Article on Natural Gas

1. O COMBUSTÍVEL
1 - INTRODUÇÃO
A combustão é o processo de reações químicas que se produzem durante a oxidação completa
ou parcial do carbono, do hidrogênio e do enxofre contidos em um combustível. A análise
destas reações é feita através de Balanço de Massas e de Balanço Térmico.
No Balanço de Massas está em consideração a quantidade de ar empregada para a
combustão, sendo a referência a quantidade mínima exata para reagir completamente o
combustível, chamada estequiométrica.
No Balanço Térmico são analisadas as quantidades de calor liberadas, a temperatura da
combustão e a quantidade de calor perdido na exaustão.
São características importantes da combustão a composição do combustível e sua
temperatura, a pressão em que ocorre, seu estado e o formato da câmara de combustão.
Estes determinam a forma com que ocorrerá o processo, se por detonação ou por deflagração.
2 - COMBUSTÃO
2.1- Definição
É a reação química do oxigênio com materiais combustíveis em cujo processo se apresentam
luz e rápida produção de calor. A diferença entre a reação química de oxidação clássica
(ferrugem, zinabre, alumina, etc.) e a de combustão é a velocidade com que esta última
ocorre, independente da quantidade de calor liberado.
2.2- Combustão Estequiométrica
É a reação de oxidação teórica que determina a quantidade exata de moléculas de oxigênio
necessárias para efetuar a completa oxidação de um combustível;
2.3- Combustão Completa
É a reação de combustão em que todos os elementos oxidáveis constituintes do combustível
se combinam com o oxigênio, particularmente o carbono e o hidrogênio(H), que se convertem
integralmente em dióxido de carbono(CO2) e água(H2O) independentemente da existência de
excesso de oxigênio(O2) para a reação;
2.4- Combustão Incompleta ou Parcial
Nesta reação aparecem produtos intermediários da combustão, especialmente o monóxido de
carbono(CO) e o hidrogênio(H2), resultado da oxidação incompleta dos elementos do
combustível. Ela pode ser induzida pela limitação na quantidade de oxigênio oferecido para a
reação, pelo resfriamento ou sopragem da chama;

2. 2.5- Relação Ar/Combustível
É uma relação entre a quantidade de ar e a quantidade de combustível utilizadas na reação de
combustão. Para combustíveis sólidos e líquidos a relação é entre as massas, para
combustíveis gasosos a relação é calculada entre os volumes envolvidos;
2.6- Ar Teórico
As reações de combustão são normalmente realizadas com o oxigênio(O2) contido no ar
atmosférico. A composição do ar atmosférico é, aproximadamente, 21 % de oxigênio(O2) e 79
% de nitrogênio(N2). O ar teórico é a quantidade de ar atmosférico que fornece a quantidade
exata de moléculas de oxigênio necessárias para efetuar a combustão estequiométrica;
2.7- Combustão Perfeita
É a combustão que, realizada com a quantidade de ar teórico ou de oxigênio(O2)
estequiométrico, resulta numa combustão completa. Por diversos motivos, entre eles as
características reais das reações químicas entre os elementos ou as condições técnicas dos
equipamentos, esta reação nunca se realiza na prática;
2.8- Excesso de Ar
Para reduzir ao mínimo a presença dos produtos intermediários em uma combustão, tais como
monóxido de carbono(CO) e hidrogênio(H2), aplica-se uma quantidade de ar superior ao ar
teórico, chamada ar real(AR), para que a abundância de oxigênio(O2) proporcione uma reação
próxima da Combustão Perfeita. A diferença entre o ar teórico e o ar real é chamada de
Excesso de Ar e é apresentada como uma relação percentual;
2.9- Combustão Real
É a reação que ocorre na prática nos equipamentos combustores com maior ou menor excesso
de ar e com a presença de alguma quantidade mínima de produtos intermediários da
combustão;
3 - COMBUSTÍVEIS GASOSOS
Propriedades de Diversos Gases
(à 15 ºC e 1 atm)

3. a – À temperatura de 0 ºC e 1 atm;
b – Ar Teórico;
c – Ver tabela a seguir;

4. 3.1- Tipos de Combustão de Combustíveis Gasosos
3.1.1- Atmosférica
Processo de combustão utilizado na maior parte dos queimadores de uso comum, consiste em
um sistema à baixa pressão de gás, até 35 mBar, em que a injeção do gás através de um
venturi arrasta parte ou a totalidade do ar necessário à combustão;
3.1.2- Catalítica
Processo de combustão utilizado para produzir uma superfície emissora de radiação
infravermelha de alta intensidade, consiste da queima do gás em presença de elementos
catalisadores;
3.1.3- Combustão Interna e Explosão
Processos utilizados nos queimadores a jato e nos motores a jato ou a pistão, onde a
combustão é realizada e após compressão do ar e injeção do gás a alta pressão (até 20 bar).
O motor a explosão utiliza uma mistura gás/ar e um sistema de ignição após a compressão da
mistura.
3.2- Condições de Ignição
3.2.1- Limites de Inflamabilidade
Uma mistura de gás inflamável é aquela em que a chama se propaga. A iniciação da chama é
realizada por uma fonte externa. Os limites de inflamabilidade de um combustível gasoso
definem a faixa de diluição mínima e máxima do gás em ar para que a combustão possa
ocorrer. Abaixo do limite mínimo a mistura não queimará sem a presença contínua de uma
fonte de calor externa. Acima do limite máximo a mistura o gás age como diluente e a chama
não se propaga.
3.2.1.1- Fatores que Influenciam os Limites de Inflamabilidade
a). Temperatura da Mistura
Uma elevação da temperatura inicial da mistura gás combustível ar amplia os limites de
inflamabilidade, ou seja, o limite inferior se reduz e o limite superior se eleva, como pode ser
visto na tabela a seguir;
Efeito da Temperatura Inicial do Gás sobre os Limites de Inflamabilidade de Alguns Gases

5. b). Pressão da Mistura
O valores tabelados dos limites de inflamabilidade são obtidos para a pressão atmosférica.
Próximo da pressão atmosférica os valores não variam de forma significativa. Em pressões
inferiores a atmosférica a tendência geral é de contração da faixa de inflamabilidade, com
elevação do limite inferior e redução do limite superior. Em pressões superiores à atmosférica
o limite inferior tende a permanecer estável enquanto o limite superior apresenta um
crescimento, como pode ser visto nos gráficos abaixo;
Efeito da Pressão sobre o Limite Superior de
Inflamabilidade da Mistura Ar Gás
3.2.2- Temperatura de Ignição ou de Inflamação
É a menor temperatura na qual o calor é gerado pela combustão em velocidade superior ao
calor dissipado para a vizinhança, dando à mistura condições de se auto-propagar. Abaixo
desta temperatura a combustão da mistura ar gás só ocorrerá continuamente mediante o
fornecimento ininterrupto de calor externo. A temperatura de ignição não é uma propriedade
fixa de um gás pois varia de forma significativa com parâmetros como o excesso de ar, a taxa
de diluição do gás na mistura, a concentração de oxigênio no ar de combustão, a composição
do gás combustível, a velocidade da mistura ar gás, pressão da mistura, leis do escoamento
dos fluidos, fontes de ignição e gradientes de temperatura.
Apesar desta variabilidade, a temperatura de ignição é um importante parâmetro de medida

6. da tendência de um objeto quente provocar a ignição de uma mistura e portanto, base técnica
para considerações de segurança.
A temperatura de ignição de muitas substâncias combustíveis se reduz com o aumento da
pressão, o que representa um importante fator para a operação dos motores alternativos e
turbinas a gás;
Comparação da Temperatura de Ignição de Vários Gases em Ar e em Oxigênio
Temperatura de Ignição do Metano para Várias Concentrações da Mistura Ar Gás e Riqueza de
Oxigênio do Ar

7. Temperatura de Ignição com Relação à Proporção de Etano no Gás Natural1
Temperatura de Ignição com Relação à Proporção do Gás Combustível na Mistura Ar Gás2
* Gás Natural - 88,7% de Metano, 7,4% de Etano, 1,4% de Propano e 1% de Butano
1,2 Determinados pelo método dinâmico em que a temperatura de ignição é a menor
temperatura na qual a mistura gás ar entra em auto-combustão ao ter contato com uma
superfície quente. Não indicado para chamas ou centelhas.
3.2.3- Energia de Ignição ou Inflamação
É a energia mínima que deve ser fornecida por uma chama, centelha elétrica ou fonte de calor
à uma mistura combustível para que esta possa atingir a temperatura de ignição em algum
ponto e iniciar a propagação da combustão;
3.2.4- Auto Combustão
Também chamada combustão espontânea, ocorre quando a temperatura de uma substância
se eleva até atingir a temperatura de ignição. Quando toda a substância está nesta
temperatura, qualquer aporte mínimo de energia gera a auto-ignição;
3.3- PROPAGAÇÃO DA COMBUSTÃO
Atendidas as principais condições para a combustão, ou seja, mistura dentro da faixa entre os
limites de inflamabilidade e existência de uma fonte externa capaz de fornecer a energia de
ignição a um ponto da mistura que atingirá a temperatura de ignição, se inicia o processo de
propagação da combustão.
A características da propagação da combustão, sendo a principal delas a velocidade de
propagação da chama, são função do gás combustível, da composição da mistura ar
combustível, da sua temperatura, da sua pressão, das características físicas da câmara de
combustão e da taxa de absorção de calor da mistura.
3.3.1- Velocidade de Propagação da Chama
Também chamada de taxa de propagação da chama, velocidade de ignição ou velocidade de

8. queima, é a velocidade com que a frente de chama se desloca através da mistura ar
combustível, inflamando a mistura ainda não queimada.
3.3.1.1-. Deflagração
É a propagação da combustão que ocorre por transmissão de calor devido à condução,
convecção e radiação da chama para a mistura ar gás vizinha, levando esta a atingir a
temperatura de inflamação e iniciar a combustão.
A velocidade de propagação da chama neste processo é relativamente baixa se comparada às
velocidades máximas possíveis, e são da ordem de 6 à 300 cm/s, como mostra a figura
abaixo. Para o Metano, Etano e Gás Natural e Propano, Butano e GLP estes valores estão em
torno de 25 a 30 cm/s, na mistura com a quantidade de ar teórico.
Velocidade de Propagação da Chama para Diversos Gases em Relação à Proporção de Ar
Primário da Combustão [ m/s]
3.3.1.2-. Detonação
É a propagação da combustão que ocorre pelo deslocamento de uma violenta onda de choque
de pressão que comprime a mistura gasosa e a leva à sua temperatura de inflamação. A
energia necessária à manutenção da onda de choque se origina na própria combustão. As
velocidades de propagação da chama em condições de detonação são elevadíssimas, variando
entre 1.500 e 6.000 vezes as velocidades em condições normais de combustão à pressão
constante.
3.3.2- Estabilidade da Chama
A chama não é a parte visível da combustão, mas sim todo o volume em que esta se realiza.
Para que combustão de uma mistura ar gás em um queimador se desenvolva de forma e
estável, devem ser respeitados os limites mínimos e máximos de ar primário, a potência
específica da pré-mistura e a velocidade de alimentação da mistura ar gás equilibrada pela
velocidade de deflagração do gás no sentido oposto.
3.3.2.1- Ar Primário
Ar injetado com o gás pelo queimador que tem a função principal de promover a aeração do
combustível e sua pré‑mistura com o ar. A quantidade de ar primário é determinante
sobre o empobrecimento da combustão por excesso de recirculação, descolamento e o retorno
da chama e o aparecimento de pontas amarelas;

9. 3.3.2.2- Ar Secundário
É o ar que complementa o ar primário para realizar a combustão da mistura;
3.3.2.3- Potência Específica da Pré-mistura
É a taxa de fornecimento de energia no tempo por unidade de área do orifício do queimador,
ou seja, quantidade de energia contida na mistura ar primário-gás que passa pela área do
orifício do queimador a cada instante, dada em kJ/s-cm2 ou kW/cm2;
3.3.2.4- Deslocamento da Chama
Fenômeno que ocorre quando a velocidade perpendicular ao cone de chama da mistura ar
combustível na saída do queimador atmosférico excede a velocidade de propagação da chama.
Nesta condição, a combustão tem seu início distante do queimador e, se a velocidade for ainda
mais elevada, pode ocorrer a extinção da chama, fenômeno chamado de sopro. O
deslocamento da chama resulta de quantidade excessiva de ar primário ou velocidade
excessiva do gás. Provoca o aparecimento nos produtos da combustão de gás combustível
inqueimado ou produtos de combustão incompleta;
3.3.2.5- Retorno da Chama
Fenômeno que ocorre inversamente ao deslocamento da chama quando a velocidade de
propagação da chama é muito superior à velocidade perpendicular ao cone de chama da
mistura ar combustível na saída do queimador atmosférico, resultando que a combustão
penetra no interior do queimador. O fenômeno de retorno praticamente nunca ocorre com gás
natural e gás butano pois sua faixa de ocorrência é em potências específicas da pré-mistura
muito baixas;
3.3.2.6- Pontas Amarelas
O aparecimento de pontas amarelas na extremidade da chama ocorre por insuficiência de pré
mistura com o ar primário, que causa uma aeração insuficiente da mistura e uma fronteira
entre ar e gás, fazendo com que estes tenham que se difundir um no outro e a combustão
ocorre com ar secundário;
Limite de Deslocamento da Chama para Diversos Gases
*Gás Natural com 38,75 MJ/Nm3

10. Limite de Aparecimento de Pontas Amarelas para Diversos Gases
*Para ser algebricamente somado
**Gás Natural com 38,75 MJ/Nm3
4 - Balanços da combustão
Para que combustão de uma mistura ar gás se desenvolva de forma satisfatória e estável
algumas condições devem ser respeitadas: a mistura do combustível e do ar (oxigênio), a taxa
de mistura incluída na janela dos limites de inflamação, um ponto da mistura levado a uma
temperatura superior a temperatura de inflamação para seu início, o suprimento da mistura
deve permanecer dentro das condições básicas e os produtos de combustão devem ser
escoados. Nestas condições a combustão proporciona a elevação de temperatura da massa de
gases e a realização do trabalho desejado. A análise das condições do processo de combustão
e do trabalho realizado se faz através do Balanço de Massa e do Balanço Térmico.
4.1- Balanço de Massa
O balanço de massas é a análise das quantidades de ar e gás fornecidos à combustão e das
quantidades de produtos de combustão escoados.
4.1.1- Composição dos Gases de Exaustão
Os gases de exaustão, também chamados produtos da combustão tem como seus
componentes básicos o dióxido de carbono(CO2), vapor d’água(H2O), oxigênio(O2) e
nitrogênio(N2). A tabela a seguir apresenta como referência a composição dos gases de
exaustão para a combustão perfeita de diversos gases.
Produtos da Combustão Perfeita de Diversos Gases (Sem Excesso de Ar)

11. Os gases de exaustão de uma combustão real contém muitos outros produtos além dos
relacionados acima, entre eles o monóxido de carbono(CO), hidrogênio(H2), aldeídos,
hidrocarbonetos insaturados, óxidos de nitrogênio(NOx), dióxido de enxofre(SO2), trióxido de
enxofre(SO3) e gases combustíveis não queimados. O aparecimento destes compostos e sua
proporção depende dos elementos componentes combustível, do excesso de ar e das
condições em que a combustão se processa, como temperatura, pressão e características
construtivas do queimador e da câmara de combustão.
4.1.2- Teores dos Produtos
O teor ou a proporção de cada produto nos gases de exaustão é apresentado em proporção à
massa total de gases ou ao volume total de gases. Neste total pode estar incluído ou não o
vapor d’água, sendo portanto chamados teor em base seca ou em base úmida.

12. Emissões de Diferentes Equipamentos Industriais e Comerciais Queimando Gás Natural
*Condição Normal: temperatura de 15 ºC e pressão de 1,0 atmosfera;
** Matéria descarregada na atmosfera contendo carbono livre ou combinado;
4.2- Balanço Térmico
O balanço térmico é a análise das quantidades de calor gerado e transferido na combustão,
dos processos de transferência envolvidos, dos níveis de temperatura alcançados e das
quantidades de calor perdidas no escoamento dos produtos de combustão.
4.2.1- Transferência de Calor
O transporte de energia resultante de um gradiente de temperatura de um sistema ou da
diferença de temperatura entre dois sistemas é chamada de transferência de calor. São três os
mecanismos de transferência de calor: condução, convecção e radiação. A transferência de
calor pode ocorrer em regime permanente ou estacionário ou em regime transiente.
4.2.1.1- Condução
É o processo de transferência de calor através das substâncias provocado pela diferença de
temperatura entre as partes de um sistema ou entre dois sistemas que se desenvolve ao nível
molecular mas sem que ocorra modificação significativa na posição das moléculas da
substância. A quantidade de calor transferida por condução em um período de tempo é
diretamente proporcional à área através da qual o calor flui, ao gradiente de temperatura e à
condutividade térmica da substância. A transferência unidimensional de calor em uma
substância homogênea é dada por:

13. onde: = Potência Transferida [W ou J/s]
k = Condutividade Térmica da Substância [W/m.K]
A = Área por onde o Calor Flui [m2]
T 1 = Maior Temperatura [K]
T 2 = Menor Temperatura [K]
L = Distância separando T1 e T2 [m]
Apesar da condutividade térmica ser uma importante propriedade dos fluídos, a condução é
um mecanismo de transferência de calor que apresenta sua maior importância nas substâncias
em estado sólido. Dificilmente a condução será o mecanismo de transferência mais importante
em processos envolvendo fluidos.
4.2.1.2- Convecção
É o processo de transferência de calor que se realiza através do transporte de massas em
movimento e da mistura de uma substância fluida provocado pela diferença de temperatura
entre as regiões de um sistema fluido ou entre um sistema fluido e um sistema sólido.
A convecção pode ser natural, quando o deslocamento da massa fluida se realiza pela variação
na sua densidade devido a uma transferência de calor e variação na temperatura ou forçada,
quando o deslocamento da massa de fluido se realiza devido à forças externas independentes
da diferença de temperatura do sistema.
A quantidade de calor transferida por convecção entre um fluido e uma superfície sólida em
um período de tempo é diretamente proporcional à área através da qual o calor flui, ao
gradiente de temperatura e ao coeficiente de transferência convectivo. A transferência de
calor entre uma superfície e um fluido é dada por:
onde: = Potência Transferida [W ou J/s]
h = Coeficiente de Transferência Convectivo [W/m2.K]
A = Área da Convecção [m2]
T 1 = Maior Temperatura [K]
T 2 = Menor Temperatura [K]
O coeficiente de transferência convectivo é um valor empírico dependente das condições do
escoamento, das propriedades do fluido e do perfil da superfície.
4.2.1.3- Radiação
É o processo de transferência de calor que se realiza pelo transporte de energia nas ondas
eletromagnéticas infravermelhas emitidas por uma superfície à qualquer temperatura. A
radiação não depende de meios materiais para transmitir calor e a quantidade de energia
transportada pelas ondas é proporcional à quarta potência da temperatura da superfície
emissora, como visto abaixo para superfícies reais:
onde: = Potência Transferida [W ou J/s]

14. a = Constante Radiativa de Stefan-Boltzmann [J/K]
A SR = Área da Superfície Emissora [m2]
F A = Fator de Forma
F E = Fator de Emissividade da Superfície
T 1 = Temperatura da Superfície Emissora [K]
T 2 = Temperatura da Superfície Absorvedora [K]
4.2.2- Poder Calorífico
É a quantidade de energia liberada pela combustão completa de uma unidade de massa ou de
volume de uma substância combustível.
Devido a formação de água(H2O) nos produtos da combustão foram definidos dois valores de
poder calorífico para as substância combustíveis.
Poder Calorífico Superior (PCS) – é a energia liberada pela combustão com a água (H2O) dos
produtos da combustão em estado líquido;
Poder Calorífico Inferior (PCI) – é a energia liberada pela combustão com a água (H2O) dos
produtos da combustão em estado vapor;
A diferença entre o PCS e o PCI está na quantidade de calor latente que o vapor d’água nos
produtos combustão possui, que foi fornecida pelo combustível e que não será aproveitada.
Poder Calorífico de Diversos Gases (Combustão Perfeita)

15. 4.2.3- Temperatura Adiabática da Chama
É a temperatura atingida pela mistura ar combustível em um processo de combustão
adiabático, ou seja, um processo sem troca de calor dos reagentes com o meio, sem
realização de trabalho ou variações de energia cinética e potencial.
Esta é a temperatura máxima que pode ser alcançada pela mistura ar combustível já que
trocas de calor ou combustão incompleta reduziriam a temperatura da chama
Para um determinado combustível e os reagentes à uma dada pressão e temperatura, a
máxima temperatura adiabática da chama é alcançada na mistura estequiométrica. O excesso
de ar tende a reduzir a temperatura adiabática da chama.
Temperatura Adiabática da Chama em Função da Composição do Combustível e Excesso de Ar
(Ar de Combustão à 315 ºC)
(Ar de Combustão à 38 ºC)
4.2.4- Temperatura da Chama
A temperatura da chama atingida pela mistura ar combustível depende de diversos fatores da combustão e
influencia de maneira significativa nos processos de transferência de calor. A taxa de transferência de calor
se eleva com a temperatura da chama e a taxa de aquecimento de um objeto é diretamente proporcional à
diferença de temperatura entre a chama e o objeto.
Práticas para Elevação da Temperatura da Chama:
a) Liberação do poder calorífico do combustível com a máxima rapidez possível, por exemplo com
superfícies catalisadoras;
b) Utilização do mínimo excesso de ar e elevação do grau de intimidade da mistura do combustível com o
ar;
c) Elevar a temperatura de alimentação do combustível e do ar antes da combustão;
d) Usar ar enriquecido com oxigênio ou oxigênio puro;
e) Utilizar combustíveis com elevada temperatura de chama ou sua proporção nas misturas;
Causas da Diferença entre as Temperaturas de Chama Adiabática e Real:
a) Perdas por radiação, entre 10 e 20 % da energia total;
b) Não liberação instantânea da energia do combustível;
c) Perdas por convecção;
d) Perdas por condução, por exemplo entre o queimador e a estrutura que o suporta;
e) Excesso de ar que absorve calor;
f) Presença de um objeto qualquer na chama;
g) Dissociação de gases diatômicos a altas temperaturas;
4.2.5- Intensidade Específica da Chama
É definida como a taxa de calor liberado por unidade de área da superfície da chama primária(chama no
interior do cone) em J/s-cm2 ou W/cm2. É utilizada para caracterizar a concentração de calor disponível na
chama pois a temperatura da chama apenas indica o nível do calor e não a taxa em que este é liberado. É
dada por:
onde: = Intensidade Específica da Chama [W/cm2 ou J/s-cm2]
V = Fluxo Volumétrico de Mistura Primária Gás Ar [m3/s]
H = Poder Calorífico Líquido da Mistura Primária [J/m3]
A = Área da Superfície do Cone de Chama [m2]
H e A são valores empíricos.

16. Intensidade Específica da Chama e Velocidade de Propagação da Chama
4.2.6- Radiação da Chama
É a quantidade da energia total liberada pela combustão que se transmite por radiação
térmica infravermelha, em diferentes temperaturas e com distribuição espectral(comprimento
de onda) entre 1,4 e 16 microns.
A radiação emitida pela combustão de um gás combustível é de baixa intensidade.
Em muitas aplicações é desejável produzir uma grande percentagem de calor radiante,
superior àquela obtida em condições normais de combustão de uma chama de gás. Para isto
se aplicam 3 artifícios:
a) A mistura ar gás é direcionada sobre uma superfície refratária incandescente onde se inicia
sua ignição;
b) A mistura ar gás é queimada em uma superfície perfurada ou porosa de um refratário e os
furos ou poros funcionam como queimadores;
c) A chama é direcionada diretamente contra uma superfície cerâmica ou uma tela metálica;
Nestes casos, além da radiação emitida pelos produtos da combustão, uma grande parte da
energia da chama é emitida pelas superfícies sob forma de radiação infravermelha.
Os queimadores radiantes possuem como características:
a) A energia térmica pode ser transferida sem que os produtos da combustão entrem em
contato com o produto;
b) A energia radiante se desloca à velocidade da luz e é possível elevar a velocidade de
aquecimento através de maior transferência de calor radiante;
c) O aquecimento pode ser realizado em câmara aberta sem interferir na condição térmica do
ar ambiente;
d) Podem ser construídos para transmitância direta de calor;
Características da Radiação Emitida por Queimadores Infravermelhos a Gás

17. Comprimento de Onda de Absorção de Algumas Cargas
4.2.7- Calor de Exaustão
Além das perdas existentes no processo de combustão, uma perda importante ocorre na etapa
de exaustão dos produtos da combustão. Estas perdas são função do volume de cada produto
e da sua temperatura.
As perdas ocorrem por:
a) Calor Sensível que é o calor contido nos produtos que são descartados à temperaturas
superiores à ambiente;
b) Calor Latente contido no vapor d'água que não pode ser aproveitado sem a condensação do
vapor;
c) Combustível Não Queimado presente nos produtos, tais como o monóxido de carbono(CO),
o hidrogênio(H2) e hidrocarbonetos.

18. 4.2.8- Ponto de Orvalho
É a temperatura em que se inicia a condensação do vapor d'água presente em uma massa de
gases à determinada pressão. O ponto de orvalho é função da concentração do vapor d'água
na massa de gases.
Esta temperatura é uma referência importante para o limite mínimo de temperatura dos gases
de exaustão. Em combustíveis que contém enxofre estão presentes nos exaustos o dióxido de
enxofre(SO2) e trióxido(SO3) de enxofre. A condensação do vapor d'água tem que ser evitada
pois, na presença destes compostos de enxofre ocorre a formação do ácido sulfúrico e
corrosão violenta das partes metálicas do sistema de exaustão. Além disso, a presença destes
compostos nos gases de exaustão eleva o ponto de orvalho entre 14 e 42 ºC.
5 - INTERCAMBIABILIDADE DOS GASES
5.1- DEFINIÇÃO
É a capacidade de substituição de um gás combustível por outro de família diferente em um
queimador mantendo as características satisfatórias da combustão, tais como não
deslocamento da chama, não ocorrência de retorno da chama ou pontas amarelas, sem exigir
alterações construtivas significativas do queimador.
5.2- CARACTERÍSTICAS
A intercambiabilidade dos gases considera:
a) As propriedades dos gases, principalmente a densidade relativa e o poder calorífico;
b) As condições de suprimento, em particular a pressão;
c) A natureza dos equipamentos e a capacidade de receber diferentes gases;
d) A regulagem dos equipamentos;
e) Os critérios de avaliação que definem o funcionamento satisfatório;
Devem ser mantidas após a troca do gás:
a) Estabilidade da Chama;
b) Não formação de monóxido de carbono (CO);
c) Não formação de fuligem;
d) Potência térmica satisfatória;
e) Acendimento por elevação pontual da temperatura;
f) Ruído mínimo;
g) Sem erosão nem corrosão dos equipamentos;
As modificações nos queimadores devem se resumir à regulagem do ar primário e taxa de
alimentação de gás para não caracterizar uma mudança construtiva do equipamento.
5.3- ÍNDICE DE WOBBE
É uma relação entre o Poder Calorífico Superior de um gás e sua Densidade Relativa, dada
por:
onde: W = Índice de Wobbe [J/Nm3]
PCS = Poder Calorífico Superior [J/Nm3]
d = Densidade Relativa do Gás
A regulagem do índice de wobbe mantém quase constante a potência fornecida ao queimador
por diferentes gases. A regulagem é feita controlando-se a taxa de aeração da mistura.

19. O índice de Wobbe corrigido leva em conta a viscosidade real do gás e os teores de monóxido
de carbono(CO), hidrogênio(H2) e oxigênio(O2).
5.4- FAMÍLIAS DE GASES
Os gases combustíveis são classificados em três diferentes famílias;
Gases Manufaturados, oriundos do carvão ou de hidrocarbonetos líquidos
Índice de Wobbe: 19 < W < 39 MJ/Nm³
Gases Naturais ou Gases Manufaturados de mesma composição
Índice de Wobbe: 39 < W < 59 MJ/Nm³
Gases Liqüefeitos de Petróleo
Índice de Wobbe: 75 < W < 92 MJ/Nm³
5.5- PROBLEMAS DE INTERCAMBIABILIDADE
Dadas as diferentes características físico-químicas de cada gás combustível, manter
invariáveis as condições de combustão em diferentes equipamentos combustores após a
substituição é uma tarefa complexa. As dificuldades aparecem na troca entre gases de mesma
família e entre gases da primeira e da segunda família.
Os problemas principais estão relacionados à:
Relação ar combustível;
Velocidade da chama;
Temperatura da chama;
Comprimento da chama;
Densidade
Como referência para orientar a intercambiabilidade dos gases utilizam-se diferentes índices
criados pelas indústrias, entre eles:
Índice de Wobbe e Índice de Wobbe Corrigido(teor de CO)
Potencial de Combustão - poder calorífico dos componentes combustíveis de uma
mistura em função da densidade;
Índice de Pontas Amarelas;
Índice de Depósito de carbono;
Exemplos de Composição de Gases Ajustados para Intercambiabilidade

20. Os mecanismos de solução dos problemas de intercambiabilidade são baseados na modificação
do gás substituto ou do processo de combustão. A modificação se faz com:
Adição de Elementos - mistura-se o gás substituto com ar, nitrogênio, outros gases
combustíveis (propano, butano);
Extração de Elementos - retira-se do gás substituto quantidades de propano, butano e
nitrogênio;
Modificação nos Equipamentos - regulagem das condições de operação como pressão e
aeração primária;
6 - ANEXO - CONVERSÃO DE UNIDADES

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