COMBUSTÍVEIS
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
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
Carvão
Carvão
Carvão
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) 6031 6633 6491 6055 5435 Inferior (kcal/kg) 5947 6343 6190 5835 5206
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 25,16 6305 7030 6815 6226 6245 6759 6529 6017 Muito curta Longa Longa Média Brasileiro 28,49 44,68 26,83 59,87 3,78 7,01 2,51 26,83 5798 5594 Longa
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 27,40 11 4750 Santa Catarina 50,6 3,11 0,80 2,00 17,73 25,76 15 6340 Paraná 51,8 3,34 0,52 3,60 7,58 33,16 10 6310
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
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 %
Poder calorífico superior da lenha (kcal/kg) Cabreuva 4115 Canelinha 4010 Cedro 3990 Eucalipto 3340 3800 Figueira 3390 Ipê 4020 Jacarandá 3780 Jequitibá 3980 Nó de pinho 4500 Peroba 3720 Pinho 3300
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
Combustível Bagaço de cana Combustíveis sólidos artificiais Umidade % 50 Mat. Vol. % 49 Cinzas % 1 Pci kcal/kg 2200 Peso esp. Kg/m 3 150 Serragem (pinho) 40-1 2000 300 Cavacos (pinho) 25-1 2500 500 Casca de arroz 12 - - 3300 140 Palha de trigo 20-1 3200 160 Palha de amendoim 12-1,5 3100 150
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
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 0,867 10833 10161 2 85,7 12,7 0,85 0,852 11000 10333 3 85,4 12,8 0,63 0,855 10931 10256
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 0,8875 45 61,2 10750 10160 101 0,05 0,9558 0 122 10450 9800 102 * Segundo Saybolt Furol
COMBUSTÍVEIS GASOSOS Gás natural (exemplos) Amostra Metano Etano O 2 CO 2 N 2 Hélio A 80 7,2 - - 12,8 0,06 B 72 16,7 - - 11,3 - C 90 3 0,1 0,8 5,0 0,11 D 94-0,4 0,6 5 0,05
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 11400 kcal/nm 3 Densidade 0,796 referida ao ar a 15 C
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
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
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
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
O carbono queima segunda e reação exotérmica: C + O2 CO2 + Q Q = 8100 kcal = 33906 kj kg kg H O hidrogênio queima segunda e reação exotérmica: + 1 O2 H 2O + Q 2 2 Q = 33900 kcal = 141702 kj kg kg O enxofre queima segunda e reação exotérmica: S + O2 SO2 + Q Q = 2210 kcal = 9237 kj kg kg
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)
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 2 + 16 = 18 1 9 1 kg de Hidrogênio forma 9 kg de água Pci = Pcs 9 + ( H W ) h lv água kj kcal lv 2500 600 kg h água kg
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
Calorímetro
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 8100 33960 2214 2419 13279 12410 12044 12034 11699 11954 Pcs - 2893-2866 9015 15949 23051 14365 20790 13341 8100 28702 2214 2419 11965 11360 11089 11284 10948 11551 Pci kcal kcal kcal 3 Nm kg 3 Nm - 2448-2866 8126 14405 21127 13466 19455 12887
Determinação analítica do poder calorífico De acordo com os dados da tabela anterior O Pci = 8100 C + 33960 H + 2214 S 600 + 9 8 Fórmula de Dulong s O Pci = 8100 C + 29000 H + 2500 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
Fórmula de Mendelejeff para óleos combustíveis ( S O) Pci = 8100 C + 30000 H 2600 + Erros da ordem de 4% a 5% para óleos combustíveis Método prático para estabelecer o Pcs de óleos combustíveis Pcs = 7278 + 3111 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) + 2448( H ) + 8126( CH ) + ( C ) + K = 2866 2 4 11360 2H 6 kj Pci dado em 3 Nm
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 6,81 - - W 2,50 0,26 0,80 Kcal/kg 7604 9598 9783 Kcal/kg 7704 - - Kcal/kg - 10060 10414 % +1,30 +4,81 +6,45 Kcal/kg 9877 9921 % +2,91 +1,41