Combustão: Uma análise estequiométrica
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- Maria Antonieta Cruz Philippi
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1 Combustão: Uma análise estequiométrica Hanniel Freitas Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte - Campus Apodi Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 1 / 11
2 Introdução Processos de combustão A combustão de fontes combustíveis como forma de gerar calor é um processo muito antigo. A descoberta do fogo remonta aos primórdios da linha evolucionária que leva até o Homo sapiens Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 2 / 11
3 Uma reação de combustão pode ser classificada como... Completa: Liberação de CO 2, H 2 O e energia. Incompleta: Liberação de CO 2, H 2 O, intermediários (CO, etc) e energia Uma reação de queima estequiométrica é realizada através da completa oxidação do combustível, ou seja: todo ele é queimado. Em base molar (ou volumétrica), o ar possui aproximadamente: 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de Argônio. Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 3 / 11
4 Exercício: Determine a composição do ar em base mássica (CNTP) ;) Massa molar O 2 : 32 g.mol 1 Massa molar N 2 : 28 g.mol 1 Densidade O 2 : 1, 33 kg.m 3 Densidade N 2 : 1, 165 kg.m 3 Volume de 1 mol na CNTP: 22, 4 L Constante R: 0, 082 atm.l.mol 1.K 1 Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 4 / 11
5 Queima do carbono C + O 2 CO 2 Queima do metano CH 4 + O 2 CO 2 + 2H 2 O Queima de hidrocarbonetos C xh y + ( x + y 4 ) O2 x CO 2 + y 2 H 2O Queima de alcóois ( ) C xh yo + x + y 2 O 4 2 x CO 2 + y 2 H 2O Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 5 / 11
6 Exercício: Deduza as equações para a queima estequiométrica de hidrocarbonetos e alcóois. Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 6 / 11
7 A formação de água na combustão é resultado da presença de hidrogênio no combustível. Conforme já foi discutido, a evaporação da água consome parte da energia útil proporcionada pela queima do material (P CI P CS) Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 7 / 11
8 A formação de água na combustão é resultado da presença de hidrogênio no combustível. Conforme já foi discutido, a evaporação da água consome parte da energia útil proporcionada pela queima do material (P CI P CS) Quanto menor a quantidade de água no combustível (umidade), menor será a diferença P CS P CI. Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 7 / 11
9 1 PCS: Produtos da combustão contém água em estado líquido. 2 PCI: Produtos da combustão contém água em estado gasoso. Dentre as diversas fórmulas utilizadas para a relação direta entre estas grandezas, a demonstrada a seguir é bastante comum (Garcia, 2002): ( ) P CI = P CS 2440 kj kg hidrogênio kg água 9 + u kg kg combustível kg combustível seco Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 8 / 11
10 Exercício: Usando a a fórmula de Garcia(2002), determine o PCI do etanol e compare-o com o valor tabelado a seguir. Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 9 / 11
11 Determinação da quantidade de oxigênio para queima A reação de combustão consiste em uma oxidação, cujo agente oxidante é o oxigênio, ocasionando a redução do material combustível. Quantidade de oxigênio estequiométrica: Quantidade de oxigênio necessária para oxidar todo o material combustível, de acordo com a proporção estequiométrica. Quantidade de oxigênio em excesso: Quantidade de oxigênio que ultrapassa a quantidade extequiométrica, utilizada para garantir a queima completa. Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 10 / 11
12 Exemplo Calcular a vazão de ar estequiométrica necessária para garantir a queima completa de metano em um motor, no qual a vazão de admissão é de 10 kg/min. Resolução Seja a massa molar do CH 4 de 16 g/mol, tem-se que: 10 kg/min = 625 mol/min A equação estequiométrica de queima é:ch 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Logo, são necessários 2 mols de O 2 por mol de CH 4 queimado. Para a vazão calculada, teremos: 625 mol/min 2 mols de O 2 = 1250 mols de O 2 kg de oxigênio = 40 mol de CH 4 min min Sendo o ar composto de 23% (kg/kg) de oxigênio, a quantidade necessária será: 40 kg de oxigênio kg de oxigênio /0, 23 min kg de ar 173, 91 kg de ar min Hanniel Freitas Combustão: Uma análise estequiométrica 11 / 11
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