COMBUSTÃO DEFINIÇÃO COMBUSTÍVEL - COMBURENTE - TEMPERATURA

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2 COMBUSTÃO DEFINIÇÃO COMBUSTÍVEL - COMBURENTE - TEMPERATURA

3 Quadro 1 - Entalpia de combustão ( H), a 25ºC, de algumas substâncias encontradas nos principais combustíveis utilizados. Componente. g/mol kj/mol kcal/mol Carbono C CO 12, ,5 26,39 CO CO 2 28, ,0 67,59 C CO 2 12, ,5 93,98 Hidrogênio H 2 H 2 O (l) 2, ,83 68,27 H 2 H 2 O (v) 2, ,82 57,76 Enxofre S SO 2 32, ,2 66,33

4 ENTALPIA DE COMBUSTÃO PODER CALORÍFICO (PCI e PCS) O cálculo teórico do poder calorífico inferior de um combustível sólido ou líquido, em kcal/kg, pode ser efetuado pela expressão que se segue, baseada nas reações de combustão dos componentes puros (Quadro 1). P.C.I. (kcal/kg) = 7832 C + ( H - O/8 ) S 615 W O valor pelo qual se multiplica o teor de água corresponde à entalpia de aquecimento da água de 25ºC a 100ºC ( 74 kcal/kg) somado a entalpia de vaporização da água (541kcal/kg), à pressão de 101,3 kpa.

5 Quadro 2 Poder calorífico inferior de alguns combustíveis utilizados. Combustíveis Poder calorífico inferior kj/kg kcal/kg Gás liquefeito de petróleo Gasolina A Gasolina com 20% de álcool Óleo diesel Álcool combustível Óleo combustível Carvão mineral Carvão vegetal Lenha Bagaço de cana

6 13036, % 11995, x x = 92,02% (diferença de 7,98%) CH 4 C 2 H 6 mol = = 16 mol = (12 x 2) + (6 x1) = % % x x Teor de carbono = 75 % Teor de carbono = 80 % Teor de hidrogênio = 25 % Teor de hidrogênio = 20 % PCI = (7832 x 0,75) + (28650 x 0,25) PCI = (7832 x 0,80) + (28650 x 0,20) PCI = 13036,50 kcal/kg PCI = 11995,6 kcal/kg Diferença

7 C 2 H 5 OH PCI = 6577,42 kcal/kg mol = (12 x 2) + (6 x 1) + (16 x 1) = % % % x x x Teor de carbono = 52,174 % Teor de hidrogênio = 13,043 % Teor de oxigênio = 34,783 % PCI = (7832 x 0,52174) + ((0,13043 (0,34783/8)) x 28650)

8 CONSUMO DE AR Considerando a existência de 23,2%, em massa, de oxigênio no ar atmosférico, temos a seguinte relação: 100/23,2 = 4,31/1 e, com ela, podemos elaborar o quadro 3 fundamentado no que segue: H 2 + 1/2 O 2 H 2 O 2, ,016 Temos, portanto, para o hidrogênio, (16 x 4,31)/2,016 = 34,20. De acordo com as respectivas reações de combustão e o raciocínio análogo, teremos a quantidade de ar por kg de combustível para o carbono e para o enxofre.

9 Quadro 3 - Relação ar/combustível para alguns elementos encontrados nos principais combustíveis. Combustível Transformação Massa molar Kg de ar/kg combust. Hidrogênio (H 2 ) H 2 O 2,016 34,21 Carbono CO 2 12,011 11,48 Enxofre SO 2 32,066 4,30 ESTIMATIVA DO CONSUMO DE AR kg de ar / kg de combustível = 34,21 H + 11,48 C + 4,3 S - 4,30. O

10 Exemplos ilustrativos A análise elementar de um combustível sólido apresentou a seguinte composição centesimal: 58,02% de carbono; 3,04% de hidrogênio; 0,98% de nitrogênio; 16,02% de oxigênio; 4,03% de enxofre e 17,91% de cinzas. Baseado na composição centesimal faça uma estimativa do poder calorífico inferior (PCI) e do consumo de ar atmosférico, considerando um excesso de 30% de ar e combustão completa. a) Poder calorífico inferior (PCI) PCI = 7832 x 0, (0,0304 0,1602/8) x x 0,0403 PCI = 4924,59 kcal/kg de combustível. b) Consumo de ar atmosférico para a sua combustão completa. Consumo de ar = (34,21x0, ,48x0, ,30x0,0403 4,30x0,1602)x1,30 Consumo de ar = 9,34 kg de ar/kg de combustível.

11 2 Fazer uma estimativa do poder calorífico inferior (PCI) e do consumo de ar atmosférico, considerando 25% em excesso, para a combustão completa do álcool etílico. a) Composição centesimal do álcool etílico C 2 H 5 OH Teor de carbono = 24,022x100/46,07 C = 52,14% Teor de hidrogênio = 6,048x100/46,07 H = 13,13% Teor de oxigênio = 16x100/46,07 O = 34,73%. b) Poder calorífico inferior (PCI). PCI = 7832 x 0, (0,1313 0,3473/8) x PCI = 6601,58 kcal/kg de álcool etílico. c) Consumo do ar atmosférico considerando 25% em excesso e combustão completa. Consumo de ar = [34,21x0, ,48x0,5214 4,31 x 0,3473] 1,25 Consumo de ar = 11,23 kg de ar/ kg de álcool etílico.

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16 INVERSÃO TÉRMICA.

17 CETESB São Paulo vista do topo do Pico do Jaraguá.

18 Cidade de São Paulo - 28 de abril de 2003 (Caio Guatelli/Folha Imagem)

19 São Paulo

20 Smog fotoquímico Smog fotoquímico em São Paulo (~1990). O gás de cor castanha, NO 2, é formado quando o NO, que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar. (P.W. Atkins, Atoms, Electrons, and Change, pg. 135, 1991)

21 hn O 3 ozônio hn O oxigênio atômico H 2 O SMOG FOTOQUÍMICO Poluentes secundários O 3, H 2 O 2 NO 2 HO. Radical hidroxila NO 2 HNO 3 NO CO, O 2 CO 2 O 2 HO 2. HO 2. SO 2, O 2 SO 3 H 2 O 2 peróxido de hidrogênio H 2 O SO 2 H 2 SO 4 H 2 SO 4 Poluentes primários NO NO 2 SO 2 COVs Partículas H 2 O 2 HNO 3 Ácidos carboxílicos Íons solúveis Processos e reações em atmosfera urbana poluída.

22 Number of O 3 ultra-passage Ozônio Troposférico em São Paulo VOC hn OH RO 2 RO primavera NO NO 2 O 3 Reações entre compostos orgânicos voláteis (COVs) e NOx na presença de radiação solar, produzindo ozônio. Número de ultrapassagens de O Jan Feb Mar Apr Mai Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Número mensal de ultrapassagens do padrão de qualidade do ar de ozônio (160 g m -3 ) na RMSP, considerando todas as estações de monitoramento, no período entre 1997 e 2004 (CETESB, 2005).

23 Concentração em ug/m3 Ibirapuera de agosto de NO NO2 O3 0 Hora Local

24 Smog sulfuroso O episódio de poluição atmosférica em Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos

25 Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e tráfego veicular. Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande desastre de poluição de ar.

26 Perda de visibilidade São Paulo Cidade Universitária

27 Região central da cidade de São Paulo 24 de junho de

28 Paris Curitiba

Pb 2e Pb E 0,13 v. Ag 2e Ag E +0,80 v. Zn 2e Zn E 0,76 v. Al 3e Al E 1,06 v. Mg 2e Mg E 2,4 v. Cu 2e Cu E +0,34 v

Pb 2e Pb E 0,13 v. Ag 2e Ag E +0,80 v. Zn 2e Zn E 0,76 v. Al 3e Al E 1,06 v. Mg 2e Mg E 2,4 v. Cu 2e Cu E +0,34 v QUÍMICA 1ª QUESTÃO Umas das reações possíveis para obtenção do anidrido sulfúrico é a oxidação do anidrido sulfuroso por um agente oxidante forte em meio aquoso ácido, como segue a reação. Anidrido sulfuroso

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