aula sobre combustiveis

1. COMBUSTÍVEIS Aula 6

2. INTRODUÇÃO
▪ Um dos mais importantes campos de estudo no conjunto das ciências e
da tecnologia é, sem dúvida, o dos “combustíveis” .
Devido ao fato de serem utilizados para “mover” o mundo.

3. INTRODUÇÃO
▪ Somente com a grande atividade industrial atual tornou-se possível o
crescente fornecimento de energia, que pode ser utilizada sob a forma
conveniente de energia calorífica, obtida através dos combustíveis.

4. INTRODUÇÃO
▪ Existem basicamente três grandes fontes de energia:
▪As forças da natureza, tal como a gravidade em quedas de água,
solar e outras,
▪Os combustíveis, que podem ser sólidos, líquidos ou gasosos,
▪A energia atômica, libertada de reações nucleares.
▪ Atualmente, os combustíveis ainda são a mais importante
fonte de energia. Por quanto tempo?

5. DEFINIÇÃO
▪ De modo geral, denomina-se
combustível como sendo qualquer
substância natural ou artificial que
em combinação química com o
oxigênio libere energia térmica por
meio de uma reação exotérmica.

6. COMPOSIÇÃO
▪ Os elementos químicos que entram na composição da maioria dos
combustíveis são:
▪carbono,
▪hidrogênio,
▪oxigênio,
▪nitrogênio e
▪enxofre.

7. COMPOSIÇÃO
▪ A qualidade do combustível é dada pelos elementos carbono (C) e
hidrogênio (H); o enxofre (S), apesar de combustível, é indesejável, o
oxigênio (O) diminui a quantidade unitária de calor desprendida, pois é
considerado como já combinado com o hidrogênio; o nitrogênio (N) também
não é desejável, pois não apresenta, no campo da combustão industrial,
reação com oxigênio com liberação de calor.

8. UTILIZAÇÃO

9. UTILIZAÇÃO
▪ Nos dias atuais, os combustíveis são representados pelos materiais
carbonáceos comumente disponíveis e que podem ser queimados
facilmente ao ar atmosférico com desprendimento de grande
quantidade de calor e controlável sem grande esforço.

10. PRODUÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA

11. PRODUÇÃO BRASILEIRA DE ENERGIA

12. PRODUÇÃO MUNDIAL DE ENERGIA

13. PRODUÇÃO MUNDIAL DE ENERGIA

14. MATRIZ ENERGÉTICA

15. MATRIZ ENERGÉTICA
BRASIL MUNDIAL

16. CONSUMO DE ENERGIA
▪ O consumo de energia no mundo está resumido, em sua grande
maioria, pelas fontes de energias tradicionais como petróleo,
carvão mineral e gás natural. Esses combustíveis são poluentes,
não-renováveis e a cada dia que passa seus preços tendem a
aumentar.

17. CONSUMO DE ENERGIA

18. CONSUMO DE ENERGIA

19. PERSPECTIVAS FUTURAS

20. CLASSIFICAÇÃO
▪ Os combustíveis podem ser classificados quanto:
▪A sua origem:
▪ Fósseis e (Não-renováveis)
▪ Vegetais (Renováveis)
▪ A sua natureza:
▪ Natural e
▪ Artificial.

21. CLASSIFICAÇÃO
▪O seu estado físico:
▪ Sólido,
▪ Líquido e
▪ Gasoso.

22. CLASSIFICAÇÃO

23. CLASSIFICAÇÃO
▪ Combustíveis Sólidos:
Para que sejam utilizados devem possuir poder calorífico elevado,
alta disponibilidade e que queime com facilidade.
▪Naturais: lenha, casca, turfa, carvão mineral, xisto
▪Artificiais: coque, briquetes, carvão vegetal

24. CLASSIFICAÇÃO
▪ Combustíveis Líquidos:
Possuem certas vantagens em relação aos sólidos, tais como poder
calorífico mais elevado, maior facilidade e economia de
armazenagem e fácil controle de consumo.
▪Naturais: petróleo bruto.
▪Artificiais: produtos da destilação de petróleo, álcoois e óleos
vegetais.

25. CLASSIFICAÇÃO
▪ Combustíveis Gasosos:
Possuem certas vantagens em relação aos combustíveis sólidos, tais
como: permitir a eliminação de parte da fumaça e cinzas, melhor
controle de temperatura e comprimento das chama.
▪Naturais: gás natural
▪Artificiais: GLP, acetileno, propano, butano

26. PROPRIEDADES
▪ Como visto, cada tipo de combustível em função de seu estado
ou natureza pode apresentar uma grande diferença em suas
propriedades, deste ponto em diante iremos discutir as
principais propriedades dos combustíveis.

27. PROPRIEDADES
▪Poder calorífico,
▪Composição química,
▪Viscosidade,
▪Ponto de fluidez,
▪Calor latente,
▪Ponto de fulgor e
▪Umidade,
▪Densidade.

28. PODER CALORÍFICO
▪ É a quantidade de energia desprendida por unidade de massa ou
de volume na combustão completa de um material combustível.
Depende basicamente da composição química de cada
combustível sendo expressa em J/kg, cal/kg, ou J/Nm³.
Existem dois poderes caloríficos:
▪Poder Calorífico Superior e
▪Poder Calorífico Inferior.

29. PODER CALORÍFICO
▪ Poder Calorífico Superior (PCS):
É a quantidade de calor (energia) liberada quando um material
entra em combustão e os gases da descarga são resfriados de
modo que o vapor de água neles seja condensado.
▪ Poder Calorífico Inferior (PCI):
É a quantidade de calor (energia) liberada quando um material
entra em combustão e os gases de descarga são resfriados até o
ponto de ebulição da água, evitando assim que a água contida na
combustão seja condensada.

30. PODER CALORÍFICO
▪ O PCS é dado por a soma da energia liberada na forma de calor e a
energia gasta na vaporização da água que se forma numa reação de
oxidação.
▪ O PCI corresponde somente a energia liberada na forma de calor.
▪ Para combustíveis que não contenham hidrogênio na sua composição, o
valor de PCS é igual ao do PCI, porque não há a formação de água e
consequentemente não há energia gasta na sua vaporização. Assim, o
PCS é sempre maior ou igual ao PCI, pois o PCS aproveita a entalpia de
condensação da água

31. PODER CALORÍFICO
▪ Como a temperatura dos gases de combustão é muito elevada nas
máquinas térmicas, a água contida nelas se encontra sempre no
estado de vapor, portanto, o que deve ser considerado é o poder
calorífico inferior e não o superior.

32. PODER CALORÍFICO
▪ Determinação do poder calorífico dos combustíveis.

33. PODER CALORÍFICO
▪Determinação do poder calorífico dos combustíveis.
PCS=(33900*%C)+(141800*(%H-(%O/8)))+(9200*%S)
PCI=PCS-(2440*((9*%H)+%U))
% em Escala absoluta
PCS=Poder Calorífico Superior (KJ/Kg)
C=Teor de Carbono
H=Teor de Hidrogênio
S=Teor de Enxofre
O=Teor de Oxigênio
PCI=Poder Calorífico Inferior (KJ/Kg)
U=Teor de umidade (Base seca)

34. PODER CALORÍFICO

35. PROPRIEDADES
▪ Composição química (% de C, H, O, N, S e Cinzas):
Carbono e hidrogênio são os elementos que mais contribuem para o
poder calorífico. O oxigênio presente em combustíveis diminui o poder
calorífico, bem como as exigências teóricas de ar de combustão.

36. PROPRIEDADES
▪ Composição química (% de C, H, O, N, S e Cinzas):
Embora o enxofre seja combustível este traz consequências prejudiciais ao
meio ambiente e aos equipamentos, sendo que os produtos de sua
combustão em presença de umidade formam ácido sulfúrico que tende a
atacar as partes mais frias dos equipamentos, causar "chuva ácida” e caso
a atmosfera da combustão seja redutora pode haver formação de
compostos que são perigosos e produzem mal cheiro.

37. PROPRIEDADES
▪ Composição química (% de C, H, O, N, S e Cinzas):
O Nitrogênio é responsável pela formação de diversos óxidos que são
compostos de alta irritabilidade para as mucosas, além de reagirem com
a camada atmosférica de ozônio.
As cinzas podem promover mudança nas características de transferência
de calor e problemas respiratórios.
Legislação vigente quanto a emissões.

38. PROPRIEDADES
▪ Viscosidade (mPas, cP):
É uma indicação da resistência que o fluido apresentará para escoar, desta
forma, quanto maior a viscosidade, maior será a coesão entre as
moléculas e a resistência ao escoamento. Importante para o controle de
armazenamento, bombeamento e pulverização para combustão.

39. PROPRIEDADES
▪ Ponto de fluidez (°C):
Indica a temperatura mínima para que os derivados de petróleo
escoam sem apresentar problemas.

40. PROPRIEDADES
▪ Calor Latente (kcal, J):
Corresponde a quantidade de calor absorvido pelos corpos na sua
mudança de estado, sem que haja aumento aparentemente de
temperatura. O calor latente necessário à fusão, liquefação ou
gaseificação varia com sua natureza. Na passagem do estado a
substancia não muda de temperatura enquanto dura sua transformação, e
todo calor empregado é absorvido para produzir mudança de estado.

41. PROPRIEDADES
▪ Ponto de Fulgor (°C):
É a temperatura de inflamação do combustível;
▪Coque = 660°C
▪Álcool etílico = 402°C
▪n-Octano = 220°C

42. PROPRIEDADES
▪ Umidade (%):
Quantidade de água contida no combustível.
Normalmente encontrada em todos os combustíveis, principalmente nos
sólidos, reduz o poder calorífico.
▪Carvão mineral = 10% até 30%
▪Lenha = 10% até 80%

43. PROPRIEDADES
▪ Densidade (kg/m³, g/cm³):
Massa por unidade de volume de um combustível.
▪Coque = 1070 kg/m³
▪Madeira de Pinus = 450 kg/m³
▪Gasolina = 850 kg/m³
▪Metano = 0,680 kg/m³

44. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
Pode ser encontrado em diversas formas na natureza como:
▪Turfa,
▪Linhita,
▪Carvão Mineral,
▪Biomassa (Lenha, Bagaço de cana, Serragem, Casca de arroz e
Outros).

45. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
Principais propriedades a serem avaliadas:
▪Poder calorífico,
▪Composição química,
▪Umidade,
▪Granulometria,
▪Densidade.

46. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Os principais combustíveis sólidos utilizados no mundo são a lenha e
o carvão mineral na geração de energia no mundo.

47. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Turfa
Se constitui na primeira fase de formação do carvão
mineral. Apresenta elevada umidade, mas secadas
ao ar reduz-se a umidade para cerca de 30%.
▪ Linhita
Fase intermediária entre o turfa e o carvão
betuminoso. Apresenta teor de umidade entre 30 e
50%, mas quando secada ao ar esta umidade pode
cair para entre 10 e 20%.

48. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Carvão Mineral
Devido ao seu alto teor de cinzas e
enxofre o carvão mineral brasileiro
não é muito utilizado industrialmente,
a não ser nas localidades próximas a
minas produtoras na produção de
energia e na industria de cimento.

49. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Classificação do Carvão Mineral

50. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Biomassa
Provavelmente o primeiro combustível a ser utilizado pelo homem foi a
lenha. É um combustível amplamente utilizado no Brasil, tanto em
aplicações domésticas como em aplicações industriais para geração de
energia térmica. É caracterizada por baixo teor de cinzas, ausência total
de enxofre e umidade variável a qual depende do tempo e do método de
armazenagem.

51. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Biomassa
Poder Calorífico da Lenha:
▪PCS = 4500 kcal/kg ≈ 18MJ/kg
▪PCI 50%Umidade = 1990 kcal/kg
▪PCI 35%Umidade = 2770 kcal/kg
▪PCI 10%Umidade = 4070 kcal/kg

52. COMBUSTÍVEIS SÓLIDOS
▪ Biomassa

53. COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
Os combustíveis empregados são constituídos de:
▪Hidrocarbonetos,
▪Benzol e
▪Álcoois.

54. COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
▪ Os hidrocarbonetos são usualmente derivados de petróleo:
Gasolina, nafta, querosene, óleo diesel e óleo combustível e
consistem em frações obtidas da destilação de petróleo. Apenas o
óleo combustível é queimado em geradores de energia industrial;
▪ Parâmetros avaliados: teor de enxofre, viscosidade, ponto de fluidez,
ponto de fulgor e densidade;

55. COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

56. COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS

57. COMBUSTÍVEIS LÍQUIDOS
▪ As característica do petróleo (Fatores geológicos como localização da
jazida, idade e profundidade) determinam a faixa de extração de cada
um dos componentes.

58. COMBUSTÍVEIS GASOSOS
▪ Gás Natural é obtido em campos petrolíferos e tem sido muito
explorado recentemente, porém deve ser transportado por gasodutos,
o que dificulta sua maior utilização dada a necessidade de
investimento em infra-estrutura. É uma composição de diversos gases:
Metano, etano, propano, butano, nitrogênio e dióxido de carbono são
os principais.
Apresenta característica bastante variável. A presença de
enxofre é pequena.

59. COMBUSTÍVEIS GASOSOS
▪ Gás Liquefeito de Petróleo é obtido no processo de destilação do
petróleo e é um importante combustível, tanto de aplicação
industrial como doméstica. É composto basicamente por propano,
propeno, butano e buteno;
Liquefazem a pressões relativamente baixas.

60. RESÍDUOS
Resíduos e subprodutos:
▪Urbanos,
▪Agrícolas,
▪Pecuários,
▪Florestais,
▪Agroindustriais.

61. RESÍDUOS
▪ RESÍDUOS URBANOS
Compreendem os resíduos do lixo e esgoto. Não apresentam
um alto poder calorífico, mas por apresentar elevado volume
em grandes cidades sua utilização pode ser atraente.
Necessidade de desenvolver tecnologia para minimizar os
impactos ambientais

62. RESÍDUOS
▪ RESÍDUOS AGRÍCOLAS
Resultantes da colheita e do processamento de cultivos.
Sua exploração dever ser feita de maneira racional e são constituídos
basicamente pela palha de diversas culturas.

63. RESÍDUOS
▪ RESÍDUOS PECUÁRIOS
São constituídos dos excrementos de bovinos, ovinos, suínos e de
aves. Podem ser secos e utilizados para queima ou para a produção
de biogás (decomposição anaeróbica).

64. RESÍDUOS
▪ RESÍDUOS FLORESTAIS
São constituídos dos subprodutos das atividades de silvicultura ou da
fruticultura como: galhos, folhas, acículas e troncos deixados no campo.

65. RESÍDUOS
▪ RESÍDUOS AGROINDUSTRIAIS
São provenientes da industrias de transformação de produtos
agrícolas. Os principais resíduos utilizados são oriundos das
seguintes atividades agroindustriais: indústria de açúcar e álcool,
matadouros e frigoríficos, cortumes, industria da pesca, fábrica de
doces e conservas, indústrias madeireiras, indústria de papel e
celulose. A tecnologia para o usos enérgico dos resíduos
agroindustriais são duas: queima em fornos e geradores de vapor
ou biodigestão anaeróbica.