Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente

1. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Complementos de Química Aplicada Fontes renováveis e não renováveis Combustão Combustíveis Comburente Prof. Dr. FERNANDO CRUZ BARBIERI S.J. dos Campos

2. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia: fontes renováveis

3. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Histórico • Entende-se por energia a capacidade de realizar trabalho. • Fontes de energia, portanto, são elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: os músculos, o sol, o fogo, o vento etc. • Depois da própria força humana, a primeira fonte de energia que o homem utilizou foi o fogo (de 50 000 a.C). • A utilização da força do vento, principalmente para a navegação, deve ter começado em torno do ano 2 000 a.C. • O aproveitamento da água, da força hidráulica para mover moinhos, iniciou-se em torno do século II a.C. • A partir do ano 1000 d.C. começa a exploração mais intensa do carvão mineral (a hulha, inicialmente). • Por volta do final do século XIX, surge a eletricidade, o desenvolvimento dos motores a gasolina ou demais derivados do petróleo e, conseqüentemente, um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferas.

4. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Histórico • Em meados do século XX, surgiu a energia nuclear, sendo que a fissão nuclear (obtenção da energia nuclear) foi utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial. • A enorme participação das fontes não-renováveis na oferta mundial de energia coloca a sociedade diante de um desafio: a busca por fontes alternativas de energia. • Deverão coexistir várias fontes de energia, principalmente as renováveis e pouco poluidoras, e ainda aquelas de origem biológica que deverão conhecer uma maior expansão nas próximas décadas. • Na área da engenharia, a administração da energia tornou-se uma das principais funções do engenheiro, já que a mesma representa, na maioria das vezes, a maior parcela na composição do custo da produção, além da interação com todos os processos que envolvem a geração, a transformação, a conservação e o uso racional da energia. • A Química estão afetos: o processo de Combustão, que continua sendo o principal processo de geração de energia usado pela humanidade além da Corrosão e Proteção contra a Corrosão que se traduz num processo de conservação de energia.

5. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Fontes de energia • Cerca de 99 % da energia térmica utilizada pelos ecossistemas provém das radiações solares as quais constituem a principal fonte de energia da Terra. • O restante da energia é obtido de fontes primárias e transformado pelo homem em outras formas, como energia mecânica, elétrica, energia térmica e química. • Os recursos energéticos primários são classificados em renováveis e não renováveis. Fontes renováveis • Energia limpa • 1% da geração mundial • Proposta brasileira para 10% até 2010

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7. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia das marés • Uma das alternativas para a produção de energia elétrica é o aproveitamento das variações do nível das marés, em lugares onde a diferença é grande. • Neste século, o aproveitamento das marés para gerar energia elétrica é uma das alternativas estudadas. • As usinas que aproveitam as variações de nível entre as marés são chamadas de usinas maremotrizes. • No momento, a maior parte das usinas existentes é em escala semi-experimental que mostraram ser anti-econômico esse tipo de aproveitamento. • São poucos os locais que permitem aproveitar de forma econômica esse tipo de energia.

8. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia Geotérmica • O calor existente no interior da terra tem sido aproveitado há muitos anos nas regiões vulcânicas constituindo assim uma outra forma de energia alternativa. • Abrem-se buracos fundos no chão até chegar aos reservatórios de água e vapor que pode atingir os 370 ºC, são drenados até á superfície por meio de tubulação apropriada. • Através da tubulação o vapor é conduzido até central elétrica normal, o vapor faz girar as lâminas da turbina. • A energia mecânica da turbina é então transformada em energia elétrica por meio do gerador.

9. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia Geotérmica • Após passar pela turbina o vapor é conduzido para um tanque de resfriamento. A água condensada é novamente canalizada para o reservatório subterrâneo, onde será naturalmente aquecida pelas rochas quentes, mantendo-se a produção. • Estima-se que, atualmente, estes tipos de centrais satisfazem as necessidades energéticas de cerca de 60 milhões de pessoas em 21 países. • A água aquecida geotermicamente é utilizada para piscicultura, agricultura, aquecimento de casas, processos industriais (secagem de madeira e de alimentos) e etc.

10. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia Solar • A energia solar também pode ser usada para produzir eletricidade. • Alguns sistemas solares, como o que está na figura, usam um refletor alto e côncavo como uma parabólica para focar a luz do sol nos tubos; estes aquecem tanto que a água ferve. O vapor pode ser usado para girar uma turbina e produzir eletricidade. • O problema do sistema solar elétrico é que apenas funciona durante o dia, enquanto o sol aquece. Por isso, com o tempo nublado ou á noite não se gera energia elétrica. • Alguns sistemas são duplos, ou seja, durante o dia a água é aquecida pelo sol e á noite usa-se gás natural para a ferver; deste modo, continua-se a produzir eletricidade.

11. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia de biogás • Atribui-se o nome de biogás (também conhecido como gás dos pântanos) à mistura gasosa combustível, resultante da fermentação anaeróbica da matéria orgânica. • De qualquer forma, esta mistura é essencialmente constituída por metano (CH4), com valores médios na ordem de 55 a 65% em volume, e por dióxido de carbono (CO2), com aproximadamente 35 a 45% de sua composição. • O seu poder calorífico está diretamente relacionado com a quantidade de metano existente na mistura gasosa. • A produção do biogás é naturalmente encontrada em pântanos, aterros e esgotos entre outros. • Atualmente, existem duas situações possíveis para o aproveitamento do biogás.

12. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia de biogás • O primeiro caso consiste na queima direta (aquecedores, fogões, caldeiras). • O segundo caso diz respeito à conversão de biogás em eletricidade. Isto significa que o biogás permite a produção de energia elétrica e térmica. • Em São Paulo o biogás chegou a ser utilizado, experimentalmente, em caminhões de coleta de lixo. • Pode ser considerada uma das fontes energéticas mais econômicas e de fácil aquisição pelas pequenas propriedades rurais e pode ser usado em motores, geradores, motopicadeiras, resfriadores de leite, aquecedor de água, geladeira, fogão, lampião, lança-chamas entre outros. • Numa análise global, o biogás é um gás incolor, geralmente inodoro (se não contiver demasiadas impurezas ) e insolúvel em água. • Devido a presença do metano, é um gás combustível, sendo o seu poder calorífico inferior (P.C.I.) cerca de 5500 Kcal/m3, quando a proporção em metano é aproximadamente 60 %.

13. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia de biogás • É um gás de baixa densidade, mais leve que o ar, e contrariamente ao butano e ao propano, traz menores riscos de explosão já que sua acumulação se torna mais difícil. • O biogás, em condições normais de produção, devido ao seu baixo teor de monóxido de carbono (inferior a 0,1 %) não é tóxico. Por outro lado, o metano obtido é muito corrosivo devido às impurezas que contém.

14. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia de biomassa • É o conjunto de organismos que podem ser aproveitados como fontes de energia: a cana-de-açúcar, o eucalipto e a beterraba (dos quais se extrai álcool), diversos tipos de árvores (lenha e carvão vegetal), alguns óleos vegetais (mamona, amendoim, soja, dendê), etc • Provavelmente as principais fontes de energia do século XXI serão de origem biológica, produzidas a partir da biotecnologia. • Trata-se de matéria vegetal produzida pelas radiações solares, por meio da fotossíntese. Pode ser queimada no estado sólido, como no caso da lenha, ou ser convertida em combustível gasoso ou líquido como metanol e etanol. • A grande quantidade de umidade existente na biomassa, bem como a produção de monóxido de carbono (CO) e material particulado na queima da madeira, são aspectos desvantajosos.

15. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia de biomassa • No Brasil, na década de 70, em conseqüência da crise do petróleo, foi desenvolvido o Proálcool, com a produção de álcool etílico carburante a partir da cana de açúcar. • O Brasil possui um enorme potencial de fontes de biomassa: bagaço de cana, resíduos agrícolas, apara de madeira, esgoto e lixo. A maior parte é queimada a céu aberto, gerando poluição ambiental. • Desse modo, a mesma fonte de combustível atende a duas finalidades: produz o vapor e a energia elétrica.

16. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia Aeólica • A energia cinética do vento é uma fonte de energia abundante e renovável, limpa e disponível em todos os lugares. • A utilização desta fonte para a geração de eletricidade, em escala comercial, teve início há pouco mais de 30 anos e pode ser transformada em energia mecânica e elétrica. • No Brasil, o aproveitamento dos recursos eólicos tem sido feito tradicionalmente com a utilização de cata-ventos multipás para bombeamento de água. • O vento forte pode rodar as lâminas de uma turbina adaptada para o vento (em vez do vapor ou da água é o vento que faz girar a turbina). • A ventoinha da turbina está ligada a um eixo central que contém em cima um fuso rotativo. Este eixo chega até uma caixa de transmissão onde a velocidade de rotação é aumentada.

17. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia Aeólica • O gerador ligado ao transmissor produz energia elétrica. • A capacidade instalada no Brasil não chega atualmente a 25 MW, com turbinas eólicas de médio e grande porte conectado à rede elétrica. • Em janeiro de 2004 foram instaladas pela Petrobrás na praia de Soledade, no município de Macau, Rio Grande do Norte, 3 turbinas eólicas que juntas vão gerar 1,8 MW.

18. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Gás hidrogênio • Apesar de o hidrogênio ser uma grande fonte de energia, a idéia do seu uso como combustível passou a ser cogitada a partir da década de 1970, com a crise provocada pelo aumento do preço do petróleo. • A crise e os níveis alarmantes de poluição ambiental mobilizaram a comunidade internacional, trazendo à tona a conversão eletroquímica de energia, com o uso de células a combustível. • São sistemas eletroquímicos que convertem a energia química diretamente em energia elétrica, a partir de um combustível (hidrogênio) e um oxidante (oxigênio). • São sistemas que apresentam inúmeras vantagens, tais como: alta eficiência, operação limpa e silenciosa, resposta rápida de carga, confiabilidade, manutenção reduzida e flexibilidade quanto ao combustível. • O grande problema do uso desse tipo de combustível é o custo da produção do mesmo, que pode ser feita a partir de carvão ou gás natural, calor e eletricidade.

19. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Gás hidrogênio • Além disso, apresenta balanço energético negativo, ou seja, a quantidade de energia gerada na sua queima é menor que a quantidade gasta na sua produção. Assim, somente a produção em larga escala poderá viabilizar seu uso de forma ampla. • Outro problema é o fato de ser altamente explosivo. • Muitos estudos são desenvolvidos para encontrar formas seguras de armazenar, manusear e disponibilizar esse combustível.

20. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia hidrelétrica • Produzida por quedas d’água, a energia hidráulica permite o acionamento de turbinas que movimentam geradores elétricos, produzindo energia em grande ou pequena escala. • Hoje, um quinto de toda energia elétrica do mundo é produzido pelo aproveitamento dos cursos de água. Mais de 90% da energia que o Brasil consome provém do uso da energia hidráulica.

21. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia hidrelétrica • As centrais hidrelétricas de grande porte apresentam problemas de impacto ambiental, já que requerem grandes inundações de terras com modificação do ecossistema, e com o deslocamento de comunidades. • Mesmo assim, a preferência atual por hidrelétricas não existe por acaso. Sua atratividade está na energia mais barata, já que o combustível é a água. • Em média o custo é de U$ 500 para cada quilowatt ( KW ) instalado. Isso significa em torno de U$ 16 o MWh, bem diferente dos quase U$ 32 da energia das termoelétricas movidas a gás natural (fonte ANEEL).

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24. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Petróleo • Mistura de hidrocarbonetos parafínicos, aromáticos e naftênicos. • O petróleo originou-se de restos de plantas e animais marinhos inferiores, que se acumularam no fundo de antigos mares, e foram soterrados por movimentos da crosta terrestre. • Encontra-se confinado em grandes profundidades no sub-solo dos continentes e dos mares. • Além dos combustíveis automotivos e industriais que são obtidos, o petróleo é fonte de matérias primas para as indústrias de produtos químicos, de fertilizantes, pesticidas, tintas, plásticos, fibras sintéticos remédios e muitas outras. • Os principais países produtores de petróleo são a Rússia, a Arábia Saudita, o Irã, o Kuwait, o Iraque e os Emirados Árabes.

25. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Xisto betuminoso • Destaca-se pelo fato de o Brasil possuir grande parte das reservas mundiais até hoje conhecida. • Suas ocorrências localizam-se em São Paulo (Tremembé), Paraná, Santa Catarina, Rio Grande do Sul, Ceará, Maranhão e Amazonas. • Trata-se de rocha de natureza argilosa ou calcária impregnada com substâncias orgânicas combustíveis, em teores que variam entre 30 e 50%, constituindo um resíduo fóssil de natureza sedimentar mais recente que o petróleo. • Os produtos obtidos do xisto são mais caros que os similares obtidos dos derivados de petróleo.

26. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Alcatrão • Alcatrão bruto de hulha • O alcatrão é um produto líquido, mais ou menos viscoso de composição variável e muito complexa e de cor preta. • É originário do processo de coqueificação do carvão, onde as partes voláteis do carvão são separadas durante o aquecimento formando gases. • Essa massa de gases contém alcatrão, arrastado ou em forma de vapor, que é condensado e decantado formando o alcatrão de hulha. • Dois tipos de produtos são obtidos pela destilação do alcatrão: produtos puros, como o naftaleno, e misturas complexas, como os creosotos e piches; estes últimos constituem a fração mais importante. • Devido a vasta quantidade de produtos derivados do alcatrão, ele tem grande valor na indústria química, já que seus derivados têm muitas aplicações nas mais variadas áreas.

27. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Alcatrão • Alcatrão de madeira • Subproduto da queima da madeira para a produção de carvão, o alcatrão é obtido a partir da recuperação dos gases eliminados durante o processo de carbonização. • Antes eliminado como fumaça na atmosfera, ele é condensado e transforma-se em matéria-prima do asfalto. A principal vantagem do seu uso é a substituição dos derivados de petróleo, produtos de origem fóssil não-renováveis. • Ele é o responsável, por exemplo, pelo sabor e pelo cheiro de defumado em diversos embutidos, além de ser empregado também na fabricação de balas e biscoitos.

28. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Gás natural • Constituído de metano misturado com hidrocarbonetos parafínicos (principalmente etano, propano e outros mais pesados), ocorre nas formações geológicas petrolíferas. • Apresenta poder calorífico da ordem de 8.500 a 9.000 kcal/m3. • Utilizado também como matéria prima para uma série e de sínteses químicas (metanol, formaldeido e outros) ou como fontes de H2 e de enxofre. • Este gás pode ser liquefeito a baixas temperaturas para ser transportado em navios. • Atualmente o maior produtor é a Rússia. • O rendimento do gás natural é bastante alto enquanto seu o custo é baixo quando se compara com outras fontes. • O gás natural é uma fonte de energia limpa, confiável e eficiente. É um dos combustíveis preferidos para geração de energia. Liquefeito, é seguro e fácil de transportar. • O transporte é feito em tanques especiais que podem viajar com segurança por milhares de quilômetros.

29. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Carvões fósseis • É resultante da transformação da madeira de florestas soterradas há milhões de anos, sujeitas à ação da pressão, temperatura e bactérias. • São os combustíveis sólidos mais importantes, com especial destaque para a hulha. • Quanto maior o grau de transformação sofrido pela madeira, mais carbono e menos hidrogênio e oxigênio possui o carvão. • Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P), teores elevados de carbono e hidrogênio (quando livre), dão melhor rendimento térmico. • O oxigênio e o nitrogênio não contribuem para a queima, sendo que o oxigênio diminui o rendimento térmico. • O enxofre e o fósforo embora gerem calor, são prejudiciais pelo fato de produzirem substâncias tóxicas e corrosivas (SO2 e P2O5). • Carvões de boa qualidade são apenas britados após extração, de forma a uniformizar sua granulometria.

30. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Carvões fósseis • A presença de elevados teores de enxofre, como no caso dos carvões brasileiros, pode até impedir sua utilização na forma como extraído, obrigando a um refino do mesmo. • O enxofre apresenta-se, geralmente, como piritas de ferro (FeS2), o que pode acarretar uma diminuição do ponto de fusão das cinzas, com a possibilidade de formação de um aglomerado vítreo que impede a combustão do carvão. • O refino do carvão após sua extração consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e de pirita se separem por densidade.

31. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia nuclear • Uma usina nuclear consiste basicamente de uma usina térmica na qual o calor é produzido por reação de fissão nuclear. • O combustível mais utilizado é o urânio 235, cuja ocorrência na natureza corresponde a 0,7 %, enquanto o urânio 238 corresponde a 99,3%. • Em apenas 50 anos de desenvolvimento a energia nuclear aumentou sua participação na produção de energia mundial partindo de um valor extremamente pequeno, 0,1 %, para um valor substancial de 7%. • Em 1997 havia 437 reatores em operação no mundo, com uma potência instalada de 340 GW. Desse total, 28% estão nos EUA, 18% na França e 12 % no Japão. • No final de 2002, segundo dados da Agência Internacional de Energia Atômica, havia em operação 441 usinas nucleares em 34 países, perfazendo uma capacidade instalada líquida de 358 GW. • Os impactos ambientais e os acidentes de Chernobyl em 1986 e de Tokaimura no Japão em 1999, que mostraram as letais conseqüências radiativas dessa tecnologia, parecem agir como freio na evolução do uso da energia nuclear.

32. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia nuclear

33. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia nuclear • No Brasil, a participação da energia nuclear não atinge 1% do valor total. A experiência brasileira nesse campo mostrou-se onerosa tanto técnica como economicamente. • A capacidade da usina Angra I é de 657 MW, enquanto Angra II está prevista para gerar 1300 MW. • Uma das desvantagens mais importantes é o lixo nuclear, para o qual não existe tratamento sem risco de contaminação, pelo menos até o momento, e que permanece radiativo por milhares de anos. • A produção de lixo tóxico pelos países industrializados é estimada em 300 milhões de toneladas por ano. • Participação da energia nuclear na produção de energia elétrica

34. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Energia nuclear

35. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustão

36. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustão • Combustão é uma reação química, mais especificamente como sendo uma reação de oxidação a alta temperatura, e assim sendo, necessitando de uma energia de ativação, obtida normalmente pela elevação de temperatura em um ponto de combustível; • Assim sendo, para que ocorra uma reação de combustão, devem estar presentes simultaneamente, o combustível, o comburente e a energia de ativação; • O calor liberado pela reação em um ponto do combustível serve como energia de ativação e o processo se torna auto–ativante e continua até o término de todo o combustível; • Toda combustão é uma reação de oxidação-redução (transferência de elétrons); • O combustível atua sempre como fonte de elétrons; • O comburente recebe e fixa os elétrons cedidos pelo combustível, agindo como oxidante.

37. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustão • Genericamente pode-se representar a reação de combustão da seguinte forma:

38. Combustão Combustível + comburente  combustão Hidrocarbonetos + O2  Produtos As reações de combustão são exotérmicas, liberam grandes quantidades de energia (na forma de luz ou calor), que possui várias aplicações: iluminação, funcionamento de motores, cozimento dos alimentos, etc. Os produtos dependem do tipo de combustão que ocorre.

39. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Reação de combustão

40. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Reação de combustão • De forma geral, a reação de combustão se dá em fase gasosa. • Combustíveis líquidos são previamente vaporizados. A reação de combustão se dá entre o vapor do liquido e o oxigênio intimamente misturado. • No caso de combustíveis sólidos existe um certo grau de dificuldade, pelo fato de a reação ocorrer na interface sólido - gás. • É necessária a difusão do oxigênio através dos gases produzidos na combustão (os quais envolvem o sólido), para atingir a superfície do combustível; • Além disso, a superfície fica normalmente recoberta de cinzas, o que representa mais uma dificuldade para o contato combustível - comburente. • De forma simples podemos representar o processo de combustão da seguinte maneira:

41. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Tipos de combustão

42. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Tipos de combustão • Dependendo das quantidades relativas combustíveis e comburentes alimentadas no processo, podem ocorrer três tipos de combustão: • Incompletas: quando a quantidade de oxigênio alimentada é menor que quantidade estequiometricamente necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. formação de carbono na forma de fuligem (C) e água. • Teoricamente completa: quando a alimentação de oxigênio é feita com a quantidade estequiométrica necessária, para oxidar totalmente todas as frações do combustível. Formação de monóxido de carbono (CO) e água (H2O) • Completas: quando se alimenta uma quantidade de oxigênio maior que a quantidade estequiométrica necessária para oxidar totalmente todas as frações do combustível. Produz gás carbônico (CO2) e água na forma de vapor (H2O). • A composição dos fumos varia de acordo com o tipo de combustão, nos permitindo ter uma indicação da combustão obtida.

43. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Tipos de combustão • Nas combustões teoricamente completas verifica-se a presença de pequena quantidade de CO nos fumos e quantidade desprezível (ou nula) de oxigênio. • Em combustões completas haverá a presença de oxigênio nos fumos, em maior ou menor quantidade (dependendo do combustível queimado e do excesso empregado) e quantidade desprezível (ou nula) de CO.

44. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis

45. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • Combustível é qualquer substância capaz de produzir de maneira fácil e econômica, energia térmica por reação química ou nuclear; • Geralmente são materiais carbonáceos que reagem facilmente com o oxigênio do ar, produzindo calor em grande quantidade. Função redutora. • 1.Classificação dos combustíveis: • Sólidos: • Naturais: carvões fósseis, madeira, lenha; • Preparados: coque, carvão vegetal, resíduo industrial; • Líquidos: • Naturais: petróleo cru, gasolina natural; • Preparados: álcool, querosene, óleo diesel, gasolina; • Gasoso: • Naturais: gás natural; • Preparados: GLP, gases derivados de petróleo;

46. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • Principais Características dos Combustíveis mais Comuns • 1.1. “Combustíveis Sólidos” • 1.1.1. Lenha • Perdeu a importância como combustível industrial: • - Baixa rentabilidade térmica • - Crescente interesse como fonte de celulose • Após corte  teor de umidade oscila: 50 e 70%; • Seca ao ar  teor reduz cerca de 15%  PCI = 2500 a 3500 Kcal/Kg; • Baixo poder calorífico  Pirólise* Resíduo: carvão vegetal  PCI = 7200 a 8000 Kcal/Kg (15% voláteis, 8% de cinzas); • Produtos destiláveis: ácido pirolenhoso e alcatrão ( matérias primas  ácido acético, metanol, acetona...). • OBS.: * Pirólise  ruptura da estrutura molecular original pela ação do calor.

47. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • 1.1.2. Carvões fósseis • Consideradas: rochas orgânicas combustíveis; • Combustíveis Sólidos mais importantes (destaque: Hulha); • Resultante: transformação da madeira (florestas) soterrada a milhões de anos; • Sujeitas a ação: pressão, temperatura e bactérias; • > grau transformação sofrida pela madeira  + C e - H e O possui o carvão; • % C na composição: funciona como escala da evolução da transformação da madeira.

48. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • Dos elementos constituintes (C, H, O, N, S, P): teores elevados de C e H  melhor rendimento térmico; • S e P: produz substâncias tóxicas e corrosivas (SO2 e P2O5); • Carvão de boa qualidade: após extração são apenas britados (uniformizar granulometria); • Carvões brasileiros: devido elevados teores de enxofre (S) podem impedir sua utilização na forma como é extraído  refino; • Refino: consiste na colocação do carvão britado em grandes quantidades de água, para que pedaços de matéria mineral e pirita se separem por densidade. • a) Hulhas: são carvões que apresentam maior interesse como combustível industrial. • Hulha gorda: apresenta brilhante escura e produz por pirólise grande quantidade de destilado oleoso, deixando um coque bem aglomerado e resistente a compressão. • Hulha magra: produz destilado mais aquoso, e o coque é friável.

49. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • Hulhas gordas de chama longa: dão grande volume de gases combustíveis. O coque obtido é utilizado como combustível. São as preferidas para fabricação do gás de hulha combustível; • Hulhas gordas de chama curta: dão coque de alta resistência a compressão. São as mais adequadas para as coquerias de siderúrgicas; • Hulhas magras de chama longa: dão chamas luminosas e fuliginosas. Utilizadas em fornos quando se necessita de aquecimento radiante; • Hulhas magras de chama curta: São as que possuem o maior poder calorífico. Adequadas para fornos industriais e para produção de vapor de água; • Carvão: normalmente armazenado ao ar livre e as pilhas bem compactadas (evitar que sofra combustão lenta). Em geral: nos 20 dias que antecedem o uso é deixado em silos (para secagem ao ar).

50. UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIP ENGENHARIA PRODUÇÃO E MECATRONICA Combustíveis • 1.1.1. Coque: • O aquecimento das hulhas em ambiente fechado (fora do contato do ar)  denomina carbonização ou decomposição térmica do carvão faz que haja o desprendimento das matérias voláteis produzindo: • Combustível gasoso: gás de hulha (constituído de hidrocarbonetos parafínicos, hidrogênio e pequenas quantidades de CO, CO2 e Hidrocarbonetos insaturados; • Combustível líquido: Contento hidrocarbonetos mais pesados e óleos combustíveis do alcatrão da hulha; • Combustível sólido dito coque: constituído pelo carbono fixo e pelas cinzas do carvão; • Coque metalúrgico: parte-se de hulhas gordas e a temperatura atinge valores entre 1.100 e 1.300°C e o gás produzido é usado para aquecer forno de coqueificação; • Poder calorífico: 7.000 Kcal/Kg • O coque pode ser usado: como combustível e nos altos fornos para redução do minério de ferro. Nesse caso, o coque deve ter alta resistência a compressão e ser muito poroso, deve apresentar pouco enxofre e fósforo (para evitar que esses elementos passem para o ferro).