{"id":4569,"date":"2015-12-19T12:17:40","date_gmt":"2015-12-19T15:17:40","guid":{"rendered":"https:\/\/www.antonioguilherme.web.br.com\/blog\/?page_id=4569"},"modified":"2023-04-26T09:50:57","modified_gmt":"2023-04-26T12:50:57","slug":"combustao","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.antonioguilherme.web.br.com\/blog\/geracao-de-energia-eletrica\/geracao-termica\/combustao\/","title":{"rendered":"Combust\u00e3o"},"content":{"rendered":"

“A rela\u00e7\u00e3o humana com a combust\u00e3o \u00e9 t\u00e3o misteriosa quanto cheia de loucura. Da chama da vela \u00e0 explos\u00e3o nuclear, iluminou a imagina\u00e7\u00e3o humana com medo e fasc\u00ednio.”<\/strong><\/em><\/span><\/p>\n

Michael Leunig<\/span><\/p>\n

A combust\u00e3o<\/a> <\/span>1<\/sup><\/a><\/span> consiste na tecnologia mais antiga da humanidade e base para o funcionamento das m\u00e1quinas t\u00e9rmicas<\/a> utilizadas na gera\u00e7\u00e3o de energia el\u00e9trica. Ela resulta da oxida\u00e7\u00e3o exot\u00e9rmica de diversas subst\u00e2ncias, e depende de v\u00e1rios fatores (combust\u00edvel, mistura ar-combust\u00edvel, temperatura etc.). Seu estudo envolve qu\u00edmica, termodin\u00e2mica e mec\u00e2nica dos fluidos.<\/span><\/p>\n

A combust\u00e3o r\u00e1pida consiste na oxida\u00e7\u00e3o que produz calor e luz, e a combust\u00e3o lenta na que produz apenas calor. A combust\u00e3o lenta se encontra associada aos organismos vivos.
\n<\/span><\/span><\/p>\n

A combust\u00e3o necessita da mistura correta de combust\u00edvel e comburente (normalmente ar). Contudo, nem sempre ela ocorre espontaneamente nas condi\u00e7\u00f5es ambientes. Dependendo do combust\u00edvel, a combust\u00e3o necessita de um elemento catalisador externo para iniciar. Denomina-se de igni\u00e7\u00e3o este processo externo. A combust\u00e3o pode ocorrer de duas maneiras; com chama e sem chama.<\/strong> Na maioria dos processos de combust\u00e3o, obt\u00e9m-se o oxig\u00eanio (comburente) necess\u00e1rio a partir do ar atmosf\u00e9rico.<\/span><\/p>\n

A combust\u00e3o com chama<\/strong> ocorre em regi\u00e3o delimitada do espa\u00e7o, podendo se propagar, ou n\u00e3o. De um lado da fronteira existem os gases quentes resultantes da combust\u00e3o e do outro existem apenas os gases n\u00e3o queimados. A lamparina e a queima no cilindro de motores de combust\u00e3o interna com vela de igni\u00e7\u00e3o exemplificam este tipo de combust\u00e3o. Al\u00e9m disso, a combust\u00e3o com chama classifica-se em pr\u00e9-misturada ou difusa<\/strong>, conforme mostra a Figura 1.<\/span><\/p>\n

Na combust\u00e3o pr\u00e9-misturada<\/strong>, o combust\u00edvel se combina homogeneamente com o comburente a n\u00edvel molecular antes da rea\u00e7\u00e3o qu\u00edmica iniciar. O motor de combust\u00e3o interna com vela de igni\u00e7\u00e3o exemplifica esse tipo de combust\u00e3o.<\/span><\/p>\n

Por outro lado, na chama difusa<\/strong> os reagentes se encontram inicialmente separados e a combust\u00e3o ocorre apenas na regi\u00e3o onde o combust\u00edvel se mistura com o comburente. O motor diesel e a lamparina exemplificam a combust\u00e3o com chama difusa.<\/span><\/p>\n

A rela\u00e7\u00e3o entre a velocidade de mistura dos componentes da combust\u00e3o e a velocidade da combust\u00e3o diferencia a combust\u00e3o difusa da pr\u00e9-misturada (Glassman). Portanto, pode-se controlar a combust\u00e3o atrav\u00e9s da velocidade de mistura e, consequentemente, a pot\u00eancia da m\u00e1quina t\u00e9rmica.<\/span><\/p>\n

A combust\u00e3o sem chama<\/strong> ocorre quando o processo de combust\u00e3o acontece simultaneamente em diversos pontos da mistura combust\u00edvel-comburente. Neste caso, n\u00e3o existe uma regi\u00e3o definida denominada de chama e o processo \u00e9 volum\u00e9trico. Este tipo de combust\u00e3o ocorre em motores diesel e na detona\u00e7\u00e3o indevida em motores de combust\u00e3o interna com vela de igni\u00e7\u00e3o, fen\u00f4meno mais conhecido como “bater pino”.<\/span><\/p>\n

\"Chamas\"
Figura 1. Tipos de combust\u00e3o<\/figcaption><\/figure>\n

A mec\u00e2nica dos fluidos determina a caracter\u00edstica laminar ou turbulenta da chama. De acordo com a Figura 1, as m\u00e1quinas t\u00e9rmicas operam sempre com escoamento turbulento. Al\u00e9m disso, a tabela abaixo mostra outros fatores extremamente importantes no processo de combust\u00e3o.<\/span><\/p>\n\n\n\n\n\n\n
Aspectos da Combust\u00e3o<\/strong><\/span><\/caption>\n
Fatores<\/strong><\/span><\/td>\nClassifica\u00e7\u00e3o<\/strong><\/span><\/td>\nExemplos<\/strong><\/span><\/td>\n<\/tr>\n
Fases da mistura<\/span><\/td>\nmonof\u00e1sico<\/span><\/p>\n

multi fases<\/span><\/td>\n

motor a vela<\/span><\/p>\n

Caldeira a carv\u00e3o<\/span><\/td>\n<\/tr>\n

Velocidade<\/span><\/td>\nDetona\u00e7\u00e3o<\/span><\/p>\n

Deflagra\u00e7\u00e3o<\/span><\/td>\n

Explos\u00e3o<\/span><\/p>\n

Processo normal<\/span><\/td>\n<\/tr>\n

Press\u00e3o<\/span><\/td>\n\n

Normal<\/span><\/p>\n

Elevada<\/span><\/p>\n<\/td>\n

Caldeiras<\/span><\/p>\n

Motores<\/span><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Combust\u00e3o do Carbono<\/span><\/h2>\n

A Equa\u00e7\u00e3o 1 apresenta a combust\u00e3o do carbono.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 1. Combust\u00e3o do Carbono<\/figcaption><\/figure>\n

Esta equa\u00e7\u00e3o significa que 1 mol de carbono ao reagir com 1 mol de oxig\u00eanio forma 1 mol de di\u00f3xido de carbono liberando energia. Ela tamb\u00e9m significa que 12 kg de carbono reagem com 32 kg de oxig\u00eanio para gerar 44 kg de di\u00f3xido de carbono liberando, de acordo com a Tabela<\/a>, 109 kWh (9,09 kWh\/kg) de energia t\u00e9rmica. <\/span>2<\/sup><\/a><\/span> Do ponto de vista ambiental, esta rea\u00e7\u00e3o gera 3,66 kg de di\u00f3xido de carbono por kg de carbono ou 0,403 kgCO2<\/sub>\/kWh.<\/span><\/p>\n

Combust\u00e3o Incompleta do Carbono<\/span><\/h3>\n

As seguintes rea\u00e7\u00f5es ocorrem quando a combust\u00e3o total do Carbono n\u00e3o se completa:<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 2. Combust\u00e3o Incompleta do Carbono<\/figcaption><\/figure>\n

Essa rea\u00e7\u00e3o predomina quando a quantidade de carbono supera a quantidade de oxig\u00eanio necess\u00e1ria na zona de combust\u00e3o. Apesar do mon\u00f3xido de carbono n\u00e3o ser combust\u00edvel industrial, ele queima e participa do processo de combust\u00e3o. O poder calor\u00edfico do mon\u00f3xido de carbono \u00e9 tr\u00eas vezes menor do que o do Carbono, conforme a Tabela<\/a>. O projeto das m\u00e1quinas t\u00e9rmicas deve considerar esta queima parcial do Carbono e garantir ao m\u00e1ximo a queima do Mon\u00f3xido de Carbono para limitar a emiss\u00e3o deste g\u00e1s venenoso.<\/span><\/p>\n

Combust\u00e3o do Hidrog\u00eanio<\/span><\/h2>\n

A combust\u00e3o do hidrog\u00eanio, o elemento mais leve da tabela peri\u00f3dica, ocorre de acordo com a Equa\u00e7\u00e3o 3.<\/span><\/p>\n

\"h2o\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 3. Combust\u00e3o do Hidrog\u00eanio<\/figcaption><\/figure>\n

Observa-se que a \u00e1gua consiste no \u00fanico produto desta rea\u00e7\u00e3o e libera a maior quantidade de energia dentre todos os combust\u00edveis. Por isso, considera-se o Hidrog\u00eanio como o combust\u00edvel mais limpo do ponto de vista ambiental, mas sua utiliza\u00e7\u00e3o se encontra ainda limitada em decorr\u00eancia de fatores econ\u00f4micos e de seguran\u00e7a.<\/span><\/p>\n

Combust\u00e3o do Metano<\/span><\/h2>\n

O Metano, o hidrocarboneto mais simples, ao queimar produz di\u00f3xido de carbono e \u00e1gua, conforme a rea\u00e7\u00e3o abaixo:<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 4. Combust\u00e3o do Metano<\/figcaption><\/figure>\n

Neste caso, 16,04 kg de metano geram 44 kg de di\u00f3xido de carbono. Ou seja, apenas 2,74 kg de di\u00f3xido de carbono s\u00e3o gerados por kg de metano. Isto representa 25% menos di\u00f3xido de carbono por quilo de combust\u00edvel se comparado com o carbono.<\/span><\/p>\n

Do ponto de vista energ\u00e9tico, os 16,04 kg de Metano geram 222,6 kWh (13,88 kWh\/kg), que representa 0,20 kgCO2<\/sub>\/kWh. Isto significa que o Metano gera cerca da metade do CO2<\/sub> gerado pela combust\u00e3o do carbono por energia t\u00e9rmica liberada. <\/span>3<\/sup><\/a><\/span><\/span><\/p>\n

Combust\u00e3o de Hidrocarbonetos<\/span><\/h2>\n

A Equa\u00e7\u00e3o 5 apresenta a combust\u00e3o de um hidrocarboneto gen\u00e9rico.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 5. Combust\u00e3o Hidrocarboneto Gen\u00e9rico<\/figcaption><\/figure>\n

Observa-se que, quanto maior o n\u00famero de \u00e1tomos de carbono maior a quantidade de di\u00f3xido de carbono gerada. No entanto, conforme mostra a tabela abaixo, o aumento do n\u00famero de carbono no hidrocarboneto satura logo o \u00edndice de massa de CO2<\/sub> por massa de combust\u00edvel queimado e o \u00edndice de massa de CO2<\/sub> por energia t\u00e9rmica liberada.<\/span><\/p>\n

\n
Problema proposto<\/span><\/h6>\n

Por que o \u00edndice de massa de CO2<\/sub> emitida na combust\u00e3o por massa de combust\u00edvel dos hidrocarbonetos satura?<\/span><\/p>\n

\n

Desta forma, considerando a emiss\u00e3o do Metano como sendo 100%, a emiss\u00e3o dos hidrocarbonetos se torna 30% maior e a do carv\u00e3o 100% maior do que a emiss\u00e3o de CO2<\/sub> originada pela queima de Metano. Os hidrocarbonetos apresentados na Tabela foram escolhidos porque representam a composi\u00e7\u00e3o da gasolina, diesel e \u00f3leo combust\u00edvel.<\/span><\/p>\n

Combust\u00e3o de \u00c1lcoois<\/span><\/h2>\n

A Equa\u00e7\u00e3o 6 apresenta a combust\u00e3o de \u00e1lcool gen\u00e9rico.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a>
Equa\u00e7\u00e3o 6. Combust\u00e3o \u00c1lcoois<\/figcaption><\/figure>\n

Observa-se que os \u00e1lcoois possuem um poder calor\u00edfico inferior ao poder calor\u00edfico dos hidrocarbonetos – 44% no caso do Metanol e 60% no caso do Etanol. Por isso, os carros consomem mais \u00e1lcool – Etanol – do que gasolina por km rodado. <\/span>4<\/sup><\/a><\/span><\/span><\/p>\n

Tabela 1. Combust\u00e3o de Hidrocarbonetos<\/h2>\n\n\n\n\n\t\n\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t
Combust\u00edvel<\/th>EC<\/th>M1<\/th>M2<\/th>M2\/M1<\/th>M2\/EC<\/th>M2\/EC
\nNormalizado<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
\u00a0<\/td>kWh\/kg<\/td>kg<\/td>kg<\/td>kg\/kg<\/td>kg\/kWh<\/td>%<\/td>\n<\/tr>\n
Metano
\nCH4<\/td>		13,9<\/td>16<\/td>44<\/td>2,74<\/td>0,197<\/td>100<\/td>\n<\/tr>\n
Octano
\nC8H18<\/td>		12,3<\/td>114,2<\/td>352,1<\/td>3,08<\/td>0,251<\/td>127<\/td>\n<\/tr>\n
Duodecano
\nC12H26<\/td>		12,3<\/td>170,3<\/td>528,1<\/td>3,10<\/td>0,253<\/td>128<\/td>\n<\/tr>\n
Cetano
\nC16H34<\/td>		12,2<\/td>226,4<\/td>704,2<\/td>3,11<\/td>0,255<\/td>129<\/td>\n<\/tr>\n
Metanol
\nCH4O<\/td>		5,5<\/td>32<\/td>44<\/td>1,37<\/td>0,248<\/td>126<\/td>\n<\/tr>\n
Etanol
\nC2H6O<\/td>		7,4<\/td>46,1<\/td>88<\/td>1,91<\/td>0,256<\/td>130<\/td>\n<\/tr>\n
Carbono
\nC<\/td>		9,1<\/td>12<\/td>44<\/td>3,66<\/td>0,403<\/td>204<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\nEC - Entalpia de Combust\u00e3o
\nM1 - massa de combust\u00edvel
\nM2 - Massa de CO2
\n
\n
\nYaws, Carl L. \"Enthalpy of Combustion.\" Chemical Properties Handbook: Physical, Thermodynamic, Environmental, Transport, Safety, and Health Related Properties for Organic and Inorganic Chemicals. New York: McGraw-Hill, 1999. 779. Print.
\n
\n
\n<\/span>\n<\/span><\/p>\n

Com rela\u00e7\u00e3o \u00e0s emiss\u00f5es de CO2<\/sub>, os \u00e1lcoois emitem menores quantidades de CO2<\/sub> por massa de combust\u00edvel. Contudo, como eles apresentam poder calor\u00edfico menor, a emiss\u00e3o de CO2<\/sub> por energia gerada se torna praticamente igual \u00e0 dos hidrocarbonetos<\/strong>.\u00a0 Por\u00e9m, como eles s\u00e3o obtidos a partir da cana de a\u00e7\u00facar e do milho, o CO2<\/sub> emitido \u00e9 reabsorvido pelo crescimento dos vegetais.<\/span><\/p>\n

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