Cálculo da Combustão

Transcrição

1 Cálculo da Combusão

2 Cálculo da Combusão Os cálculos da combusão baseiam-se nas reações esequioméricas dos elemenos combusíveis Elemenos aivos no combusível Reaem com Oxiênio Cbono C CO Hidroênio H H O Enxofre S SO 1/1/00 1:54

3 Triânulo da Combusão Combusível Comburen e I nição 1/1/00 1:54 3

4 Combusão Complea Combusão complea C, H e S CO, H O e SO Produos da combusão CO, H O, SO, N... Combusão incomplea CO Composição do Ar Oxiênio Niroênio % em peso 3,15 76,85 % em volume 0,9 79,1 1/1/00 1:54 4

5 Ar eórico O, eoricamene necessário, decorre das reações de combusão Pesos molecules (K/Kmol) C 1,01 H,016 O 3,00 S CO 8,01 CO 44,01 H O 3,06 18,016 SO 64,06 Ar 8,90 olume mol (Nm 3 /Kmol) O,39 CO,6 SO 1,89 N,40 H O CO,40 H,43 CH 4,36,4 C H 4,16 C H 6,40 5

6 O mol é uma das see unidades básicas do SI, e é definida como: Um mol é o número de áomos numa amosra de 1 de cbono 1 Número de Avoadro 1 mol 6, unidades elemenes áomos moléculas 1/1/00 1:54 6

7 Reações de combusão Combusíveis sólidos e líquidos Cbono C O CO 1 kmol 1 kmol 1 kmol 1,01 K 3 K 44,01 K 1 K x y 1 K de cbono exie 3 x 1,01,664 K de O 44,01 e produz y 1,01 3,664 K de CO 1/1/00 1:54 7

8 Reações de combusão C O CO 0 Nm 3,39 Nm 3,6 Nm 3 1 K,664 K 3,664 K 1 K de cbono exie,664 K de O ,39 Nm 1, Nm de O Kmol 3 K Kmol e produz 3,664 K de CO ,6 Nm 1, Nm de CO Kmol 44,01 K Kmol 1/1/00 1:54 8

9 O cbono não queimado compleamene reae seundo C ½ O CO 1,01 K 16 K 8,1 K 1 K x y 1 K de cbono exie 16 x 1,33 1,01 K de O e produz 8,01 y, 33 K 1,01 de CO 1/1/00 1:54 9

10 Reações de combusão C ½ O CO 0 Nm 3 11,195 Nm 3,4 Nm 3 1 K 1,33 K,33 K 1 K de cbono exie 1,33 K de O ,195 Nm 0, Nm de O Kmol 16 K Kmol e produz,33 K de CO 3 Nm 3,4 1,8649Nm de CO K Kmol 8,01 Kmol 1/1/00 1:54 10

11 Reações de combusão Combusíveis sólidos e líquidos H ½ O H O,016 K 16 K 18,016 K 1 K x y Hidroênio 1 K de hidroênio exie 16 x,016 7,94 K de O e produz 18,016 y 8,94 K de H O,016 1/1/00 1:54 11

12 Reações de combusão H ½ O H O,43 Nm 3 11,195 Nm 3,4 Nm 3 1 K 7,94 K 8,94 K 1 K de hidroênio exie 7,94 K de O 3 11,195 Nm 5, 93 Nm Kmol 16 K Kmol e produz 8,94 K de H O 3,4 Nm 11, Nm K Kmol 1 18,016 Kmol 1/1/00 1: de O de H O

13 Reações de combusão Combusíveis sólidos e líquidos Enxofre S O SO 3,06 K 3 K 64,06 K 1 K x y 1 K de enxofre exie 3 x 3,06 0,998 K de O e produz 64,06 y 1,998 3,06 K de SO 1/1/00 1:54 13

14 Reações de combusão S O SO 0 Nm 3,39 Nm 3 1,89 Nm 3 1 K 0,998 K 1,998 K 1 K de enxofre exie 0,998 K de O ,39 Nm 0, Nm Kmol 3 K Kmol e produz 1,998 K de SO 3 1,89 Nm 0, 683 Nm Kmol 64,06 K Kmol de O 1/1/00 1: de SO

15 olume de eórico O O 1,864 C 5,93 H 0, 698 7, ,876 C 8,38 H 3,34 S 3, 56 O O volume de é expresso em: O S K Nm 3 de de combusível 1/1/00 1:54 15

16 Massa de eórico ou O m O,664 C 7,94 H 0, 998 7,94 m 100 m 3,15 m 11,51C 34,98 H 14,36 S 4, 3 O m C H S O 138, O S A massa de é expressa em: K de K de combusível 1/1/00 1:54 16

17 olume de Real Excesso de e r m m r e. r O excesso de deve anir a combusão complea Quano maior for o excesso de maiores serão as perdas de calor sensível nos ases da combusão 1/1/00 1:54 17

18 Combusível Cvão briado Cvão briado Cvão moído Cvão pulverizado Óleo combusível Óleo combusível Óleo combusível Lenha Baaço de cana Gás de refinia Ciclone Excesso de Ar Fornalha Grelha roaiva - Ar forçado Grelha plana - Ar naural Ineralmene irradiada Queimador de óleo de baixa pressão de Queimador de pulverização mecânica Queimador de pulverização mecânica com vapor auxili Grelha plana Ar naural Grelha plana Ar forçado Grelha inclinada Fornalha celul Queimador com reisro e 1,15 1,5 1,5 1,65 1,10 1,15 1,15 1,0 1,3 1,4 1,0 1,5 1,05 1,15 1,4 1,5 1,3 1,35 1,4 1,5 1,5 1,30 1,05 1,10

19 olume de ás eórico ( 9H ) 1, 4 1,864 C 0,683 S 0,8 N 0,79 W Esa equação inclui: Gases da própria combusão CO, SO e H O Niroênio do combusível com volume específico v0,8 Nm 3 /k Niroênio do eórico 0,79 apor d áua de volume específico 1,4 Nm 3 /k O volume de ás é expresso em: Nm 3 de ás K de combusível 1/1/00 1:54 19

20 Massa de ás eórico m 3,664 C 8,94 H 1,998 S N 0, 77m W ou C W S m 44 9 H 64 N 0, 7685m A massa de é expressa em: K de ás K de combusível 1/1/00 1:54 0

21 Gás real r ( ) e 1 r ( ) e m m m 1 1/1/00 1:54 1

22 1/1/00 1:54 Queima de Gás Naural Queima de Gás Naural i n m i i O H C n m H CO i i 4,38 i n m i i O N O H CO H C n m H CO i i 0,79 4 K K * aplica-se ambém a ouros ases combusíveis

23 Fórmulas práicas Rosin e Fehlin Pa combusível sólido 1,01. Pci 0, ,89. Pci 1, Pci em em kj k Nm 3 k Pa combusível liquido 0,85. Pci ,11. Pci 4186,0 O erro pode ser demasiado rande Em ermos erais a mem de erro é olerável 1/1/00 1:54 3

24 Fórmulas práicas Rosin e Fehlin Pa ases com Pci 1,09. Pci ,14. Pci 4186 Pa ases com 0,5 0,5 0,875. Pci 4186 > 1500 kj Pci < 1500 kj 0,75. Pci 4186 Pci kj k 3 Nm k 1/1/00 1:54 4 k k em em

25 Composição dos ases da combusão (% em volume) r 1,864 C 0,683 S 0,8 K N 0,79 K ( 9H W ) 1,4 ( e 1) Teor de CO 1,864 r C Teor de SO 0,683 r S 1/1/00 1:54 5

26 r 1,864 C 0,683 S 0,8 K N 0,79 K ( 9H W ) 1,4 ( e 1) Teor de N Teor de 0,8 N H O 0,79 r ( 9H W ) r 1,4 Teor de Ar ( e 1) r 1/1/00 1:54 6

27 Composição dos ases da combusão (% em massa) m r 3,664 C 8,94 H W 1,998 K0,77m S K N ( ) e 1 m Teor de CO 3,664 r m C Teor de H O 8, 94 H r m W 1/1/00 1:54 7

28 m r 3,664 C 8,94 H W 1,998 K0,77m S K N ( ) e 1 m Teor de SO 1,998 r m S Teor de N 0, 77 m m r N Teor de Ar ( e 1) m r m 1/1/00 1:54 8

29 Peso específico dos ases da combusão ρ m r r ( ) ρ i % ρi i Massa molecul Gás H O k/kmol CO 44 SO N 64 8 O 3 18 ρ i M i k,4 Nm 3 ρ ( CO ). ρ ( H O) CO. ρ H O K K ( N ) ( ) ( ). ρ N O.. ρo SO ρso O peso específico médio dos ases é da ordem de 1,34 k/nm 3 9

30 Peso específico dos ases da combusão ρ i 1 mi ρ (%) i ρ ( ) m( H O) m( N ) m( O ) m( SO ) m CO ρ CO ρ H O 1 ρ N ρ O ρ SO 1/1/00 1:54 30

31 iação do volume dos ases da combusão com a emperaura p mrt Pressão consane mr p consane T T o o T o T o 1/1/00 1:54 31

32 Calor específico dos ases da combusão O calor específico depende da composição dos ases e sua emperaura (%) Cp mi. i (%) Cp i. i Cp Cp i i Cp em kj i k. o C Cp em kj i 3 Nm. o C 1/1/00 1:54 3

33 Conduividade érmica dos ases da combusão

34 iscosidade dos ases da combusão iscosidade dinâmica pa uma misura de ases: µ i ρ ρi i % µ i ( ) µ µ CO. ( CO ) µ. ( H O) µ. ( N ) µ. ( O ) µ ( SO ) H O N O SO ρ CO. ρ H O ρ ρ N ρ O ρ SO 1/1/00 1:54 34

35 iscosidade dos ases da combusão

36 Umidade absolua dos ases da combusão A umidade absolua se mede pela massa de vapor d áua conida na unidade de volume do ás µ k 3 Nm de de áua sêco µ 1 k de áua 3 Nm de úmido 1 µ µ 1 ρ µ 1 1 µ µ 1 µ ρ 1/1/00 1:54 36

37 Umidade relaiva dos ases da combusão A umidade relaiva é a relação enre a massa específica do vapor d áua no ás úmido, nas condições de rabalho, e a máxima massa específica possível do vapor d áua nas mesmas condições de rabalho ρ pi y y ρ p máx sa ρ Massa específica do vapor de áua no ás úmido à pressão de rabalho p ρmáx Máxima massa específica possível do vapor de áua na mesma pressão 1/1/00 1:54 37

38 Análise dos produos da combusão Insrumenos de medição deerminam o eor de CO, O e CO Apelho de ORSAT A burea medidora de 100 cm 3 B solução de hidróxido de poássio (KOH) pa absorver o CO C solução de piroalao de poássio [C 6 H 3 (OH) 3 KOH] pa absorver o O D solução de cloreo cuproso amoniacal [Cu(NH 3 ) Cl] pa absorver o CO O resulado obido no Orsa represena a composição dos fumos na base seca 1/1/00 1:54 38

39 1/1/00 1:54 39

40 Analisador de CO ipo ampulhea Analisador de CO por conduividade érmica 1/1/00 1:54 40

41 Analisador de O por convecção ermomanéica do oxiênio 1/1/00 1:54 41

42 Combusão complea A combusão se diz complea quando oda a maéria combusível reae com o oxiênio O cbono puro ao queim com esriamene necessário, forma um volume de CO que subsiui os 1% de O na misura N O Porano, o CO máx do cbono puro é 1% Os combusíveis naurais submeidos à combusão complea com exriamene necessário fornecem um eor de CO máx inferior a 1% Combusível (CO ) máx % Cbono puro Anracio Óleo Pci9750 kcal/k Gás de alo forno 1/1/00 1:54 4 Gás naural ,8 5 1

43 Deerminação do excesso de Méodo 1: São conhecidos o eor de CO nos ases e a composição do combusível Teor de CO no ás seco s volume dos ( CO ) ' ases Sem excesso de a ( e 1) máx 1/1/00 1:54 43 seco s 1,864 C 1,864 C '( CO ) s

44 Dividindo a a equação pela 1 a. ' ( ) '( CO ) ( e ) s máx s CO 1 ' ( ) '( CO ) ( e ) CO máx 1 1 s Como s e ' ( CO ) '( CO ) máx 1/1/00 1:54 44

45 Deerminação do excesso de Méodo : São conhecidos os componenes do ás e não se conhece a composição do combusível O excesso de se esabelece pela fórmula: 1 e ' Se reduz, com suficiene aproximação, a: 1 79 ' 1 ( O ) ( N ) e ( CO ) Aplica-se com aproximações pa combusíveis naurais com predomínio de cbono Não serve pa combusíveis líquidos e asosos 1/1/00 1:54 45 '