidas a partir da biotecnologia. Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão de origem biológica, produzidas a partir da biotecnologia. Trata-se de matéria vegetal produzida pelas radiações solares, por meio da fotossíntese. Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, ou ser convertida em combustível gasoso ou líquido como metanol e etanol. Trata-se de matéria vegetal produzida pelas radiações solares, por meio da fotossíntese. Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, ou ser convertida em combustível gasoso ou líquido como metanol e etanol. A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produção de monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, são aspectos desvantajosos. A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produção de monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, são aspectos desvantajosos. Energia de biomassa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

14 No Brasil, na década de 70, em conseqüência da crise do petróleo, foi desenvolvido o Proálcool, com a produção de álcool etílico carburante a partir da cana de açúcar. No Brasil, na década de 70, em conseqüência da crise do petróleo, foi desenvolvido o Proálcool, com a produção de álcool etílico carburante a partir da cana de açúcar. O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço de cana, resíduos agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte é queimada a céu aberto, gerando poluição ambiental. O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço de cana, resíduos agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte é queimada a céu aberto, gerando poluição ambiental. Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas finalidades: produz o vapor e a energia elétrica. Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas finalidades: produz o vapor e a energia elétrica. Energia de biomassa UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

15 A energia cinética do vento é uma fonte de energia abundante e renovável, limpa e disponível em todos os lugares.A energia cinética do vento é uma fonte de energia abundante e renovável, limpa e disponível em todos os lugares. A utilização desta fonte para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em energia mecânica e elétrica.A utilização desta fonte para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em energia mecânica e elétrica. No Brasil, o aproveitamento dos recursos eólicos tem sido feito tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento de água.No Brasil, o aproveitamento dos recursos eólicos tem sido feito tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento de água. O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina).O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina). A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada.A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada. Energia Aeólica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

16 O gerador ligado ao transmissor produz energia elétrica. O gerador ligado ao transmissor produz energia elétrica. A capacidade instalada no Brasil não chega atualmente a 25 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectado à rede elétrica. A capacidade instalada no Brasil não chega atualmente a 25 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectado à rede elétrica. Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrás na praia de Soledade, no município de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas eólicas que juntas vão gerar 1,8 MW. Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrás na praia de Soledade, no município de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas eólicas que juntas vão gerar 1,8 MW. Energia Aeólica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

17 Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a idéia do seu uso como combustível passou a ser cogitada a partir da década de 1970, com a crise provocada pelo aumento do preço do petróleo. Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a idéia do seu uso como combustível passou a ser cogitada a partir da década de 1970, com a crise provocada pelo aumento do preço do petróleo. A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a comunidade internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica de energia, com o uso de células a combustível. A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a comunidade internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica de energia, com o uso de células a combustível. São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química diretamente em energia elétrica, a partir de um combustível (hidrogênio) e um oxidante (oxigênio). São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química diretamente em energia elétrica, a partir de um combustível (hidrogênio) e um oxidante (oxigênio). São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: alta eficiência, operação limpa e silenciosa, resposta rápida de carga, confiabilidade, manutenção reduzida e flexibilidade quanto ao combustível. São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: alta eficiência, operação limpa e silenciosa, resposta rápida de carga, confiabilidade, manutenção reduzida e flexibilidade quanto ao combustível. O grande problema do uso desse tipo de combustível é o custo da produção do mesmo, que pode ser feita a partir de carvão ou gás natural, calor e eletricidade. O grande problema do uso desse tipo de combustível é o custo da produção do mesmo, que pode ser feita a partir de carvão ou gás natural, calor e eletricidade. Gás hidrogênio UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

18 Além disso, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de energia gerada na sua queima é menor que a quantidade gasta na sua produção. Assim, somente a produção em larga escala poderá viabilizar seu uso de forma ampla. Além disso, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de energia gerada na sua queima é menor que a quantidade gasta na sua produção. Assim, somente a produção em larga escala poderá viabilizar seu uso de forma ampla. Outro problema é o fato de ser altamente explosivo. Outro problema é o fato de ser altamente explosivo. Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar, manusear e disponibilizar esse combustível. Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar, manusear e disponibilizar esse combustível. Gás hidrogênio UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

19 Produzida por quedas dágua, a energia hidráulica permite o acionamento de turbinas que movimentam geradores elétricos, produzindo energia em grande ou pequena escala. Produzida por quedas dágua, a energia hidráulica permite o acionamento de turbinas que movimentam geradores elétricos, produzindo energia em grande ou pequena escala. Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento dos cursos de água. Mais de 90% da energia que o Brasil consome provém do uso da energia hidráulica. Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento dos cursos de água. Mais de 90% da energia que o Brasil consome provém do uso da energia hidráulica. Energia hidrelétrica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

20 As centrais hidrelétricas de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental, já que requerem grandes inundações de terras com modificação do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades. As centrais hidrelétricas de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental, já que requerem grandes inundações de terras com modificação do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades. Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua atratividade está na energia mais barata, já que o combustível é a água. Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua atratividade está na energia mais barata, já que o combustível é a água. Em média o custo é de U$ 500 para cada quilowatt ( KW ) instalado. Isso significa em torno de U$ 16 o MWh, bem diferente dos quase U$ 32 da energia das termoelétricas movidas a gás natural (fonte ANEEL). Em média o custo é de U$ 500 para cada quilowatt ( KW ) instalado. Isso significa em torno de U$ 16 o MWh, bem diferente dos quase U$ 32 da energia das termoelétricas movidas a gás natural (fonte ANEEL). Energia hidrelétrica UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

21 Energia: fontes não renováveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

22 Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos. Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos. O petróleo originou-se de restos de plantas e animais marinhos inferiores, que se acumularam no fundo de antigos mares, e foram soterrados por movimentos da crosta terrestre. O petróleo originou-se de restos de plantas e animais marinhos inferiores, que se acumularam no fundo de antigos mares, e foram soterrados por movimentos da crosta terrestre. Encontra-se confinado em grandes profundidades no sub-solo dos continentes e dos mares. Encontra-se confinado em grandes profundidades no sub-solo dos continentes e dos mares. Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo é fonte de matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, pesticidas, tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas outras. Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo é fonte de matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, pesticidas, tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas outras. Os principais países produtores de petróleo são a Rússia, a Arábia Saudita, o Irã, o Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes. Os principais países produtores de petróleo são a Rússia, a Arábia Saudita, o Irã, o Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes. Petróleo UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

23 Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas mundiais até hoje conhecida. Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas mundiais até hoje conhecida. Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas. Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas. Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com substâncias orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o petróleo. Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com substâncias orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o petróleo. Os produtos obtidos do xisto são mais caros que os similares obtidos dos derivados de petróleo. Os produtos obtidos do xisto são mais caros que os similares obtidos dos derivados de petróleo. Xisto betuminoso UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

24 Alcatrão bruto de hulha O alcatrão é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e muito complexa e de cor preta. O alcatrão é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e muito complexa e de cor preta. É originário do processo de coqueificação do carvão, onde as partes voláteis do carvão são separadas durante o aquecimento formando gases. É originário do processo de coqueificação do carvão, onde as partes voláteis do carvão são separadas durante o aquecimento formando gases. Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é condensado e decantado formando o alcatrão de hulha. Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é condensado e decantado formando o alcatrão de hulha. Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes últimos constituem a fração mais importante. Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes últimos constituem a fração mais importante. Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem grande valor na indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações nas mais variadas áreas. Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem grande valor na indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações nas mais variadas áreas. Alcatrão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

25 Alcatrão de madeira Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o alcatrão é obtido a partir da recuperação dos gases eliminados durante o processo de carbonização. Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o alcatrão é obtido a partir da recuperação dos gases eliminados durante o processo de carbonização. Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e transforma-se em matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso é a substituição dos derivados de petróleo, produtos de origem fóssil não-renováveis. Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e transforma-se em matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso é a substituição dos derivados de petróleo, produtos de origem fóssil não-renováveis. Ele é o responsável, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em diversos embutidos, além de ser empregado também na fabricação de balas e biscoitos.Ele é o responsável, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em diversos embutidos, além de ser empregado também na fabricação de balas e biscoitos. Alcatrão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

26 Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formações geológicas petrolíferas. Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formações geológicas petrolíferas. Apresenta poder calorífico da ordem de a kcal/m 3. Apresenta poder calorífico da ordem de a kcal/m 3. Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses químicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre. Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses químicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre. Este gás pode ser liquefeito a baixas temperaturas para ser transportado em navios. Este gás pode ser liquefeito a baixas temperaturas para ser transportado em navios. Atualmente o maior produtor é a Rússia. Atualmente o maior produtor é a Rússia. O rendimento do gás natural é bastante alto enquanto seu o custo é baixo quando se compara com outras fontes. O rendimento do gás natural é bastante alto enquanto seu o custo é baixo quando se compara com outras fontes. O gás natural é uma fonte de energia limpa, confiável e eficiente. É um dos combustíveis preferidos para geração de energia. Liquefeito, é seguro e fácil de transportar. O gás natural é uma fonte de energia limpa, confiável e eficiente. É um dos combustíveis preferidos para geração de energia. Liquefeito, é seguro e fácil de transportar. O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança por milhares de quilômetros. O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança por milhares de quilômetros. Gás natural UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

27 É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas há milhões de anos, sujeitas à ação da pressão, temperatura e bactérias. É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas há milhões de anos, sujeitas à ação da pressão, temperatura e bactérias. São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial destaque para a hulha. São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial destaque para a hulha. Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais carbono e menos hidrogênio e oxigênio possui o carvão. Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais carbono e menos hidrogênio e oxigênio possui o carvão. Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico. Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico. O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que o oxigênio diminui o rendimento térmico. O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que o oxigênio diminui o rendimento térmico. O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato de produzirem substâncias tóxicas e corrosivas (SO 2 e P 2 O 5 ). O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato de produzirem substâncias tóxicas e corrosivas (SO 2 e P 2 O 5 ). Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de forma a uniformizar sua granulometria. Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de forma a uniformizar sua granulometria. Carvões fósseis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

28 A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos carvões brasileiros, pode até impedir sua utilização na forma como extraído, obrigando a um refino do mesmo. A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos carvões brasileiros, pode até impedir sua utilização na forma como extraído, obrigando a um refino do mesmo. O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS 2 ), o que pode acarretar uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com a possibilidade de formação de um aglomerado vítreo que impede a combustão do carvão. O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS 2 ), o que pode acarretar uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com a possibilidade de formação de um aglomerado vítreo que impede a combustão do carvão. O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e de pirita se separem por densidade. O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e de pirita se separem por densidade. Carvões fósseis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

29 Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o calor é produzido por reação de fissão nuclear. Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o calor é produzido por reação de fissão nuclear. O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a 99,3%. O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a 99,3%. Em apenas 50 anos de desenvolvimento a energia nuclear aumentou sua participação na produção de energia mundial partindo de um valor extremamente pequeno, 0,1 %, para um valor substancial de 7%. Em apenas 50 anos de desenvolvimento a energia nuclear aumentou sua participação na produção de energia mundial partindo de um valor extremamente pequeno, 0,1 %, para um valor substancial de 7%. Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma potência instalada de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na França e 12 % no Japão. Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma potência instalada de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na França e 12 % no Japão. No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia Atômica, havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo uma capacidade instalada líquida de 358 GW. No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia Atômica, havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo uma capacidade instalada líquida de 358 GW. Os impactos ambientais e os acidentes de Chernobyl em 1986 e de Tokaimura no Japão em 1999, que mostraram as letais conseqüências radiativas dessa tecnologia, parecem agir como freio na evolução do uso da energia nuclear. Os impactos ambientais e os acidentes de Chernobyl em 1986 e de Tokaimura no Japão em 1999, que mostraram as letais conseqüências radiativas dessa tecnologia, parecem agir como freio na evolução do uso da energia nuclear. Energia nuclear UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

30 Energia nuclear UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

31 No Brasil, a participação da energia nuclear não atinge 1% do valor total. A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como economicamente. No Brasil, a participação da energia nuclear não atinge 1% do valor total. A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como economicamente. A capacidade da usina Angra I é de 657 MW, enquanto Angra II está prevista para gerar 1300 MW. A capacidade da usina Angra I é de 657 MW, enquanto Angra II está prevista para gerar 1300 MW. Uma das desvantagens mais importantes é o lixo nuclear, para o qual não existe tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, e que permanece radiativo por milhares de anos. Uma das desvantagens mais importantes é o lixo nuclear, para o qual não existe tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, e que permanece radiativo por milhares de anos. A produção de lixo tóxico pelos países industrializados é estimada em 300 milhões de toneladas por ano. A produção de lixo tóxico pelos países industrializados é estimada em 300 milhões de toneladas por ano. Participação da energia nuclear na produção de energia elétrica Energia nuclear UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

32 Energia nuclear UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

33 Combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

34 Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação, obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível; Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de oxidação 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 presentes simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação; Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar presentes simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação; O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia de ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo o combustível; O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia de ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo o combustível; Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons); Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons); O combustível atua sempre como fonte de elétrons; O combustível atua sempre como fonte de elétrons; O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante. O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante. Combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

35 Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma: Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma: Combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

36 Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

37 Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os elétrons cedidos pelo combustível, industrialmente, quase que na totalidade dos casos, o comburente é o oxigênio e sua fonte, normalmente, o ar atmosférico. Embora outras substâncias possam atuar como comburente, recebendo e fixando os elétrons 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 (N 2 ) 78,03% oxigênio (0 2 ) 20,99% argônio (Ar) 0,94% dióxido de carbono (CO 2 ) 0,03% hidrogênio (H 2 ) 0,01% (os demais gases nobres encontram-se em proporções desprezíveis). Pode-se considerar apenas duas frações: Oxigênio (comburente) = 20,99% Oxigênio (comburente) = 20,99% Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01% Inertes (nitrogênio e gases raros) = 79,01% Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

38 Para efeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a composição volumétrica ou em mols do ar seco como:Para efeito de cálculos práticos de combustão, considera-se a composição volumétrica ou em mols do ar seco como: Oxigênio (O 2 ) 21% e Nitrogênio (N 2 ) 79% Oxigênio (O 2 ) 21% e Nitrogênio (N 2 ) 79% A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases raros e o dióxido de carbono.A fração considerada como "nitrogênio" abrange todos os gases raros e o dióxido de carbono. Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar dessa fração como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos outros gases.Para efeito de cálculos estequiométricos considera-se a massa molar dessa fração como 28 g/mol, em vista das pequenas proporções dos outros gases. Em conseqüência desta simplificação a massa molar média do ar seco será: Em conseqüência desta simplificação a massa molar média do ar seco será: M = 0,21 x ,79 x 28 = 28,84 g/mol Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que em 100 L de ar atmosférico seco tem-se 21 L de O 2 e 79 L de N 2. Pode-se considerar, portanto, em cálculos estequiométricos, que em 100 L de ar atmosférico seco tem-se 21 L de O 2 e 79 L de N 2. E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar atmosférico seco possui 21 mols de O 2 e 79 mol de N 2. E ainda que uma quantidade de matéria de 100 mols de ar atmosférico seco possui 21 mols de O 2 e 79 mol de N 2. Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

39 Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar atmosférico seco virá acompanhado de nitrogênio, na seguinte proporção:Portanto, pode-se considerar que 1 L de oxigênio captado do ar atmosférico seco virá acompanhado de nitrogênio, na seguinte proporção: Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

40 EXEMPLOS DE CÁLCULO: Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

41 EXEMPLOS DE CÁLCULO: Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

42 EXEMPLOS DE CÁLCULO: Comburente UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

43 1) O que é energia e qual o papel do engenheiro? 2) O que são fontes renováveis? 3) Quais a vantagens e desvantagens das seguintes fontes renováveis: a) energia das marés b) energia geotérmica c) energia solar d) energia de biogás e) energia de biomassa f) energia aeólica g) gás hidrogênio h) energia hidrelétrica 4) O que são fontes não renováveis e dê alguns exemplos. 5) O que é combustão? 6) O que é comburente e qual e a porcentagem de oxigênio e nitrogênio no ar atmosférico? 7) Qual a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar que contém certa quantidade de O 2. 1 ª Lista UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

44 8) Qual a razão entre a quantidade de matéria e o volume, a quantidade de ar que contém certa quantidade de N 2. 9) Que volume de ar, medido na CNTP, contém 1 kg de O 2. 10) Que massa de ar contém 1 m 3 de O 2 medidos na CNTP. 11) Qual a quantidade de matéria de O 2 contida na massa de ar que contém 1568g de N 2. 12) Que volume de ar contém 1 m 3 de O 2. 1 ª Lista UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

45 Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

46 Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear; Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear; Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio do ar, produzindo calor em grande quantidade. Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio do ar, produzindo calor em grande quantidade. 1.Classificação dos combustíveis: Sólidos: Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha; Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha; Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial; Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial;Líquidos: Naturais: petróleo cru, gasolina natural;Naturais: petróleo cru, gasolina natural; Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina;Gasoso: Naturais: gás natural;Naturais: gás natural; Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;Preparados: GLP, gases derivados de petróleo; Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

47 2. Composição dos combustíveis: 2.1.Elementos essenciais: Carbono e hidrogênio. São muito freqüentes na composição dos combustíveis respondendo pela geração de calor e pela função redutora; São muito freqüentes na composição dos combustíveis respondendo pela geração de calor e pela função redutora; Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou combinados na forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH 4 etc); Podem estar presentes na forma isoladas (substância simples) ou combinados na forma de hidrocarbonetos (Ex; GLP, CH 4 etc); Reações de combustão: carbono C (grafite) + O 2 CO kcal (reação completa) C (grafite) + CO 2 2 CO ,8 kcal ( reação parcial pela falta de O - endotérmica) C (grafite) + ½ O 2 CO + 26,6 kcal (reação incompleta) Reações de combustão: hidrogênio H 2(gás) + ½ O 2 H 2 O (vapor) + 57,8 kcal H 2(gás) + ½ O 2 H 2 O (líquido) + 68,3 kcal Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

48 Composição dos combustíveis: 2.2. Elementos Secundários: O, N, S e P. Reações de combustão: Oxigênio A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente uma redução na geração de calor; A presença de oxigênio nos combustíveis acarreta sistematicamente uma redução na geração de calor; Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor; Combustíveis oxigenados geram menos quantidade de calor; Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento na constituição dos combustíveis. Em suma, é indesejável e desvantajosa a presença desse elemento na constituição dos combustíveis. C + O 2 CO kcal (reação completa) CO + ½ O 2 CO ,9 kcal CH O 2 CO H 2 O kcal CH 4 O + 3/2 O 2 CO H 2 O kcal Admite-se que o oxigênio presente em um combustível, anule por oxidação parcial, preferencialmente o hidrogênio em lugar do carbono; Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

49 Assim, deve-se subtrair da quantidade total de hidrogênio a parcela já queimada, chamando de: Convenção: H T (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no combustível; H T (hidrogênio total) a quantidade total de hidrogênio presente no combustível; H C (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do combustível; e H C (hidrogênio combinado) a parcela oxidada pelo oxigênio do combustível; e H L (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o processo de combustão. H L (hidrogênio livre) a quantidade de hidrogênio útil para o processo de combustão. A quantidade de hidrogênio de um combustível pode ser representado por: O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num combustível é feito pela fórmula e na reação da água que é produto formado na oxidação do hidrogênio. O cálculo das quantidades de hidrogênio livre e combinado num combustível é feito pela fórmula e na reação da água que é produto formado na oxidação do hidrogênio. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

50 Assim para efeito de geração de calor na combustão, considera-se que cada átomo de O presente na formula do combustível anule 2 átomos de H, então a relação fica: Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

51 EXEMPLO DE CÁLCULO Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

52 EXEMPLO DE CÁLCULO Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

53 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 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 de combustão e assim, em nada contribui para a geração de calor; O nitrogênio presente num combustível não se oxida durante o processo de combustão 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; 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 de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustível queimada: O Poder Calorífico de um combustível é a relação entre a quantidade de calor gerado e a unidade de massa (ou de volume) do combustível queimada: Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o aumento da massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição do Poder Calorífico do combustível. Conclui-se que a presença deste elemento contribui apenas para o aumento da massa (ou de volume), é desvantajosa, pois acarreta uma diminuição do Poder Calorífico do combustível. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

54 Reações de combustão: enxofre Durante uma combustão, o enxofre presente em um combustível, se oxida de acordo com as reações: S + O 2 SO kcal S + 3/2 O 2 SO ,5 kcal Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de enxofre apresenta interesse, porém, paralelamente, há um aspecto altamente negativo que anula esta vantagem e torna a presença desse elemento inconveniente. São os produtos da sua oxidação; Então, sob o aspecto energético, não há dúvida que a presença de enxofre apresenta interesse, porém, paralelamente, há um aspecto altamente negativo que anula esta vantagem e torna a presença desse elemento inconveniente. São os produtos da sua oxidação; Tanto o SO 2 como o SO 3 são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas, constituindo-se em poderosos agentes poluentes; Tanto o SO 2 como o SO 3 são substâncias extremamente tóxicas e corrosivas, constituindo-se em poderosos agentes poluentes; Mesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SO 2 reage com a água presente nos produtos da combustão, formando o ácido sulfuroso (H 2 SO 3 ). O SO 3 dá origem ao ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). Mesmo sob condições favoráveis de umidade do ar externo o SO 2 reage com a água presente nos produtos da combustão, formando o ácido sulfuroso (H 2 SO 3 ). O SO 3 dá origem ao ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

55 Reações de combustão: fósforo O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação: O fósforo presente no combustível se oxida de acordo com a reação: P O 2 P 4 O kcal O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácido fosfórico (H 3 P0 4 ) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo no combustível. O produto formado em contato com a umidade do ar externo, forma o ácido fosfórico (H 3 P0 4 ) que sendo corrosivo, torna indesejável a presença de fósforo no combustível. P 4 O H 2 O 4 H 3 PO 4 P 4 O H 2 O 4 H 3 PO 4 Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

56 1.Principais Características dos Combustíveis mais Comuns 1.1. Combustíveis Sólidos Lenha Perdeu a importância como combustível industrial: Perdeu a importância como combustível industrial: - Baixa rentabilidade térmica - Crescente interesse como fonte de celulose Após corte teor de umidade oscila: 50 e 70%; Após corte teor de umidade oscila: 50 e 70%; Seca ao ar teor reduz cerca de 15% PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg; Seca ao ar teor reduz cerca de 15% PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg; Baixo poder calorífico Pirólise* Resíduo: carvão vegetal PCI = 7200 a 8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas); Baixo poder calorífico Pirólise* Resíduo: carvão vegetal PCI = 7200 a 8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas); Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas ácido acético, metanol, acetona...). Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas ácido acético, metanol, acetona...). OBS.: * Pirólise ruptura da estrutura molecular original pela ação do calor. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

57 Carvões fósseis Consideradas: rochas orgânicas combustíveis; Consideradas: rochas orgânicas combustíveis; Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha); Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha); Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos; Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos; Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias; Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias; > grau transformação sofrida pela madeira + C e - H e O possui o carvão; > grau transformação sofrida pela madeira + C e - H e O possui o carvão; % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da madeira. % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da madeira. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

58 Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H melhor rendimento térmico; Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H melhor rendimento térmico; S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO 2 e P 2 O 5 ); S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO 2 e P 2 O 5 ); Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar granulometria); Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar granulometria); Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua utilização na forma como é extraído refino; Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua utilização na forma como é extraído refino; Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade. Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade. a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como combustível industrial. Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compressão. Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compressão. Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável. Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

59 Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O coque obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação do gás de hulha combustível; Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O coque obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação do gás de hulha combustível; Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão. São as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas; Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão. São as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas; Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em fornos quando se necessita de aquecimento radiante; Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em fornos quando se necessita de aquecimento radiante; Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico. Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água; Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico. Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água; Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso é deixado em silos (para secagem ao ar). Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso é deixado em silos (para secagem ao ar). Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

60 Coque: O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do ar) denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão faz que haja o desprendimento das matérias voláteis produzindo: Combustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos, hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO 2 e Hidrocarbonetos insaturados; Combustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos, hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO 2 e Hidrocarbonetos insaturados; Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos combustíveis do alcatrão da hulha; Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos combustíveis do alcatrão da hulha; Combustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do carvão; Combustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do carvão; Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação; Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação; Gás Hulha: carbonização da hulha gorda em temperatura compreendida entre 550 e 600°C ; Gás Hulha: carbonização da hulha gorda em temperatura compreendida entre 550 e 600°C ; O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro). O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro). Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

61 1.2. Combustíveis Líquidos Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes grupos: Os combustíveis líquidos podem ser classificados nos seguintes grupos: 1-Petróleo e seus derivados 2-Derivados do alcatrão de hulha ou do linhito 3-Destilados dos xistos betuminosos 4-Hidrocarbonetos sintéticos 5-Álcool etílico Derivados do Petróleo Gasolina Mistura de hidrocarbonetos contendo: átomos de carbono; Mistura de hidrocarbonetos contendo: átomos de carbono; Pode ser: Natural ou Petróleo; Pode ser: Natural ou Petróleo; Poder calorífico: Kcal/Kg; Poder calorífico: Kcal/Kg; Ponto de fulgor - 40º C (gasolina automotiva) e - 46 ºC (gasolina de aviação); Ponto de fulgor - 40º C (gasolina automotiva) e - 46 ºC (gasolina de aviação); Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

62 Índice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina. Mede o poder anti-detonante da mesma; Índice de Octanagem: determinada pela % de octano existente na gasolina. Mede o poder anti-detonante da mesma; Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão até que ocorra a pré-detonação ou batida de pinos; Este índice é medido em motor padrão, variando-se a relação de compressão até que ocorra a pré-detonação ou batida de pinos; A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano que apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos dará o índice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso- octano e 20% de heptano, a gasolina em teste será 80; A seguir: substitui-se a gasolina por uma mistura de iso-octano e n-heptano que apresenta pré-detonação com a mesma relação de compressão que a gasolina testada. A porcentagem de iso-octano na mistura equivalente, nos dará o índice de octanas ou octanagem da gasolina. Assim, se a mistura apresenta o mesmo comportamento da gasolina em teste, contiver 80% de iso- octano e 20% de heptano, a gasolina em teste será 80; Esse método se baseia na convenção de que: - Iso-octano: possui poder anti-detonante igual a 100 (melhor comportamento) - Heptano: possui poder anti-detonante igual a 0 (pior comportamento) A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de octanagem; A partir da mistura dos mesmos, obtêm-se os valores intermediários de octanagem; Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

63 O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adição: O poder anti-detonante (octanagem) pode ser aumentado pela adição: - de combustíveis mísciveis com a gasolina (ex: álcool etílico, benzol, gasolinas naturais...); - de produtos aditivos especiais: chumbo tetra-etila (no caso da gasolina de aviação, que possuem índice de octana de 140 ou 160). Curiosidades: Gasolina Aditivada ou Gasolina Comum? A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e no pistão) deixa resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma. A Gasolina comum ao passar pelas partes do motor do carro (nas válvulas e no pistão) deixa resíduos, sujeiras que são uma espécie de goma. Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar, que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a eficiência do carro. Com o passar do tempo, o acúmulo desta goma, dificulta a mistura da gasolina com o ar, que provoca a queima e gera energia para o motor funcionar. Diminuindo, assim, a eficiência do carro. Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência da gasolina. Diferente do que muitas pessoas pensam o aditivo não aumenta a potência da gasolina. A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a aditivada possui uma espécie de detergente. A grande diferença da gasolina aditivada para a gasolina comum, é que a aditivada possui uma espécie de detergente. Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acúmulo de mais resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e também é queimada. Este detergente (aditivo) ao passar pelo motor dissolve a goma, evitando o acúmulo de mais resíduos, assim a sujeira vai junto com o combustível e também é queimada. (fonte: comum.htm) comum.htmhttp://www.brasilescola.com/curiosidades/gasolina-aditivada-e-gasolina- comum.htm Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

64 Querosene Primeiro derivado do petróleo de valor comercial; Primeiro derivado do petróleo de valor comercial; Mistura de hidrocarbonetos contendo: átomos de carbono; Mistura de hidrocarbonetos contendo: átomos de carbono; Incolor, menos volátil que a gasolina; Incolor, menos volátil que a gasolina; Excelente poder de solvência; Excelente poder de solvência; Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de combustão interna; Importância: turbinas de avião a jato, alguns motores de combustão interna; 84% de C e 16% de H em massa; 84% de C e 16% de H em massa; Ponto de fulgor 40ºC; Ponto de fulgor 40ºC; Poder calorífico: Kcal/Kg. Poder calorífico: Kcal/Kg. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

65 Óleo Diesel Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de energia; Empregado: motores de compressão; combustível industrial; geração de energia; Poder calorífico: Kcal/Kg; Poder calorífico: Kcal/Kg; Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC (biodiesel segundo ANP); Ponto de fulgor 38 ºC (diesel automotivo), 60 ºC (diesel marítimo) e 100 ºC (biodiesel segundo ANP); Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de ignição do combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de cetanas, menor será o retardo de ignição e por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se; Índice de Cetanas (Cetanagem): Índice que descreve as características de ignição do combustível óleo diesel, ou seja, quanto maior for o número de cetanas, menor será o retardo de ignição e por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se; Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores diesel de alta velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade aceitam óleos com índice 25; Óleos com índice de cetanas superior a 50 são empregados em motores diesel de alta velocidade. Para velocidades médias utiliza-se cetenagem 45. Para baixa velocidade aceitam óleos com índice 25; Embora o Brasil seja auto-suficiente em petróleo, o mesmo não se aplica aos seus derivados (cerca de 15% do óleo diesel consumido no país é importado). E uma das formas pra diminuir ou até mesmo eliminar esta dependência é apostar no biodiesel (combustível de fonte renovável e já regulamentada na nossa matriz energética) que será adicionado (2% ao diesel) obrigatoriamente a partir de janeiro de 2008 e essa proporção deverá aumentar. Embora o Brasil seja auto-suficiente em petróleo, o mesmo não se aplica aos seus derivados (cerca de 15% do óleo diesel consumido no país é importado). E uma das formas pra diminuir ou até mesmo eliminar esta dependência é apostar no biodiesel (combustível de fonte renovável e já regulamentada na nossa matriz energética) que será adicionado (2% ao diesel) obrigatoriamente a partir de janeiro de 2008 e essa proporção deverá aumentar. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

66 Derivados do Alcatrão Benzeno (C 6 H 6 ) - principal Poder calorífico: Kcal/Kg Poder calorífico: Kcal/Kg Índice de octano = 88 Índice de octano = 88 Principal utilização: aditivo para gasolina Principal utilização: aditivo para gasolina Destilados de Xistos betuminoso Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis (20% tipo gasolina e 50% do tipo óleo diesel). Fornecem por destilação seca até 12% de produtos condensáveis (20% tipo gasolina e 50% do tipo óleo diesel) Hidrocarbonetos sintéticos Utilizados: Processo de síntese; Utilizados: Processo de síntese; Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-detonante). Obtém-se: hidrocarbonetos parafínicos (baixo poder anti-detonante). Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

67 Álcool Etílico Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção de etanol da cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros cúbicos, com perspectivas de atingir 35,7 milhões de metros cúbicos em ); Brasil: > produtor de etanol (Nos últimos trinta anos, a produção de etanol da cana-de-açúcar avançou para 17 milhões de metros cúbicos, com perspectivas de atingir 35,7 milhões de metros cúbicos em ); Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo sacarino (África), trigo (Europa)... Matérias primas: cana (Brasil), milho (USA), beterraba (Alemanha), sorgo sacarino (África), trigo (Europa)... Poder calorífico: Kcal/kg; Poder calorífico: Kcal/kg; Ponto de fulgor 13ºC; Ponto de fulgor 13ºC; Exige menor quantidade de ar para combustão; Exige menor quantidade de ar para combustão; Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a 25% em mistura com a gasolina; Álcool etílico anidro (isento de água): utilizado na faixa de 20 a 25% em mistura com a gasolina; Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo (em média 95% etanol + 5% água); Álcool etílico hidratado: utilizado como combustível automotivo (em média 95% etanol + 5% água); Alto poder anti-detonante.Alto poder anti-detonante. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

68 1.3. Combustíveis Gasosos Na temperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam numerosas vantagens sobre os demais combustíveis: Na temperatura ambiente e na pressão atmosférica, apresentam numerosas vantagens sobre os demais combustíveis: 1.Maior facilidade na reação de combustão 2.Maior facilidade de regular a entrada de ar 3.Maior extensão da chama 4.Maior facilidade de transporte 5.Maior facilidade de pré-aquecimento 6.Ausência de cinzas São sempre misturas gasosas; São sempre misturas gasosas; Composição varia: Composição varia: - forma de produção (combustíveis preparados) ou - fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais) - fonte de obtenção (no caso de combustíveis naturais) Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

69 Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir: Os constituintes mais comuns são os da tabela a seguir:Destaques: Gás natural: Combustível fóssil: Metano (CH 4 ) + Hidrocarbonetos Parafínicos (etano, propano e outros mais pesados) Ocorre: formações geológicas petrolíferas. Possui aplicações domésticas, industriais e automotivas. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

70 OBS.: O gás natural é um combustível menos poluente. Sua combustão é limpa, isenta de fuligem e outros materiais que possam prejudicar o meio ambiente. Geralmente apresenta baixos teores de contaminantes como o nitrogênio, dióxido de carbono, água e compostos de enxofre; Incolor e inodoro, o gás natural dissipa-se facilmente na atmosfera em caso de vazamento, por ser mais leve que o ar. Para inflamar é preciso que seja submetido a uma temperatura superior a 620°C. Além disso, o gás natural queima com uma chama quase imperceptível. Por questões de segurança, o gás natural comercializado é odorizado com enxofre Gás liquefeito de petróleo (GLP): Propano (C 3 H 8 ) + Butano (C 4 H 10 ) Utilizado: Combustível industrial, doméstico... São mais densos que o ar e em caso de vazamento, tendem a se depositar apresentando o perigo de explosão e/ou asfixia. OBS.: Normalmente comercializado em botijões no estado líquido, tornando-se gasoso à pressão atmosférica e temperatura ambiente na hora de sua utilização em fogão. Por ser um produto inodoro por natureza, um composto à base de enxofre é adicionado, dando-lhe um cheiro bastante característico para facilitar a detecção de possíveis vazamentos. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

71 Gás de hulha: Obtido: destilação seca da hulha, em ausência de ar, resultando ainda um resíduo combustível coque. Uma tonelada de hulha gera em média 300 a 350 m 3 de gás. Poder calorífico: a Kcal/m 3, 50 Kg de alcatrão, 700 a 750 Kg de coque e 80 Kg de águas amoniacais (fonte de NH 3 ) Gás de ar: Gás Pobre, devido seu baixo poder calorífico (1.200 a kcal/m 3. Obtido: Oxidação parcial do carbono, a partir do coque, carvões minerais ou vegetais; Gás de ar: Gás Pobre, devido seu baixo poder calorífico (1.200 a kcal/m 3. Obtido: Oxidação parcial do carbono, a partir do coque, carvões minerais ou vegetais; Gás de água: Apresenta em média: CO 2 5,1%; CO 40,2%; H 2 50%; CH 4 0,7 % e N 2 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 2700 Kcal/m 3. Obtido: injeção de vapor de água sobre carvão incandescente; Gás de água: Apresenta em média: CO 2 5,1%; CO 40,2%; H 2 50%; CH 4 0,7 % e N 2 4,0% em volume. Poder calórico: 2500 a 2700 Kcal/m 3. Obtido: injeção de vapor de água sobre carvão incandescente; Gases carburados: Gás de água ou gás misto enriquecido com vapores de hidrocarbonetos, obtidos craqueamento de um óleo combustível pesado. Poder calorífico: Kcal/m 3 ; Gases carburados: Gás de água ou gás misto enriquecido com vapores de hidrocarbonetos, obtidos craqueamento de um óleo combustível pesado. Poder calorífico: Kcal/m 3 ; Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

72 Gás de alto forno: Possui cerca de 30% de CO e pequena quantidade de H. Resultante: utilização parcial do CO para redução do minério de ferro dentro do alto forno. CO é produzido pela queima do coque com insuficiência de oxigênio durante o processo. Poder calorífico: 900 Kcal/m 3 (utilizado na própria siderúrgica, misturado ao gás de coqueira); Gás de tratamento de esgoto: Produzido: durante a digestão anaeróbica dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% de metano (CH 4 ) e poder calorífico: a Kcal/m Gás de tratamento de esgoto: Produzido: durante a digestão anaeróbica dos esgotos municipais. Contém 65 – 80% de metano (CH 4 ) e poder calorífico: a Kcal/m 3. Combustíveis UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

73 Gases residuais UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

74 Gases Residuais ou fumos: As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicos constituintes combustíveis com o oxigênio constituem os fumos da combustão, sendo estes, o veículo transporte da maior parte do calor gerado na combustão; As substâncias gasosas produzidas pela reação dos elementos químicos constituintes combustíveis com o oxigênio constituem os fumos da combustão, sendo estes, o veículo transporte da maior parte do calor gerado na combustão; CO 2, SO 2, CO, O 2, N 2 e vapor de água são os componentes normalmente presentes nos fumos; CO 2, SO 2, CO, O 2, N 2 e vapor de água são os componentes normalmente presentes nos fumos; A composição dos fumos pode ser apresentada em porcentagens em massa, em mols em volumes dos componentes. 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 o vapor água presente na mistura), ou em base úmida (quando o vapor de água presente r fumos é considerado um dos seus componentes). Os fumos podem ainda ser considerados em base seca (quando se despreza o vapor água presente na mistura), ou em base úmida (quando o vapor de água presente r fumos é considerado um dos seus componentes). A fumaça normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos fumos com neblinas e poeiras. As neblinas são constituídas por partículas de líquidos em suspensão (água hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dos gases). A fumaça normalmente vista nas chaminés é uma mistura dos fumos com neblinas e poeiras. As neblinas são constituídas por partículas de líquidos em suspensão (água hidrocarbonetos pesados condensados pelo resfriamento dos gases). As poeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas ou partículas sólida do combustível arrastada pelos gases). As poeiras são formadas por partículas sólidas em suspensão (cinzas ou partículas sólida do combustível arrastada pelos gases). Gases residuais UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

75 Cinzas UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

76 É o resíduo sólido da combustão de um combustível sólido. As cinzas de um carvão podaram ser intrínsecas ou acidentais. 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 no material, vegetal que deu origem ao carvão. As intrínsecas são constituídas pela matéria mineral que estava presente no material, vegetal que deu origem ao carvão. As acidentais são constituídas por argila, ou outra matéria inorgânica, depositada juntamente com o 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. 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 (FeS 2 ), silicatos hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretos alcalinos e outros compostos inorgânicos. A matéria mineral é normalmente constituída por piritas de ferro (FeS 2 ), silicatos hidratados de alumínio, carbonatos de cálcio e magnésio, cloretos alcalinos e outros compostos inorgânicos. As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após a queima total do carvão. Sua massa é normalmente menor que a massa da matéria mineral original. Isto se deve ao fato de que a matéria mineral original sofre decomposição parcial durante o processo de combustão. As cinzas são constituídas pelo resíduo que permanece após a queima total do carvão. Sua massa é normalmente menor que a massa da matéria mineral original. 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. Carvões de boa qualidade apresentam teor de cinzas que varia de 7 a 12% em massa. Cinzas UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

77 Reação de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

78 De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa. De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa. Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão se dá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado. Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão se dá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado. No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás. No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás. É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do combustível; É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do combustível; Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente. Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente. De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguinte maneira: De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguinte maneira: Reação de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

79 Tipos de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

80 Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadas no processo, podem ocorrer três tipos de combustão: Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor que quantidade estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível. A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo ter uma indicação da combustão obtida. A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo ter uma indicação da combustão obtida. Tipos de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

81 Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio. Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio. Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezível (ou nula) de CO. Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezível (ou nula) de CO. Tipos de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

82 Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

83 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 alimentar comburente em excesso. Duas são as razões da necessidade do excesso: a) Contato combustível - comburente À medida que se aumenta a quantidade de moléculas de O 2, aumenta a probabilidade de choque com as moléculas do combustível (ou com suas partículas finamente divididas). Assim, cresce a taxa de conversão dos reagentes em produtos da reação. b) Deslocamento do equilíbrio químico das reações. As reações de combustão ocorrem em fase gasosa, e são reações de equilíbrio químico (reversíveis). Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA

84 Os equilíbrios ocorrem como decorrência das temperaturas atingidas sendo impossível evitar que se estabeleçam. a °C CO + ½ O 2 CO 2 a °C H 2 + ½ O 2 H 2 O a °C C + ½ O 2 CO Como já foi visto, as reações diretas (sentido para a direita) são exotérmicas, liberam calor. Em decorrência, as reações inversas (sentido para a esquerda) são endotérmicas. Num processo de combustão sempre se atinge temperaturas elevadas, o que acarreta o estabelecimento do equilíbrio químico. Com o aumento da concentração de oxigênio no sistema, evitamos o deslocamento do equilíbrio no sentido da reformação dos reagentes (ou seja, para a esquerda). A porcentagem de ar em excesso é expressa em relação à quantidade teórica, estequiometricamente calculada. Trata-se de uma parcela a ser alimentada além da quantidade teórica (ou estequiométrica). UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

85 Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade de excesso deve ser limitada ao valor que propicie ganho do calor. Para que se obtenha um rendimento máximo do processo, a quantidade de excesso deve ser limitada ao valor que propicie ganho do calor. O que nota é que a partir de uma certa quantidade, o aumento do excesso apresenta como resultado uma diminuição na temperatura da câmara de combustão. Isto ocorre porque o comburente alimentado em excesso exagerado além de não contribuir para o aumento da energia gerada, rouba calor do sistema, aquecendo-se. O que nota é que a partir de uma certa quantidade, o aumento do excesso apresenta como resultado uma diminuição na temperatura da câmara de combustão. Isto ocorre porque o comburente alimentado em excesso exagerado além de não contribuir para o aumento da energia gerada, rouba calor do sistema, aquecendo-se. Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de uma fonte quente para uma fria, é a diferença de temperatura. Sabe-se que a força propulsora da transferência do calor de uma fonte quente para uma fria, é a diferença de temperatura. Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperatura da fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor (aquecer), embora tenha-se geração de calor no processo. Assim, se, no limite, resfria-se a câmara de combustão até a temperatura da fonte fria, perde-se capacidade de transferir calor (aquecer), embora tenha-se geração de calor no processo. A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da construção da instalação e das condições de operação. A quantidade adequada do excesso a ser aplicado depende do tipo de combustível, da construção da instalação e das condições de operação. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

86 Levando-se em conta somente o estado físico do combustível, o excesso recomendado varia conforme segue: Levando-se em conta somente o estado físico do combustível, o excesso recomendado varia conforme segue: combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso; combustíveis gasosos 5 a 30% de ar em excesso; combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso; combustíveis líquidos 20 a 40% de ar em excesso; combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso. combustíveis sólidos 30 a 100% de ar em excesso. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

87 Ordem de Grandeza do Excesso de Comburente O controle tem como objetivo, verificar se uma combustão está sendo efetuada com a porcentagem correta de ar em excesso, de acordo com o combustível queimado e demais condições do processo. O controle tem como objetivo, verificar se uma combustão está sendo efetuada com a porcentagem correta de ar em excesso, de acordo com o combustível queimado e demais condições do processo. Os fumos são analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagens volumétricas de CO 2, O 2, CO e N 2 em base seca (isenta do vapor de água). Os fumos são analisados no aparelho de Orsat, obtendo-se as porcentagens volumétricas de CO 2, O 2, CO e N 2 em base seca (isenta do vapor de água). O excesso adequado de ar e fatores como o tipo de queimador, a atomização do combustível e o efetivo controle do processo, contribuem para o aumento da eficiência na geração de calor. O excesso adequado de ar e fatores como o tipo de queimador, a atomização do combustível e o efetivo controle do processo, contribuem para o aumento da eficiência na geração de calor. Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça geralmente apresenta coloração negra e contém fuligem, em conseqüência da queima incompleta do carbono. Na combustão com insuficiência de comburente a fumaça geralmente apresenta coloração negra e contém fuligem, em conseqüência da queima incompleta do carbono. Quando o excesso de ar é adequado a coloração oscila entre cinza e marrom claro, na maior parte das vezes. 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 normalmente coloração branca. Quando a quantidade de ar é excessiva, a fumaça apresenta normalmente coloração branca. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

88 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. 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 da quantidade estequiometricamente calculada, a parcela existente no combustível. Se o combustível contém oxigênio na sua constituição, deve-se subtrair da quantidade estequiometricamente calculada, a parcela existente no combustível. De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio da relação a seguir, a qual é válida tanto para quantidades de matéria como para volumes: De forma resumida pode-se definir o oxigênio teórico por meio da relação a seguir, a qual é válida tanto para quantidades de matéria como para volumes: O 2 teórico = O 2 para a combustão completa - O 2 do combustível UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

89 Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão considera-se a seguinte seqüência de reações: Para efeito de cálculos estequiométricos de combustão considera-se a seguinte seqüência de reações: C + 1 O 2 CO 2 H 2 + ½ O 2 H 2 O S + 1 O 2 SO 2 Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não havendo a quantidade necessária para oxidar totalmente o carbono e o hidrogênio), considera-se que o oxigênio disponível queimará todo o hidrogênio e oxidará todo o carbono a CO. Assim, se ocorrer insuficiência na alimentação de oxigênio (não havendo a quantidade necessária para oxidar totalmente o carbono e o hidrogênio), considera-se que o oxigênio disponível queimará todo o hidrogênio e oxidará todo o carbono a CO. Uma parte do CO formada será oxidada a CO 2 pelo oxigênio restante. Uma parte do CO formada será oxidada a CO 2 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. Nesses casos, há perda de calor latente nos fumos, pois perde-se combustível sem queimar, o que não é interessante na prática. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

90 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. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

91 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. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA Razões do uso de excesso de comburente em processos de combustão

92 1) O que são combustíveis e como são classificados? 2) O que são elementos elementares e secundários de um combustível e quais as suas influências? 3) Deduzir as equações de massa e quantidade de matéria (mol) da relação de hidrogênio livre e combinado. Dados: H L = H C + H L 4) Um combustível apresenta a seguinte composição em 1kg: Para 1kg de combustível, pede-se: a) a quantidade de matéria e em massa, as quantidades de hidrogênio livre e conbinado; b) as massas de água formada, combinada e total nos fumos da combustão; c) a massa de água do combustível; d) a massa de combustível capaz de gerar calor. 5) Considere os combustíveis X e Y de composições percentuais em massa: a) em qual deles a porcentagem de hidrogênio combinado é maior? b) em qual deles a porcentagem de hidrogênio livre é maior? c) qual o mais agressivel a aparelhagem? d) em qual deles a quantidade de água nos produtos da combustão é maior? UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA 2 ª Lista

93 6) Quais são as principais características dos combustíveis líquidos, sólidos e gasosos, dê exemplos desses combustíveis? 7) O que são gases residuais ou fumos e cinzas de um processo de combustão? 8) Monte o esquema do processo de combustão básico. 9) Um combustível sólido apresenta a seguinte composição em porcentagem em massa: Considere a queima de 1kg desse combustível com 60% de ar em excesso, calcular: a) quantidade de matéria de O2teórica; b) quantidade de matéria de ar teórico; c) quantidade de matéria de O2­ em excesso; d) quantidade de matéria de O2 real; e e) quantidade de matéria de ar real 10) Com base da composição química do combustível do exercício (4), considerando a queima de 1kg desse combustível com 30% de ar em excesso, calcular: a) quantidade de matéria de O2teórica; b) quantidade de matéria de ar teórico; c) quantidade de matéria de O2­ em excesso; d) quantidade de matéria de O2 real; e e) quantidade de matéria de ar real UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA 2 ª Lista

94 11) Explique como funciona o aparelho de Orsat (análise dos fumos de uma combustão e que gases são analisados? Dados: para os exercícios 9 e 10 utilize as seguintes reações químicas do C, H e S C + O 2 = CO 2 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol H 2 + ½ O 2 = CO 2 1mol ½ mol 1mol 1mol ½ mol 1mol S + O 2 = SO 2 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol 1mol Massa atômicas : C = 12; H = 1; O = 16; S = 32 Mol n = m [g] / M [g/mol] onde m = massa M = massa atomica ou massa molar UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA ELÉTRICA 2 ª Lista


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