Universidade do Estado do Rio de Janeiro Campus Regional de Resende Química IICOMBUSTÍVEIS U 1. Definição: A combustão é uma reação química com o oxigênio (comburente), com a conversão de energia química em energia térmica, onde o combustível é, geralmente, o carbono ou um composto de carbono, tais como hidrocarbonetos e compostos orgânicos oxigenados. As reações de combustão completa destes são mostradas abaixo: Carvão: C + O2 → CO2 B B B B Hidrocarbonetos: CxHy + (2x+y/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O B B B B B B B B B B Compostos Oxigenados - Monoálcoois: CxHyOz + (3x/2) O2 → x CO2 + y/2 H2O B B B B B B B B B B B B Do ponto de vista tecnológico, COMBUSTÍVEL é todo material capaz de gerar energia, por combustão de forma econômica. Para que a combustão possa se processar de forma tecnicamente viável é necessário que a mesma possa ser conduzida rápida e controladamente e para seu início é preciso um determinado nível de energia (energia de ativação) que é atingido através de temperatura de ignição. Portanto, a temperatura de ignição é aquela em que se inicia a combustão ativa. Além do critério técnico, a seleção de um combustível deve obedecer a critérios do ponto de vista qualitativo, quantitativo e de mercado. Assim, o bom combustível é aquele que possui bom poder calorífico (relação calor produzido/massa de combustível) e com baixo nível de impurezas, segundo o critério qualitativo. Deve ser abundantemente encontrado na natureza, segundo o critério quantitativo, e deverá ser produzido e comercializado a preço razoáveis e competitivos, segundo os critérios de mercado. 1 2. Classificação dos combustíveis (Quanto ao estado de agregação): COMBUSTÍVEIS Sólidos • • • NATURAIS (primários) Madeira Turfa Carvão mineral • Líquidos • • Petróleo Gasolina natural • • • • Gasosos • Gás natural • • • • • • PREPARADOS OU ARTIFICIAIS (secundários) Carvão vegetal Coque (de carvão mineral e de petróleo) Combustíveis residuais (bagaço de cana, palha, serragem, etc.) Gasolina Nafta Etanol Metanol Gás d’água Gás de iluminação Gás liqüefeito de petróleo (GLP) Hidrogênio 3. Combustíveis sólidos naturais – Carvão e Hulha: 3.1. Introdução: Apesar do aumento da utilização de petróleo, superando o carvão mineral na matriz energética mundial, este é ainda o combustível mais usado mundialmente na geração de energia elétrica. O carvão mineral tem sua origem na ação química e microbiológica (principalmente bacteriológica) sobre vegetais soterrados, sob pressão. Ao longo de milhares de anos, os vegetais vão sendo degradados, progressivamente, e o carbono vai sendo transformado em carbono elementar: Cx (H2O)y → C0 + y H2O B B B B B B P P B B Assim, a celulose vai passando por estágios intermediários, como turfas, com teores crescentes de carbono elementar, até chegar aos carvões betuminosos e, finalmente, aos carvões antracíticos (Figura 1). 2 VEGETAL TURFA LINHITO CARVÃO BETUMINOSO ANTRACITO Figura 1: Estágios de formação do carvão mineral 3 . matéria volátil. durante 5 minutos.2.1. através da massa do resíduo final obtido após a queima total do combustível sólido. Estas características são de grande utilidade dos pontos de vista técnico e comercial. b) Matéria volátil (MV): É a perda observada quando o material seco é aquecido a 950 oC.3.1. aproximadamente. Al2O3. c) Cinzas (Cz): São matérias minerais (SiO2. sob temperatura elevada. a) Umidade (U): É a perda de peso apresentada. cinzas e carbono fixo. o poder calorífico é o calor produzido por unidade de massa do combustível: Q’ = Q/m O poder calorífico é o mais importante parâmetro avaliativo da eficiência de um combustível em termos de sua capacidade específica de geração de energia útil. Assim. d) Carbono Fixo (CF): Corresponde ao material rico em carbono elementar e será determinado por diferença: %CF = 100% – (U% + MV% + Cz%) 3.3. Análise Imediata Obtida uma amostra representativa do combustível sólido natural. dividida pela massa do combustível (m). Fe2O3 etc. 4 . em recipiente fechado. na combustão. faz-se a determinação dos chamados princípios imediatos . o poder calorífico (Q’) corresponde à quantidade de calor liberada (Q) pelo combustível. durante 90 minutos.umidade. quantitativamente e de forma global. quando o material é aquecido a 105 oC. Poder calorífico: Nos combustíveis sólidos.) presentes no material e podem ser determinadas. São os numeradores das frações percentuais. é obtido pela destilação do carvão mineral. semi-antracíticos e antracíticos. Os melhores coques são oriundos de carvões super-betuminosos.Q'−145.4. Este fato se deve ao seu alto teor de CF.230 230 .CF MV CF e MV .3.190 190 . O teor de carbono fixo cresce com o estágio evolutivo do carvão (dos linhitos até o antracito). 5 .82 82 .210 210 . Tabela 1: Valores de IVE de acordo com o combustível sólido IVE < 50 50 . Este material é utilizado em altos-fornos para obtenção de ferro gusa. teor de carbono fixo e teor de matéria volátil. respectivamente. sobretudo. pois sua matéria volátil é rica em combustíveis de elevado poder calorífico. à medida que o seu IVE aumenta. por sua alta resistência mecânica. O poder calorífico (Q’) acha-se expresso em kcal/kg. enquanto o teor de matéria volátil progride no sentido contrário. O coque. betuminosos A.1. como mostrado na Figura 2. elevado poder calorífico. Índice Volátil específico (IVE) O IVE de um combustível sólido pode ser calculado.100 100 -125 125 .160 160 .255 > 255 Combustível Carvão betuminoso B Carvão betuminoso A Carvão super betuminoso Carvão semi-antracítico Carvão antracítico Os carvões denominados de alta qualidade (antracíticos e betuminosos) possuem poderes caloríficos superiores a 7. Na Tabela 2 são mostrados o poder calorífico dos diversos tipos de carvão mineral. Os combustíveis sólidos naturais evoluem da madeira até o antracito. O poder calorífico é maior em carvões betuminosos.8. Na Tabela 1 são mostrados o IVE de acordo com o combustível. segundo a equação: IVE = Onde: 1. a partir de seu poder calorífico. resíduo rico em CF. de carbono fixo e matéria volátil presentes no combustível sólido.175 Combustível Madeira Turfa Linhito lenhoso Linhito negro Carvão sub-betuminoso Carvão betuminoso C IVE 175 .800 kcal/kg. (O) e (S) são os numeradores das frações percentuais.600 8.100 antracito carbono 80 carv o betuminoso oxig nio hidrog nio linhito turfa madeira 60 % 40 20 0 Figura 2: Teores de carbono.200 8.300 8.1. hidrogênio. Tabela 2: Poder calorífico dos diversos tipos de carvão mineral: Combustível Poder calorífico (kcal/kg) 3.(C) + 344. oxigênio e hidrogênio nos combustíveis sólidos.000 Linhitos Carvão sub-betuminoso Carvão betuminoso B Carvão betuminoso A Carvão super betuminoso Carvão semi-antracítico Carvão antracítico 3. (C). de carbono. Cálculo do Poder calorífico: a) A partir da Análise Elementar – Equação de DULONG: Q'(kcal/kg) = 81.4(S) Onde. b) A partir da Análise Imediata – Equação de GOUTHAL 6 . oxigênio e enxofre na análise elementar do combustível sólido. respectivamente.[H − 8(O)] + 22.700 8. (H).5.400 7.800 5. MV O fator de GOUTHAL (a) pode ser determinado a partir do índice de matéria volátil corrigido ((MV)c).5357x + 160.MV/(CF + MV) Na Tabela 3 e na Figura 3 a seguir mostra a variação de a em função de (MV)c: U U B B (MV)c B B 5 145 10 130 15 117 20 109 25 103 30 98 35 94 a 150 140 Fator de GOUTHAL (a) 130 120 110 100 90 0 10 20 (MV)c y = 0. B B 7 .86 2 R = 0.9975 2 30 40 Figura 3: Relação entre o (MV)c e o fator de GOUTHAL (a).Q’(kcal/kg) = 82.CF + a. dado pela expressão: B B (MV)c = 100.3.0471x . transformações químicas complexas. os restos orgânicos sofreram. Figura 4: materiais usados no cotidiano que podem ser obtidos do petróleo. Abaixo da superfície. formando o que hoje se conhece como PETRÓLEO. Petróleo: Atualmente o petróleo é um dos recursos naturais de que a nossa sociedade mais depende. nas vizinhanças de terra firme.1. Na Figura 4 e na Tabela 3 são mostrados muitos materiais usados no cotidiano que podem ser obtidos do petróleo. ao longo de milhares de anos. se transformaram em rochas sedimentares.4. Esses restos foram sendo lentamente cobertos por sedimentos. com o passar dos anos. 8 . O petróleo é uma importante fonte de combustíveis e de matéria-prima da indústria petroquímica. Combustíveis Líquidos: 4. sob o efeito da alta temperatura e pressão. que. A formação do petróleo é devida a restos de animais e vegetais mortos que depositaram no fundo de mares. gasolina. detergentes etc. e suas proporções relativas dependem da origem do petróleo e dos processos de produção.100 40 . Os hidrocarbonetos componentes da gasolina são substâncias parafínicas. as refinarias processam muito petróleo e. olefínicas. 9 . acumulando-se nos diversos níveis da coluna. em estágios de equilíbrio (Figura 5). Gasolina: A gasolina é uma mistura incluindo cerca de 100 tipos de hidrocarbonetos. O petróleo aquecido é introduzido próximo à base da coluna. vaselina parafinas. Esta é executada com o auxílio de uma torre de fracionamento. Para se obter mais gasolina utiliza-se o craqueamento catalítico destes óleos. querosene. asfalto para pavimentação Éter de petróleo Nafta leve Gasolina Querosene 5e6 6e7 4 e 12 11 a 18 20 . A maioria dos combustíveis de uso rotineiro consiste em misturas de hidrocarbonetos derivados do petróleo: gás de cozinha. naftênicas e aromáticas.200 170 . uma coluna de aço inoxidável cheia de “obstáculos” em seu interior. Para atender o grande consumo de gasolina. Processa-se o petróleo com a finalidade de se obter a separação dos seus diversos componentes. Estes hidrocarbonetos apresentam de 4 a 12 átomos de carbono e tem pontos de ebulição entre 30 e 225oC.320 Óleo diesel Óleos lubrificantes Graxas Asfalto (piche) 13 a 17 16 a 20 mais de 18 mais de 35 acima de 270 ao redor de 350 sólidos resíduos O petróleo é fundamentalmente formado por hidrocarbonetos. A faixa de destilação as gasolina tem sofrido modificação com a evolução da indústria petrolífera e dos motores de combustão interna. sobra muito óleo.2. solvente industrial solvente industrial combustível para motores a explosão combustíveis para jatos e óleo para iluminação combustíveis para veículos pesados óleos para lubrificação e para motores graxas.60 60 . óleo diesel e óleos combustíveis pesados. Este processo é o que se chama de destilação fracionada. como conseqüência. Esta técnica que permitiu que se obtivessem quantidades maiores de gasolina e de outras substâncias úteis a partir de uma mesma quantidade de petróleo. 4. Moléculas maiores (de hidrocarbonetos de maior ponto de ebulição) não alcançam ao topo. Este é o combustível mais utilizado em veículos automotivos leves.Tabela 3: Frações obtidas da destilação do petróleo Nome da fração Gás de petróleo Número de carbonos dos hidrocarbonetos 1a4 Faixa de ebulição (°C) até 20 Usos combustível e matériaprima para a obtenção de plásticos. e como 100 a do isooctano (2. 4. o que leva a uma queda do rendimento do motor.4 – trimetil-pentano): C C C C C C C C 10 . em geral. pode vir a detonar antes do momento mais adequado.2.Figura 5: Coluna de fracionamento.2. usa-se o índice de octanagem. Quando a mistura de gasolina e ar é submetida a compressão. Tomou-se arbitrariamente como zero o índice de octanagem do n-heptano.3 Índice de octanagem de uma gasolina Moléculas de alcanos com cadeia ramificada permitem que se consiga melhor rendimento de um motor a explosão. Sabe-se que tanto os hidrocarbonetos com cadeia ramificada quanto o cíclicos. têm poder antidetonante maior que alcanos de cadeia não ramificada. Para indicar a maior e menor eficiência de uma gasolina. O óleo diesel é utilizado como combustível para motores de combustão interna em que a ignição se faz por compressão. Estes hidrocarbonetos podem ser classificados em três tipos: parafinas. isto é. sem onerar seu preço. 4. os produtos mais utilizados como aditivos para o aumento da octanagem são o etanol e meti-tercbutil-éter (MTBE). geralmente. tão importante na combustão. permitindo que se obtenha um produto mais interessante. a relação carbono/hidrogênio. equipamento pesado para construção. No Brasil. ainda pode conter olefinas. centrais elétricas e alguns automóveis. à isomerização. navios. naftênicos e aromáticos para os produtos de destilação direta. respectivamente. por exemplo. redutores de ponto de fluídex e supressores de fumaça. é variável. é possível transformar um alcano de cadeia normal em um de cadeia ramificada de maior interesse. Os alcenos podem também ser dimerizados. Em alguns países.Uma gasolina qualquer. porém. permitindo aumentar a produção deste. adicionados à gasolina nas proporções de 22 a 25% e de 9 a 11%. As aplicações dos motores a diesel são variadas: caminhões. terá índice de octanagem x. O peso molecular médio é também variável. não havendo necessidade de uma centelha. Recorre-se também à alquilação de alcenos. Deste modo. Óleo Diesel: A composição química do diesel é muito variada no que diz respeito aos tipos de hidrocarbonetos constituintes. tratores. A distribuição de hidrocarbonetos dessas quatro classes é muito importante. Originalmente. denominados antidetonantes. Assim. ônibus. para aromáticos. Existem alguns aditivos capazes de aumentar a octanagem de gasolina. processo catalítico que permite a transformação de um composto em seu isômero. locomotivas. pois as propriedades dos combustíveis serão em função dela. se ela corresponder a uma mistura x% de isooctano e (100 – x)% de heptano. Para se obter uma gasolina com índice de octanagem mais alto. porém a demanda crescente fez com que surgissem combustíveis para motor a diesel contendo destilados craqueados. sendo menor para hidrocarbonetos parafínicos e maior. usada em um motor standard monocilíndrico. pois evitam a pré-ignição. do craqueamento. que podem ser hidrogenados. o ‘diesel apresenta hidrocarbonetos de 9 a 20 átomos de carbono. o óleo diesel é constituído por produtos de destilação direta. no caso de produtos de craqueamento.3. 11 . transformando-se em alcenos maiores. recorre-se. por exemplo. em volume. a adição de alcanos a alcenos obtidos. o óleo diesel contém aditivos tais como: aumentadores de cetano. OBSERVAÇÃO: Comparando-se a natureza dos hidrocarbonetos que conduzem a índices de octano. quando comparado por este método”. e é determinado comparando-se sua qualidade de ignição com a de combustíveis de referência de número de cetano conhecido. é necessário que a combustão se processe normalmente.3. com um curto retardo na ignição. Em 1962. que iguala a qualidade de ignição do combustível ensaiado.1. Par se obter o índice de cetano utiliza-se esta equação: B B B B P P B B B B P P B B B B P P P P Índice de cetano = % cetano normal + 0. um retardo de ignição muito curto (valor arbitrário de no de cetano = 100). que incluem um retardo de ignição prescrito tanto para a amostra como para combustíveis de referência. e de cetano. o tempo decorrido entre a injeção do combustível e a sua ignição deve ser o menor possível. tem-se Para índices de octano maiores: Aromáticos > naftênicos > parafínicos Para índices de cetano maiores: Parafínicos > naftênicos > aromáticos 12 . com qualidade muito inferior de ignição (valor arbitrário de no de cetano = 0). n-hexadecano (C16H34). O índice de cetano de um óleo diesel é o resultado numérico do ensaio realizado nesse motor. sob condições padronizadas de operação. O processo usado para avaliar as características de ignição do óleo diesel é muito parecido com aquele utilizado para medir o índice de octanagem de uma gasolina. Foram selecionados dois combustíveis de referência: um. mais alto será o índice de cetano do combustível e menor a quantidade de combustível na câmara de combustão quando ocorrer a ignição. no óleo diesel. mais elevados. O segundo combustível de referência é o α-metilnaftaleno (C11H10). Emprega-se um motor especial monocilíndrico de taxa de compressão variável. da percentagem de volume de cetano normal ( no de cetano = 100) em uma mistura com heptametilnonano ( no de cetano = 15).15. o cetano normal. o α-metilnaftaleno foi substituído pelo heptametilnonano (C16H34).4. que possui excelentes características de ignição e. na gasolina. isto é. Índice de cetano: Para que o motor opere satisfatoriamente. (% heptametilnonano) Quanto menor o retardo de ignição. O índice de cetano de um óleo é definido como o “número inteiro mais próximo do valor determinado por cálculo. consequentemente. que pode ser obtido com elevada pureza e cujo número de cetano é igual a 15. . no Brasil. onde a taxa de compressão é igual a 8. A obtenção petroquímica é realizada a partir de etileno (C2H4).O.7 Entretanto. o rendimento do álcool hidratado. formando-se um azeótropo ternário (benzeno/etanol/água) que é separado por destilação do etanol puro. através de processo fermentativo (bioquímico).2% (em massa) de etanol (93. Seu índice de octano (I. Para a obtenção do etanol anidro a partir do etanol hidratado.4. grosseiramente. O produto da fermentação (mosto fermentado) contém cerca de 12% de etanol. OBSERVAÇÃO: O etanol a ser adicionado à gasolina deve ser quimicamente puro (etanol anidro). seu poder calorífico é apenas cerca de 46% em relação ao da gasolina comum. = 75) e sua relação ou taxa de compressão (volume útil do cilindro/volume da mistura explosiva) é 12.70 = 78% GASOLINA 100 75 8.5% (em volume) de etanol (95. = 0. sendo. P ) C2 H 4 + H 2O ⎯CAT ⎯⎯ ⎯→ C2 H 5OH Entretanto. pode ser empregado benzeno. portanto.2o INMETRO). Entretanto.3 ÁLCOOL = . com 95. segundo um processo de hidratação catalítica: B B B B (T . Comparando.O. em relação ao da gasolina comum tem-se: P P 46 90 12. a obtenção do etanol é realizada a partir da sacarose de cana-deaçúcar. 1 mol de sacarose pode produzir (teoricamente) 4 mols de etanol. sendo a invertase e a zimase. Etanol B B B B O etanol (C2H5OH) pode ser obtido por vias petroquímica ou fermentativa. 13 . segundo o mesmo ciclo termodinâmico dos “motores a gasolina” (ciclo Otto). as enzimas responsáveis pelas principais reações ocorridas na dorna de fermentação: C12 H 22 O11 ( sacarose ) + H 2 O ⎯INVERTASE ⎯ ⎯ ⎯→ C 6 H 12 O 6 ( gli cos e) + C 6 H 12 O6 ( frutose ) C 6 H 12 O6 ( gli cos e) + C 6 H 12 O6 ( frutose) ⎯ZIMASE ⎯ ⎯→ 4C 2 H 5 OH (e tan ol ) + 4CO2 ( g ) Portanto.7. correspondendo a aproximadamente 93. = 90) é maior que o da gasolina comum (I. onde o microorganismo agente é a Sacharomyces cerevisiae (levedura).4. Por destilação do mosto fermentado obtém-se álcool (etanol) hidratado. superior ao desempenho da gasolina comum.3. O etanol hidratado é empregado como combustível nos “motores a álcool”. mistura azeotrópica de etanol e água. são simplesmente “motores a gasolina” adaptados para operar com etanol hidratado. no Brasil.5 GL). cumpre observar que os “motores a álcool”. é levado por gasodutos até o local da sua utilização . Quando empregado como combustível. Seu poder calorífico varia de 8500 a 12500 kcal/m3 (CNTP). Pequenas quantidades de etano e pentano também podem ser encontradas. dados o seu alto poder calorífico. apresenta grandes vantagens sobre os combustíveis sólidos ou líquidos. ele representa algumas vantagens em relação ao carvão e ao óleo combustível: seu transporte é simples . evidenciando a origem comum de ambos.000 kcal/m3 (CNTP) (11. o constituinte majoritário é sempre o metano. ácido sulfídrico. Gás Natural Denomina-se gás natural a mistura de gases aprisionada em bolsões no subsolo de algumas regiões. o propano e algumas vezes. que é da ordem de 26. Gás Liqüefeito de Petróleo O GLP. a partir de restos de antigos organismos marinhos. No Brasil. transporte e manuseio na fase líquida. como normalmente são designados os gases liqüefeitos de petróleo.2. Outros componentes são o etano. ou seja. é constituído por hidrocarbonetos que são produzidos durante o processamento do gás natural.5. o GLP. bem como durante os processo convencionais de refino de petróleo.1. Em GLP proveniente de gases de refinarias. tem larga utilização em aquecimento doméstico e comercial. Pela facilidade de armazenamento. quantidades pequenas de butano. A principal aplicação do gás natural é como combustível. Embora a sua composição seja bastante variável. Geralmente aparece junto com o petróleo. metil-butano.e sua combustão não deixa resíduos nos fornos e caldeiras. Combustíveis Gasosos: 5. 5. Este combustível também é utilizado na produção de GLP de uso domiciliar e comercial. tais como táxis e ônibus.00kcal/kg). os hidrocarbonetos que aparecem em maiores proporções são os compostos que possuem de 3 átomos de carbono (propano e propeno) e de 4 átomos de carbono (butanos e butenos). Para as indústrias. dióxido de carbono. vem sendo usados em pequena escala em alguns veículos motorizados. aliadas à vantagem de ser utilizado sob forma de gás. 14 . dependendo do local onde é encontrado. 8 ∆Hc = [2.8 kJ/mol B B onde: ∆H .(-393.6) B B ∆Hc = .6 0 -393.6. Motores desregulares favorecem também a formação de carbono (C).(-277. além da combustão completa.8)] . B B B B 15 . Poder Energético de um combustível Uma vez conhecidos os calores molares de combustão é possível avaliar o poder energético de combustíveis. O calor molar de combustão pode ser calculado a partir do calor molar de formação dos reagentes e produtos envolvidos. também a incompleta. Dentro dos motores ocorre.Σ∆Hf(r) B B B Substância C2H6O (l) O2 (g) CO2 (g) H2O (l) B B B B B B B B B B Calor de formação (kJ/mol) -277.entalpia de formação de reagentes ∆Hc . Exemplo: U U C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O B B B B B B B B B B ∆H = Σ∆Hf(p) . que sai do escapamento na forma de fuligem.entalpia de combustão B B B B B B B B O ∆Hc fornece energia liberada na queima de 1 mol do combustível. Para avaliar seu poder calorífico é necessário converter a unidade para kJ/kg: B B Q´ = 29713 kJ/kg Pode-se notar que a reação utilizada anteriormente envolve a combustão completa (formação de CO2 (g)e H2O (l)) do combustível.(-285.entalpia de formação dos produtos ∆Hf(r) .5) + 3.entalpia da reação ∆Hf(p) .366.5 -285. com formação de CO.1. Exemplo: Três diferentes formas de combustão do metano (CH4): B B • Combustão completa: CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O B B B B B B B B • Combustão incompleta com formação de monóxido de carbono: CH4 + 3/2 O2 → CO + 2 H2O B B B B B B • Combustão completa com formação de fuligem: CH4 + O2 → C + 2 H2O B B B B B B 16 . CF + a.0 98 35. 4 .0%. U U 17 .0. 1.0 g de coque.A análise imediata de um carvão mineral apresentou os seguintes resultados: carbono fixo = 69. calcule: (a) o poder calorífico do carvão mineral. cinzas e umidade no carvão original.0 117 20.0%.0% de cinzas. (b) o poder calorífico do carvão mineral. em kcal/kg. os numeradores das frações percentuais de carbono fixo e matéria volátil. determine: (a) os percentuais de carbono fixo e matéria volátil no carvão. admitindo que na transformação do carvão em coque não tenha ocorrido perda de carbono fixo. Determine: (a) o poder calorífico do carvão mineral.A coqueificação de 100g de carvão forneceu. (b) os teores de carbono fixo.MV Q → poder calorífico (kcal/kg). a → fator de Gouthal. umidade = 2. cinzas = 6.0%.um carvão mineral contém 63% de carbono fixo e 27% de matéria volátil. matéria volátil = 23.0 109 25. 3 . em kcal/kg. em kcal/kg. (MV)c → índice de matéria volátil corrigida. em kcal/kg. U U 2 . ao final 80. considere os seguintes dados: (MV ) c = 100. B B CF e MV são. (b) a percentagem de cinzas no coque obtido pela destilação desse carvão. Admitindo a não ocorrência de perda de carbono fixo na transformação do carvão em coque. no carvão.0%.0 103 30.0 130 15.Um carvão mineral contendo 2.0 94 Equação de Gouthal: Q = 82.0% de cinzas produz um COQUE com 10. respectivamente.0%. matéria volátil. com base em seu índice volátil específico (IVE). Determine: (a) o poder calorífico do carvão mineral. (b) a classificação do carvão.0% e que o fator de Gouthal (a) é 117. de umidade e 8. Sabendo-se que o teor de carbono fixo no coque é de 90.MV / (CF + MV ) (MV)c a B B 10.Exercícios Propostos U U Para resolução dos exercícios de 1 a 4. 230 230 . B B B B B B B B B B B B B B Massas molares (g / mol): CO2 .46.789 g/cm3. C2H6O .255 > 255 Classificação Carvão betuminoso B Carvão betuminoso A Carvão super betuminoso Carvão semi-antracítico Carvão antracítico IVE < 50 50 . U U P P P P 7 . CF MV Classificação Madeira Turfa Linhito lenhoso Linhito negro Carvão sub-betuminoso Carvão betuminoso C IVE 175 .44. no álcool hidratado considerado. em kg de CO2/ kg de combustível.175 5 .5%. 2) Água + sal + álcool (fase intermediária).190 190 . em volume. para a gasolina (C8H18).9 kJ / mol . C8H18 . água 4.210 210 . ∆H f .4 L U U P P P P 18 .812 g/cm3.18 kJ.5° GL ) é uma solução contendo. 6 .Para a determinação da percentagem (em volume) de álcool em uma mistura combustível gasolina + álcool. de álcool na mistura ( gasolina + álcool ) original. determine a percentagem. O Grau Alcoólico INPN corresponde a percentagem em massa do etanol no álcool hidratado. CH4 . volume molar do gás ideal (CNPT) = 22. foram adicionados 500 mL de uma solução aquosa saturada de NaCl a 500 mL da mistura. U U B B B B B B B B B B B B 8 . Densidades a 20°C: etanol . Determine a concentração do etanol.Calcule as taxas de emissão de CO2. .O álcool hidratado ( 95. em volume: etanol .5%. P P Dados: 1 kcal = 4. Q − 145.H2 O( g) = −242 kJ / mol .16. Se o volume da camada superior é igual a 390 mL. ∆H f .160 160 .CH4 ( g) = −74. em grau INPN.CO 2 ( g) = −394 kJ / mol a) O calor de combustão do metano em kJ/mol b) O poder calorífico do metano em kcal/Nm3.0.Dados: IVE = U U 18 .0.Dadas as seguintes entalpias de formação: 0 0 ∆H0 f . 3) Depósito de parte do sal (fase mais densa). álcool hidratado .95.100 100 -125 125 . 1 Nm3 = 1 m3 (CNTP).82 82 .114. por combustão completa. observou-se a formação de uma mistura constituída pelas seguintes fases: 1) Gasolina (fase menos densa). etanol (C2H6O) e gás natural (CH4). Após agitação. 10-2 Nm3/mol • 1kcal = 4.25. C2H6O .0%.0%.10.70 0. nas condições padrão.São dadas as entalpias de formação.0%. do dióxido de carbono gasoso e da água vapor. do etanol líquido. em fase líquida: C8H18 . em kcal/Nm3.Admitindo que a fórmula média para a gasolina pura seja C8H18 (isooctano) e considerando os dados do problema anterior. -394 kJ/mol e -242 kJ/mol. iguais a: -278 kJ/mol.90. calcule o poder calorífico de uma gasolina automotiva com a seguinte composição volumétrica.18 kJ P P P P 19 . Estime a partir dos dados fornecidos o poder calorífico do etanol em kcal/kg Dado: Massa molar do etanol (C2H6O) = 46 g / mol U U B B B B 10 . B B B B B B Determine o poder calorífico desse gás natural. Calcule o poder calorífico da gasolina automotiva considerada. P P Dados: U U Substância CO2 H2O CH4 C2H6 B B B B B B B B B B ∆H0 f (kJ/mol) -394 -242 -75 -85 • Volume molar de um gás ideal (CNTP) = 2.75.0%.24. respectivamente. C2H6 . B B B B B B B B B B B B Dados: U U Substância C8H18 C2H6O B B B B B B B B Densidade (g/mL ou kg/L) 0.9 . em kcal/L.79 Massas molares (g/mol) 114 46 ∆H0 f (kJ/mol) -255 -278 11 .Um gás natural apresenta a seguinte composição volumétrica aproximada: CH4 . 1 MJ/L 11 – Q’ = 9245 kcal/Nm3 20 .(a) 8027 kcal/kg 2 – (a) CF = 72% 3 – (a) 7.0% (b) Betuminoso B (b) 7866 kcal/kg MV = 12.0% MV = 18% (b) CF = 72.% = 22 6 .8 7 – Gasolina = 3.390 kcal/kg 4 – (a) 7812 kcal/kg 5 .0% 9 – Q´= 26870 kJ/kg = 26.75 kg CO2/kg (b) 8.Resposta dos Exercícios: 1 .9 MJ/kg 10 – Q’ = 30089 kJ/L = 30.Grau = 92.3% Cz = 8.09 kg CO2/kg 8 – (a) 803 kcal/kg etanol = 1.91 kg CO2/kg (b) 8577 kcal/Nm3 metano = 2.7% U = 7. Química. Editora Ática. /4/ Novais. e Peruzzo.. Petróleo & Derivados.. Editora Moderna. M. /3/ Enciclopédia Visual. 21 . A. Editora Atual. V. Química. 1999.Bibliografia: /1/ Pereira.. E. 1990. São Paulo. C. L. JR Editora Técnica LTDA. E. volume único. Rio de Janeiro. 2000. São Paulo.. ª C. Editora Ática. 1996. 1a edição. Rio de Janeiro. Química. 1a edição. /2/ Canto. São Paulo. Apostila de combustíveis. volume 3. /6/ Campos.. /5/ Sardella. volume único. T. e Leontsinis.1993.