COMBUSTÍVEIS. Classificação. Sólido Líquido Gasoso

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Maria Júlia Leão de Vieira
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1 COMBUSTÍVEIS

2 COMBUSTÍVEIS Combustível é toda substância, natural ou artificial, na fase sólida, líquida ou gasosa, capaz de reagir com o oxigênio do ar, mediante escorvamento, liberando calor e luz. Classificação Sólido Líquido Gasoso

reagir com o oxigênio do ar, mediante escorvamento,

3 Combustíveis sólidos naturais São extraídos da natureza e mediante preparação e tratamento, aplicados diretamente nos geradores de vapor Carvão fóssil Turfa Linhito Hulha Antracito Lenha

4 Carvão

5 Carvão

6 Carvão

7 Espécie de carvão Carvões latino-americanos Peruano Antracito (grosso) Chileno Schwager Colombiano Carvão como se recebeu: Mexicano Brasileiro Umidade % 4,35 5,65 4,75 2,75 6,26 Mat. Voláteis % 5,74 37,28 35,41 18,29 26,71 Carbono fixo % 73,50 46,25 44,39 54,49 41,88 Cinzas % 16,41 10,82 15,45 24,47 25,15 Poder calorífico Superior (kcal/kg) Inferior (kcal/kg)

Voláteis % 5,74 37,28 35,41 18,29 26,71 Carbono fixo % 73,50 46,25 44,39 54,49 41,88 Cinzas % 16,41

8 Espécie de carvão Mat. Voláteis % Carbono fixo % Cinzas % Análise elementar Carbono % Hidrogênio % Oxig.-Nitrog. % Enxofre % Cinzas % Poder calorífico Superior (kcal/kg) Inferior (kcal/kg) Combustão Chama Carvões latino-americanos Peruano Chileno Colombiano Mexicano Carvão dessecado a 105 C: 6,00 39,51 37,17 18,81 76,84 49,02 46,60 56,03 17,16 11,47 16,23 25,16 76,27 69,58 67,73 62,95 1,12 5,02 5,30 3,87 4,48 12,73 9,26 6,75 0,97 1,20 1,48 1,27 17,16 11,47 16,23 25, Muito curta Longa Longa Média Brasileiro 28,49 44,68 26,83 59,87 3,78 7,01 2,51 26, Longa

Carvão dessecado a 105 C: 6,00 39,51 37,17 18,81 76,84 49,02 46,60 56,03 17,16 11,47 16,23 25,16 76,27 69,58 67,73 62,95 1,12 5,02 5,30 3,87 4,48 12,73

9 Carvões nacionais Procedência Carbono fixo % H 2 (%) N 2 (%) S (%) O 2 (%) Cinzas (%) Água (%) Poder calorífico superior (kcal/kg) Rio Grande do Sul 46,0 4,05 0,29 12,99 9,27 27, Santa Catarina 50,6 3,11 0,80 2,00 17,73 25, Paraná 51,8 3,34 0,52 3,60 7,58 33,

do Sul 46,0 4,05 0,29 12,99 9,27 27,40 11 4750 Santa Catarina 50,6 3,11

10 1. Candiota 2. Hulha Negra 3. São Sepé 4. Iruí 5. Leão Butiá 6. Arroio dos Ratos 7. Charqueadas 8. Gravataí 9. Santa Catarina 10. Alfredo Wagner 11.Rio do Oeste 12.São José do Triunfo 13. Teixeira Soares 14. Rio Tabagí 15.Rio do Peixe 16.Ibaití 17.Wenceslau Braz 18.Barbosas

Alfredo Wagner 11.Rio do Oeste 12.São José do Triunfo 13.

11 Lenha Análise média da lenha seca C 47,5 % H 2 O 2 6,0 % 44,0 % N 2 1,0 % Cinzas 1,5 % 100 % Umidade Lenha verde 40 a 50 % Utilizada em G.V. 38 a 40 % Seca ao ar mín. 20 %

12 Poder calorífico superior da lenha (kcal/kg) Cabreuva 4115 Canelinha 4010 Cedro 3990 Eucalipto Figueira 3390 Ipê 4020 Jacarandá 3780 Jequitibá 3980 Nó de pinho 4500 Peroba 3720 Pinho 3300

3340 3800 Figueira 3390 Ipê 4020 Jacarandá 3780

13 Combustíveis sólidos artificiais Resultam da intervenção de um tratamento ou processo industrial que os tornam aptos a serem utilizados como combustível Coke Carvão de madeira Raramente usados na geração e vapor

que os tornam aptos a serem utilizados como

14 Combustível Bagaço de cana Combustíveis sólidos artificiais Umidade % 50 Mat. Vol. % 49 Cinzas % 1 Pci kcal/kg 2200 Peso esp. Kg/m Serragem (pinho) Cavacos (pinho) Casca de arroz Palha de trigo Palha de amendoim 12-1,

Kg/m 3 150 Serragem (pinho) 40-1 2000 300 Cavacos (pinho) 25-1 2500 500

15 Combustíveis líquidos artificiais São derivados do petróleo Gasóleo Produto destilado do petróleo, cuja viscosidade situa-se entre a dos óleos lubrificantes leves e querozene Óleo diesel É um produto pouco mais pesado que o gasóleo Óleo combustível Fuel oil Resulta do resíduo final líquido da destilação do petróleo

lubrificantes leves e querozene Óleo diesel É um produto pouco mais pesado que

16 Óleo diesel Amostra Composição % Densidade a 15 C Poder calorífico kcal/kg N C H S Sup. Inf. 1 85,6 12,7 1,07 0, ,7 12,7 0,85 0, ,4 12,8 0,63 0,

1 85,6 12,7 1,07 0,867 10833 10161 2 85,7 12,7

17 Composição Carbono % Hidrogênio % Enxofre % Óleo combustível APF 86,85 12,69 0,41 BPF 85,89 11,66 2,4 Água e sedimentos % Características Densidade (15 C) Ponto de fluidez ( C) Viscosidade SFS* (50 C) Pcs Pci Ponto de fulgor ( C) 0,05 0, , ,05 0, * Segundo Saybolt Furol

Ponto de fluidez ( C) Viscosidade SFS* (50 C) Pcs Pci Ponto de fulgor ( C) 0,05

18 COMBUSTÍVEIS GASOSOS Gás natural (exemplos) Amostra Metano Etano O 2 CO 2 N 2 Hélio A 80 7, ,8 0,06 B 72 16, ,3 - C ,1 0,8 5,0 0,11 D 94-0,4 0,6 5 0,05

2 Hélio A 80 7,2 - - 12,8 0,06 B 72 16,7 -

19 Gás de destilaria (exemplo) Metano Etano Hidrocarbonetos pesados Hidrogênio CO 1,1 % CO 2 O 2 0,3 % 0,3 % N 2 1,6 % Total = 46,3 % 31,4 % 10,0 % 9,0 % 100 % Poder calorífico superior kcal/nm 3 Densidade 0,796 referida ao ar a 15 C

20 Propriedades O conhecimento das propriedades de um combustível é essencial não só na elaboração de um projeto como na operação das unidades Geradoras de Vapor Um combustível gasoso se define completamente apenas pela sua composição qualitativa e quantitativa

das unidades Geradoras de Vapor Um combustível gasoso se define

21 Um combustível sólido deve ser identificado pelas seguintes propriedades físicas e químicas Poder calorífico inferior Teor de matérias voláteis Teor de enxofre Teor de cinzas Teor de umidade Temperatura de fusão das cinzas Granulometria ou estado de divisão Peso específico Composição química elementar

22 Um combustível líquido exige o conhecimento de: Poder calorífico inferior Peso específico Ponto de fulgor Ponto de fluidez Teor de umidade Teor de enxofre Viscosidade Composição química elementar

23 Composição Todos os combustíveis podem possuir em sua composição Carbono Hidrogênio Enxofre Nitrogênio Oxigênio Matérias voláteis Água Sais minerais Os combustíveis gasosos são constituídos praticamente por: Carbono Hidrogênio Oxigênio

24 O carbono queima segunda e reação exotérmica: C + O2 CO2 + Q Q = 8100 kcal = kj kg kg H O hidrogênio queima segunda e reação exotérmica: + 1 O2 H 2O + Q 2 2 Q = kcal = kj kg kg O enxofre queima segunda e reação exotérmica: S + O2 SO2 + Q Q = 2210 kcal = 9237 kj kg kg

25 PODER CALORÍFICO É a quantidade de calor liberada pela combustão completa de uma unidade de massa (ou volume) do combustível. É expresso em: kj kg ou kcal kg ou kj 3 Nm ou kcal 3 Nm Poder calorífico superior (Pcs) Poder calorífico inferior (Pci)

26 Pci = Pcs Calor do vapor de água Admitindo um combustível com: W no teor de umidade e H no de hidrogênio, que reage segundo H 2 + ½ O 2 H 2 O = kg de Hidrogênio forma 9 kg de água Pci = Pcs 9 + ( H W ) h lv água kj kcal lv kg h água kg

27 Determinação do poder calorífico Além dos processos experimentais de laboratório (calorímetro), o poder calorífico pode ser determinado analiticamente quando se conhece a composição elementar do combustível. Composição do combustível C = teor de carbono H = teor de hidrogênio S = teor de enxofre O = teor de oxigênio N = teor de nitrogênio W = teor de umidade Z = teor de cinzas

28 Calorímetro

29 Substância Carbono Hidrogênio Enxofre Monóx. C Metano Etano Propano Etileno Propileno Acetileno Poder calorífico de elementos e gases Fórmula C H 2 S CO CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 3 H 4 C 3 H 6 C 2 H 2 Peso molecular 12,01 2,016 32,06 28,01 16,041 30,067 44,092 28,051 42,077 32,06 kcal kg Pcs Pci kcal kcal kcal 3 Nm kg 3 Nm

30 Determinação analítica do poder calorífico De acordo com os dados da tabela anterior O Pci = 8100 C H S Fórmula de Dulong s O Pci = 8100 C H S 600W 8 Erros da ordem de 2% a 3% para combustíveis sólidos ( W H ) Para combustíveis líquidos, devido à presença de H 2 e S os erros são demasiado grandes

31 Fórmula de Mendelejeff para óleos combustíveis ( S O) Pci = 8100 C H Erros da ordem de 4% a 5% para óleos combustíveis Método prático para estabelecer o Pcs de óleos combustíveis Pcs = d d = densidade do óleo combustível a 15 C Erros da ordem de 2% para óleos combustíveis Combustíveis gasosos tem o Pci calculado por expressões do tipo Pci ( CO) ( H ) ( CH ) + ( C ) + K = H 6 kj Pci dado em 3 Nm

32 Comparação entre os métodos para determinar o Poder Calorífico Densidade: Óleo 1 = 0,988 Óleo 2 = 0,956 Pci estabelecido em lab Pci fórmula de Dulong s Pci fórmula Mendelejeff Erro Pci método prático Erro Elementos % Carvão Óleo (1) Óleo (2) C 81,49 87,27 87,00 H 2 4,26 10,17 11,30 O 2 3,31 0,50 0,61 N 2 0,80 0,10 0,10 S 0,83 1,70 0,19 Z 6, W 2,50 0,26 0,80 Kcal/kg Kcal/kg Kcal/kg % +1,30 +4,81 +6,45 Kcal/kg % +2,91 +1,41

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