Fontes de energia, combustão e combustíveis (III)

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A velocidade de uma combustão é afetada por diferentes fatores, entre eles a granulometria do combustível sólido, pois quão maior a área de contato disponível, maior a probabilidade das colisões necessárias à ocorrência de reação com o oxigênio (puro ou no ar atmosférico) por grama de combustível. O estado físico interfere na combustão, que é facilitada quando o combustível se encontra no estado gasoso, os líquidos voláteis vêm em seguida e, por último, os sólidos. Os gases reagem mais rapidamente principalmente pela granulometria.

A concentração do comburente é outro fator que interfere na velocidade, sendo que o ar puro (gás oxigênio) é mais eficiente que o ar atmosférico, que possui cerca de 23% deste gás. Até mesmo para fins de cálculo, os demais gases são considerados inertes. Para promover o aumento desta concentração, costuma-se injetar o comburente com relativa força, a fim de promover colisões mais rápidas por aumentar o contato entre o oxigênio e o combustível.

A perda de calor precisa ser evitada para que as reações de combustão ocorram mais rápido, pois o próprio calor gerado pode ser usado para acelerar as reações seguintes. Fornalhas e câmaras de combustão devem ser projetadas para evitar a dissipação.

As principais propriedades de um combustível, além dos pontos de fulgor, combustão e ignição já citados, são a composição química elementar (usada em fórmulas empíricas como a fórmula de Dulong), composição química gasosa, viscosidade e ponto de fluidez (para combustíveis líquidos); umidade total, cinzas, matéria volátil, carbono fixo e granulometria (para carvões principalmente, além de outros combustíveis sólidos no caso de granulometria); para todos os tipos a densidade e o poder calorífico por unidade de volume.

A composição química elementar, expressa em percentagem em massa, indica o teor de cada elemento químico e de cinzas existente no combustível, consistindo em um processo químico analítico que possibilita determinar teores de carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre presentes em um combustível. A diferença entre os demais teores incluindo cinzas e o total indica o percentual de oxigênio.

Representada em percentagem volumétrica, a composição química gasosa é obtida através de cromatografia em fase gasosa.

Percentagens de cinzas, umidade total, matéria volátil e carbono fixo de carvões são obtidas através de um procedimento chamado Análise Imediata, que é um conjunto de processos de análise, em que se determinam:

1 - % de umidade total: segundo a norma NBR 8293/83, é dada com a medição de massa antes e depois de aquecimento do carvão a 105ºC em estufa, por uma hora;

2 - % de cinzas: segundo a norma NBR 8289/83, a amostra em que já fora medida a umidade deve sofrer combustão em forno Mufla em atmosfera oxidante com ou sem adição do gás oxigênio. Mede-se a massa do resíduo gerado, que é convertida a teor de cinzas;

3 - % de matéria volátil: pela norma técnica NBR 8290/83 baseia-se nos destilados voláteis do carvão seco, desprendidos durante o aquecimento com rígidos controles de temperatura, massa e tempo. Maior quantia de matéria volátil indica carvão com maior facilidade de combustão

4 - % de carbono fixo: de acordo com a norma técnica NBR 8299/83, subtrai-se de 100% a soma das demais porcentagens, de umidade, cinzas e matéria volátil. O restante é o teor de carbono fixo, que é um parâmetro usado para cálculos de balanço energético e caracterização de carvões.

A viscosidade representa a resistência que um fluido oferece ao ser movimentado. A menor temperatura em que o combustível líquido flui é chamada ponto de fluidez, sendo necessário conhecer estas duas características para estocagem, bombeamento e entrada nas câmaras de combustão.

Densidade é a relação entre massa e volume de um material, sendo usada entre os combustíveis como parâmetro em paralelo ao poder calorífico, observada a reação entre uma e outra. O poder calorífico pode ser expresso em J/kg, J/m³, Kcal/kg ou Kcal/m³. O poder calorífico superior é a quantidade de calor que libera uma unidade de massa ou volume queimada em combustão completa do combustível seco, sendo que a água proveniente da queima do hidrogênio é condensada no estado líquido. O poder calorífico inferior é a quantidade de calor expressa em unidade de energia por unidade de volume ou massa que é gerada após a queima desta quantia do combustível seco, permanecendo a água proveniente da queima de hidrogênio na forma de vapor. A diferença entre os valores de poderes caloríficos superior e inferior é o calor latente de vaporização da água. A granulometria também influi nas condições de estocagem e velocidade de reação.

Em breve, veja mais sobre este assunto neste blog, e saiba mais sobre partes de uma chama, como determinar o poder calorífico superior e inferior, além de análises dos gases de combustão, com métodos de cálculo. Veja uma tabela de alguns poderes caloríficos de combustíveis, clicando aqui. □ 

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