quimica - combustiveis
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8/6/2019 QUIMICA - Combustiveis
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Centro de Educao Tecnolgica de Minas GeraisCurso Tcnico de Mecnica
Disciplina: Mquinas Trmicas
Combustveis
Aluno:
n.: - Turma:
ndice
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1) Definio de combustveis 3
2) Classificao 3
2.1) Slido 3
2.2) Lquido 3
2.3) Gasoso 4
3) Combustvel lquido 5
Hidrocarbonetos 5
Benzol 6
lcool 84) Propriedades dos combustveis 8
Volatilidade 8
Poder Calorfico 9
Calor Latente 10
Peso Especfico 11
Viscosidade 115) Gasolina 11
ndice de Octano (antidetonncia) 12
Aditivos utilizados 12
6) leo diesel 14
ndice de Cetano 14
Aditivos para melhorar o NC 14
- Bibliografia 16
1) Definio de combustveis
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De modo geral denomina-se combustvel qualquer corpo cuja combinao qumica
com outro seja exotrmica. Entretanto, as condies de baixo preo, a existncia na
natureza ou o processo de fabricao em grande quantidade limitam o nmero de
combustveis usados.
Tendo por base o seu estado fsico, eles podem classificar-se em slidos, lquidos e
gasosos.
2) Classificao
2.1) Slidos
So formados de C, H2, O2, S, H2O e cinzas, sendo combustveis somente o C, O2,
H2 e o S. Entre os combustveis slidos, temos os minerais como lenha, serragem, bagao
de cana, etc.
Os combustveis slidos para serem usados devem estar sob forma de p muito
fino, ele pulverizado com o ar durante a alimentao do cilindro. O grande problema que
apresentam os combustveis slidos, a inaceitvel eroso provocada nos pistes, vlvulas,
cilindros, etc. Isto acontece porque os produtos da combusto contm partes muito duras,
que ao depositarem nestes rgos, causam estes inconvenientes.
2.3) Lquido
Tambm podem ser minerais ou no minerais. Os minerais so obtidos pela
refinao do petrleo, destilao do xisto betuminoso ou hidrogenao do carvo. Os mais
usados so a gasolina, o leo diesel e o leo combustvel. Estes combustveis so formados
de hidrocarbonetos, sendo o leo diesel C8H17 e a gasolina C8H18. Os combustveis
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lquidos no minerais so os lcoois e os leos vegetais. Entre os lcoois, temos o lcool
metlico e o etlico, enquanto que os leos vegetais so formados de C, H2, O2 e N2.
2.3) Gasoso
Alm de terem um baixo custo, porque geralmente so gases obtidos como
subprodutos, so combustveis que formam com o ar uma mistura mais homognea.
Esta caracterstica, contribui para uma melhor distribuio nos cilindros,
aumentando o rendimento do motor. Aumenta tambm a facilidade da partida a frio do
motor.
Os combustveis gasosos, segundo o seu processo de fabricao podem ser:
Gs natural - encontrado em locais arenosos que contm petrleo em vrias
profundidades do subsolo.
Os principais gases naturais so:
Metano CH4
Etano C2H6
Dixido de carbono CO2
Nitrognio N2
Os gases naturais obtidos atravs da refinaria de petrleo so:
Propano
Butano
Gs do gasognio - estes gases so obtidos atravs da combusto do carbono.
O emprego dos gases do gasognio na automobilstica, foi muito usado no tempo
da guerra, devido a inexistncia de outros combustveis. Hoje em dia no muito utilizado,
por apresentarem os seguintes inconvenientes:
Alta percentagem de poluio
Baixo poder calorfico
Para serem produzidos, so necessrios equipamentos de grande porte.
Gs do subproduto - pode ser obtido pelos seguintes processos:
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Processo destinado a produzir coque. A parte voltil do carbono liberada com
o aquecimento dos hidrocarbonetos mais pesados, obtendo assim um gs em H2
e CH4
Processo de produo de ao, onde se tem a formao essencialmente do CO e
N2.
3) Combustvel Lquido
Os combust
veis l
quidos empregados nos motores s
o constitu
dos de: hidrocarboneto,
benzol ou
lcoois
Hidrocarbonetos
So agrupados em quatro classes:
parafinas
olefinas
aromticos
naftenos
- Famlia Parafnica
A sries parafinica dos hidrocarbonetos comea com o CH4 (metano) e os termos
sucessivos t
m um
tomo a mais de carbono ligados a dois
tomos de hidrog
nio erecebem os seguintes nomes de acordo com o nmero de cabono:
1 carbono - METANO
2 carbonos - ETANO
3 carbonos - PROPANO
4 carbonos - BUTANO
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5 carbonos - PENTANO
6 carbonos - HEXANO
7 carbonos - HEPTANO
8 carbonos - OCTANO
9 carbonos - NONANO
10 carbonos - DECANO
- Famlia das Olefinas
A srie das olefinas tem a cadeia aberta como a srie parafnica, mas tm uma
dupla ligao entre os tomos de carbono. Esta famlia caracterizada pela terminao
ENO e tem a frmula geral CnH2n. As olefinas podem unir-se com facilidade com o
hidrognio, formando a parafina, ou tambm pode se unir com o oxignio, que neste caso
formar resduos indesejveis comumente chamados de borras.
- Famlia dos Aromticos
Possuem a frmula geral CnH2n-6 para a srie benznica e C2H2(n-6) para a srie dos
naftalnicos.
- Famlia dos Naftenos
A frmula geral , evidentemente, CnH2n. uma famlia de compostos saturados
com estruturas slidas.
Cada tomo de carbono ligado a outros dois tomos de carbono, formando assim
uma estrutura em anel. Cada carbono tem dois outros elementos ligados a este, que podem
ser o hidrognio, outro carbono ou ambos. Os compostos so denominados, adicionando o
prefixo CICLO ao nome da parafina correspondente.
Benzol
O benzol obtido da destilao dos catrames de carbono.
Devido a sua alta octonagem (NO = 120) e alto poder calorfico (10000 kcal/kg),
muito indicado para ser usado nos motores combusto interna.
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A sua principal desvantagem o alto ponto de solidificao (5C), que limita o seu
emprego, principalmente em pases frios.
Este inconveniente pode ser minimizado adicionando ao benzol alguns produtos
qumicos, como por exemplo, a gasolina.
Outro inconveniente a dificuldade de se evaporar, portanto para que haja uma
formao homognea da mistura ar mais combustvel, necessrio que esta sofra um
preaquecimento.
Diviso dos combustveis lquidos segundo a sua volatilidade
Os combustveis se dividem em:
carburantes,
leo combustveis
- Carburantes
Possuem elevada volatilidade e so usados nos motores ignio por centelha.
Os principais combustveis que pertencem classe dos carburantes so:
gasolina
benzol
lcool
- leos combustveis
Se dividem em:
leos combustveis leves
leos combustveis pesados
Os primeiros chamam-se leo diesel e so empregados em motores de combusto
por compresso de mdias e altas rotaes, enquanto que os segundos so os leos APF
(alto ponto de fluidez) e BPF (baixo ponto de fluidez), utilizados em motores de grande
porte e de baixa rotao.
A diferena que existe entre os leos combustveis pesados e leves sobretudo sua
viscosidade, sendo a do leo menor do que a do pesado.
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Em linhas gerais, a caractersticas principal de um leo combustvel o retardo de
ignio, e, quando menor for, melhor ser o leo combustvel.
Retardo de ignio o tempo decorrido entre o incio do combustvel na cmara de
combusto e o incio da ignio do leo de combustvel.
lcool
Podem ser obtidos de produtos agrcolas ou da oxidao parcial do petrleo.
Eles so compostos orgnicos que podem considerar-se divididos de um
hidrocarboneto, saturado ou insaturado, mediante substituio de um ou mais tomos de
hidrognio com uma mais oxidrilas OH, quando os lcoois contm um ou mais oxidrilas,
distinguem-se em monovalentes, bivalentes, etc.
4) Propriedade dos combustveis
- Volatibilidade
Pode ser definida como a porcentagem de um combustvel a uma data temperatura,
quando a presso atuante for de uma atmosfera.
Um combustvel tanto mais voltil quanto:
menor for a presso interna
maior for a temperatura externa
Para um bom funcionamento de um motor, a volabilidade de um combustvel no deve
ser nem muito elevada e nem muito baixa.
- Se for muito elevada:
1. haver perdas no reservatrio do carburador pelo tubo de equilbrio
2. formaro bolhas de vapor no circuito de alimentao, principalmente durante o vero
3. formaro gelo no carburador durante o inverno, impedindo o funcionamento do motor
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- Se for muito baixa teremos:
1. dificuldade na partida do motor
2. alimentao no uniforme nos cilindros
3. diminuio da acelerao
4. maior tempo para que o motor atinja a temperatura ideal de funcionamento
5. diluio do leo lubrificante, porque os combustveis menos volteis no so capazes de
serem queimados na combusto
6. maior formao de carvo nas cmaras de combusto e no cu do pisto
- Poder Calorfico
Defina-se como a quantidade de energia interna contida no combustvel, sendo que
quanto mais alto for o poder calorfico, maior ser energia contida.
Um combustvel constitudo sobretudo de hidrognio e carbono, tento o
hidrognio o poder calorfico de 28700Kcal/kg enquanto que o carbono de 8140Kcal/kg,
por isso, quanto mais rico em hidrognio for o combustvel maior ser o seu poder
calorfico.
H dois tipos de poder calorfico:
poder calorfico superior
poder calorfico inferior
Poder Calorfico Superior
a quantidade de calor produzido por 1kg de combustvel, quando este entra em
combusto, em excesso de ar, e os gases da descarga so resfriados de modo que o vapor
de gua neles seja condensado.
Poder Calorfico Inferior
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a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustvel, quando este entra
em combusto com excesso de ar e gases de descarga so resfriados at o ponto de
ebulio da gua, evitando assim que a gua contida na combusto seja condensada.
Como a temperatura dos gases de combusto muito elevada nos motores
endotrmicos, a gua contida neles se encontra sempre no estado de vapor, portanto, o que
deve ser considerado o poder calorfico inferior e no o superior.
Frmulas para determinar o poder calorifico inferior.
Para a gasolina: Para o benzol:
PCI = PCS - 780 Kcal/Kg PCI = PCS - 415
Para lcool etlico: Para o leo diesel:
PCI = PCS - 700 PCI =PCS - 730
Para lcool metlico:
PCI = PCS - 675
PCI = PODER CALORIFICO INFERIOR
PCS = PODER CALORIFICO SUPERIOR
- Calor Latente:
A demora ou rapidez com o qual os corpos se fundem ou liquefazem, tem sua
explicao no calor latente, que e a quantidade de calor absorvido pelos corpos na sua
mudana de estado, sem que haja aumento aparentemente de temperatura.
O calor latente necessrio fuso ou liquefao varia com sua natureza. Na
passagem do estado lquido ao gasoso, o lquido no muda de temperatura enquanto dura
sua transformao, e todo calor empregado absorvido para produzir mudana de estado.
- Peso Especfico
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a relao entre o peso de uma substncia e o de um volume igual de gua
destilada, a uma temperatura de 4C. o peso de uma substncia por unidade de volume,
densidade.
Comercialmente, usado para diferenciar os diversos tipos de combustveis e
permite calcular ainda o volume, peso e consequentemente, a tonalidade trmica que
expressa em kilocalorias por litro de mistura (cal/L).
Para o peso especfico dos carburantes, os limites mximos geralmente admitidos
so 0,705 a 0,770kg/dm3. O peso especfico da gasolina oscila entre 0,840 e 0,890kg/dm
3.
- Viscosidade
A viscosidade se explica pela fora de coeso das molculas do fluido. Ao se tentar
deslocar uma camada de gua sobre outra, por exemplo, necessrio vencer a fora de
resistncia provocada pela atrao entre as molculas das duas camadas. Para os leos
lubrificantes h uma escala arbitrria estabelecida pela Society of Automotive Engineers,
os graus SAE, que so expressos por dezenas inteiras, sendo o leo mais fino ou menos
viscoso de grau igual a 10.
5) Gasolina
o carburante mais utilizado atualmente nos motores endotrmicos, sendo uma
mistura de hidrocarbonetos obtidos do petrleo bruto, por intermdio de vrios processos
como o cracking, destilao e outros. um lquido voltil e inflamvel.
No Brasil, atualmente encontram-se no comrcio vrios tipos de gasolina que so:
gasolina do tipo A ( 73 octanas - gasolina amarela )
gasolina do tipo B ( 82 octanas - gasolina azul)
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gasolina do tipo C ( 76 octanas - gasolina + lcool )
gasolina verde - cujo NO = 110 - 130
esta ltima somente utilizada na aeronutica. A gasolina empregada nos motores
endotrmicos, deve possuir os seguintes requisitos:
volatilidade mdia
ausncia de impurezas
alto poder calorfico
alta resistncia detonao
ndice de Octano (autodetonncia)
O combustvel classificado segundo seu poder antidetonante, em nmero de
octanagem (NO). Quanto maior for o NO, mais antidetonante ser o combustvel e, por
conseguinte maior ser a sua capacidade de suporte as altas compresses sem sofrer a
detonao.
O nmero de octano de um combustvel represente o percentual de isoctano
(C8H18) e de heptanio (C7H16) contidos nele.
Aditivos Utilizados
Em alguns casos, o NO de um combustvel pode ser aumentado, adicionando-se
uma pequena quantidade de aditivos de grande poder antidetonante.
Os aditivos geralmente so:
chumbo tretametila Pb (C2H5) e
chumbo tretaetila Pb (CH3)4
Entre os dois aditivos, o mais eficaz o chumbo tretaetila.
A adio destes aditivos ao combustvel causa os seguintes inconvenientes:
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100% ISO-OCTANO
110
105 75%
100 50%95 25%
90 0%
85
80
75
70
Chumbo Tetraetlico cm3/litro
6) leo Diesel
ndice de Cetano
O nmero de cetano de um leo combustvel corresponde ao percentual
volumtrico de cetano e alfametilnaftaleno contido neste leo.
Quando maior for o nmero de cetano, menor ser o retardo de ignio o por
conseguinte melhor ser sua capacidade de incendiar-se.
Um leo diesel comumente empregado em motores trmicos tem o nmero de
cetano compreendido entre 40 e 60.
Os melhores leos diesel so encontrados nas fraes perto do querosene.
Aditivos usados para melhor o NC
Os aditivos mais usados para melhorar o NC de um combustvel so:
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- Bibliografia:
- FILHO, Paulo Penido - O lcool combustvel, Obteno e aplicao nos motores
- TAYLOR, Charles S. - Anlise dos motores de combusto interna Vol. II
- SANCHES, Jos Gonzalez - Valls - Motor Endotermico. Barcelona (Espanha), Editorial
cientfico - Mdica, 1970
- Enciclopdia Britnica do Brasil - vol. V, VIII, XV
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