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Clculos Estequiomtricos da
Combusto
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PROCESSO DA COMBUSTO
Componentes e reaes do sistema de combusto
REAES DE COMBUSTO
(1) C (grafite) + O2 CO2 + 94,03 kcal
(2) H2 (gs) + O2 H2O (vapor) + 57,80 kcal
(3) H2 (gs) + O2 H2O (lquido) + 68,32 kcal
(4) S (slido) + O2 SO2 (gs) + 72,0 kcal
C (grafite) + CO2 2CO - 40,79 kcal
CO (gs) + O2 CO2 + 69,91 kcal
Combustvel
Comburente
Cinzas
Fumos
CO2, SO2, CO e vapor
de H2O Resduos slidos
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Considerando a reao de combusto com ar atmosfrico seco, pode-se escrever as reaes anteriores da seguinte forma:
(1) C + (O2 +3,76N2) CO2 + 3,76 N2
(2) H2 + (O2 + 3,76 N2) H2O + (3,76/2) N2
(3) S + (O2 + 3,76 N2) SO2 + 3,76 N2
PROCESSO DA COMBUSTO
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Procedimentos para o Clculo
Estequiomtrico
Para se efetuar o clculo estequiomtrico de uma combusto,
deve-se:
1. Escolher um sistema que, em geral, o local em que se realiza a
combusto;
2. Adotar uma base de clculo;
3. Estabelecer balanos materiais em nmero suficiente para a
determinao necessria.
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Geralmente os clculos estequiomtricos da combusto correspondem a trs tipos:
1. Clculo da quantidade de ar teoricamente necessrio (ar terico) e de ar real para a combusto completa do combustvel;
2. Clculo da composio e do volume dos fumos da combusto;
3. Clculo da porcentagem de ar em excesso utilizada em uma combusto, em razo da anlise de Orsat dos fumos da combusto.
Procedimentos para o Clculo
Estequiomtrico
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Oxignio terico
Em sntese, a quantidade de oxignio terico pode ser
expressa por:
O2 terico = O2 combusto completa - O2 do combustvel
Ar terico
Quantidade de ar que contenha a quantidade de oxignio terico.
100 L (moles) ar 21 L (moles) O2
V (ou n) ar terico V (ou n) O2 terico
21,0
).().( 2
tericoOVtericoarV
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Ar em excesso
Estimativa de acordo com o estado fsico do
combustvel:
1.Combustveis gasosos: 5-30% ar em excesso.
2.Combustveis lquidos: 20-40% ar em excesso.
3.Combustveis slidos: 30-100% ar em excesso.
Ar real
Pode ser expresso por:
Var real = Var terico + Var excesso
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Ar real
tericoartericoarrealAr .3,0..
tericoArrealAr .30,1.
Considerando 30% de ar em excesso, pode-se relacionar:
Frmula a ser usada
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Combustveis gasosos: utilizar estequiometria em volume.
Equaes dos gases ideais (Clausius-Clapeyron):
importante considerar que as propores volumtricas dadas pelo coeficiente da reao de combusto somente sero vlidas para volumes nas mesmas condies de presso e temperatura.
A transformao de qualquer volume pode ser efetuada por:
Critrios de Clculo
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Critrios de Clculo
Combustveis lquidos e slidos: utilizar estequiometria em quantidades molares:
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A determinao de volumes de oxignio, de ar ou de fumos
pode ser efetuada de duas formas:
(1) Multiplicar a quantidade molar obtida por 22,4 litros (volume
molar de gases na CNTP) e depois transformar para outra
condio de T e P utilizando
(2) Utilizar a equao de Clapeyron
Critrios de Clculo
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Exemplo de Clculo 6. (HILSDORF, pg 33) Consideremos um carvo mineral cuja composio
qumica, em porcentagem de peso, a seguinte:
Componente % peso
Carbono 74,0
Hidrognio 5,0
Oxignio 5,0
Nitrognio 1,0
Enxofre 1,0
Umidade 9,0
Cinza 5,0
Total 100,0
Determinar a quantidade volumtrica de ar real necessria para a combusto de 1,0
Kg desse carvo mineral, considerando 50% de excesso de ar, em condies de 27C
e 700 mm Hg.
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Componente % peso
Carbono 74,0
Hidrognio 5,0
Oxignio 5,0
Nitrognio 1,0
Enxofre 1,0
Umidade 9,0
Cinza 5,0
Total 100,0
Exemplo de Clculo
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Exerccio 4 (pag. 132)
Um combustvel slido apresenta a seguinte composio em porcentagem em massa:
Tomando-se como base de clculo 1000g de carvo, e considerando-se a queima com 50% de ar em excesso, pergunta-se:
a) A quantidade de matria de oxignio terico.
b) A quantidade de matria de ar real.
c) A massa de oxignio nos fumos.
d) A massa de nitrognio nos fumos.
e) O volume de fumos liberados a 227 C e 1,0 atm.
Carbono Hidrognio Oxignio Nitrognio Enxofre Umidade Cinza
72 4,8 9,6 2,8 3,2 5,4 2,2
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Fim da aula.