Análise termodinâmica da Combustão

Apresentação em tema: "Análise termodinâmica da Combustão"— Transcrição da apresentação:

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

2 Combustíveis CO H2 CH4 C2H6 O2 CO2 9 53,6 25 --- 0,4 3 27 2 ---- 11 1
Gás de carvão 9 53,6 25 --- 0,4 3 Gás de alto-forno 27 2 ---- 11 Gás natural I 1 93 Gás natural II 80 18 -----

3 Processo de Combustão Conservação de massa
Pequena redução de massa ( kg/Kg combustível) : E=mc2 C + O2 = CO2 CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Ar: 3,76 moles de N2/mol O2 CH4 + 2O2 + 2(3,76) N2 = CO2 + 2H2O + 7,52 N2 Ar Teórico: quantidade mínima de ar necessária para oxidar os reagentes

4 Processo de Combustão Excesso de ar é requerido para circundar as moléculas de hidrocarboneto e assegurar combustão completa – 25 % de excesso CH4 + (1,25) (2) O2 + (1,25) (2) (3,76) N2 = CO2 + 2H2O + 9,4 N2 + 0,5 O2 Combustão incompleta : fuligem Condições para combustão completa: Mistura ar-combustível precisa estar na temperatura de ignição Oxigênio suficiente Contato entre oxigênio e combustível

5 Razão ar - combustível C2 H6 + 3,5 O2 + 3,5 (3,76) N2 = 2 CO2 + 3H2O + 13,17 N2 Razão moles de ar/moles de combustível = = (3,5 + 13,7)/1 = 16,67 R a/f = (16,67 x 28,97) / (1 x 30,068) = 16,05 Kg ar/Kg combustível

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

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

8 Entalpia de formação A entalpia de todos os elementos é suposta como sendo zero num estado de referência arbitrário a 25ºC e 1 atm A entalpia de formação do composto é sua entalpia na sua temperatura e pressão C + O2 = CO2 1a Lei da Termodinâmica: Q + HR = HP Q + R ni hi = P nj hj Q = HP = kJ = (hf0 )CO2

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

10 Célula de combustível Carga H2 (g) = 2H+ + 2e- Catodo Eletrodo poroso
H2 (g) = 2H+ + 2e- Anodo Catodo ½ O2 (g) + 2H+ = H2O Eletrodo poroso Hidrogênio Oxigênio H2 O Câmara de gases

11 Célula de combustível Voltagem de 1V a 1,3 V
Eficiência da célula =  = Trabalho máximo/Mudança de entalpia global  = G/H G = H – TS G0 = GP – GR = ( HP – HR) – T0 (SP – SR) G0 = P njhj - R nihi – T0 [P njsj - R nisi ] H2 (g) + ½ O2 (g) = H2O (l)

12 Célula de combustível G0 = GP = (gf0)H2O = -237 327 kJ/Kgmol
H = HP = (hf0 )H2O = kJ/Kgmol  = 0,83 G = - nV N = número de elétrons transferidos por molécula de combustível  kJ/V.Kgmol V – voltagem = 1,229 V