GERAÇÃO TÉRMICA 

fosforo

Combustão

A combustão é fundamental para o funcionamento de todas as máquinas térmicas utilizadas na geração de energia elétrica.

Ela é um fenômeno complexo de reações químicas que dependem de vários fatores: combustível, mistura ar-combustível, temperatura,etc...

A combustão pode ocorrer de dois modos; com chama e sem chama. Por sua vez, a combustão com chama pode ser classificada em pré-misturada ou difusa.

A combustão com chama se caracteriza por se concentrar em uma região no espaço que pode se propagar, ou não, conforme a Figura ao lado.

De um lado dessa fronteira existem os gases quentes resultantes da combustão e de outro existem apenas os gases não queimados. Exemplos deste tipo de combustão são a lamparina e a queima no cilindro de motores de combustão interna com vela de ignição.

A combustão sem chama ocorre quando o processo de combustão ocorre simultaneamente em diversos pontos da mistura combustível comburente. Neste caso, não existe uma região definida que possa ser denominada de chama e o processo é volumétrico. Exemplos deste tipo de combustão são o motor diesel e a detonação em motores motores de combustão interna com vela de ignição, mais conhecida como "bater pino".

Na combustão com chama pré-misturada, o combustível e o comburente são pré-misturados a nível molecular antes de qualquer reação química começar. Exemplo típico deste tipo de combustão é o motor de combustão interna com vela de ignição.

Por outro lado, a chama difusa os reagentes estão inicialmente separados e a combustão ocorre apenas na região onde o combustível se mistura com o comburente. Exemplos de combustão com chama difusa são o motor diesel e a lamparina.

A combustão rápida é a oxidação que produz calor e luz e a combustão lenta é a oxidação que produz apenas calor.

A combustão lenta está associada aos organismos vivos, por isso, não será considerada neste capítulo.

Portanto, a combustão é essencial à vida na terra porque todos os seres vivos a utilizam para respirar e para gerar cerca de 65% da energia elétrica produzida no mundo.

Na maioria dos processos de combustão, o oxigênio necessário é obtido a partir do ar atmosférico. Em base molar, o ar atmosférico é aproximadamente composto por 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio e 1% de argônio

Combustão do Carbono

A combustão do carbono é dada por:

eq combustão carbono

Esta equação significa que 1 kmol de carbono ao reagir com 1 kmol de oxigênio forma1 kmol de dióxido de carbono liberando energia. Ela também significa que 12 kg de carbono reagem com 32 kg de oxigênio para gerar 44 kg de dióxido de carbono liberando, de acordo com a Tabela em anexo, 109 kWh (9,09 kWh/kg) de energia térmica. Do ponto de vista ambiental, esta reação gera 3,66 kg de dióxido de carbono por kg de carbono ou 0,403 kgCO2/kWh.

Combustão do Metano

O Metano é o hidrocarboneto mais simples e, quando se queima um hidrocarboneto, tanto o carbono como o hidrogênio são oxidados e se transformam em dióxido de carbono e água. No caso do Metano, a combustão seguirá a seguinte equação:

eq comb metano

Neste caso, 16,04 kg de metano geram 44 kg de dióxido de carbono. Ou seja, apenas 2,74 kg de dióxido de carbono são gerados por kg de metano. Isto representa 25% menos dióxido de carbono por quilo de combustível se comparado com o carbono.

Do ponto de vista energético, os 16,04 kg de Metano geram 222,6 kWh (13,88 kWh/kg) por kg de combustível, que representa 0,20 kgCO2/kWh. Isto significa que o Metano gera cerca da metade do CO2 gerado pela combustão do carbono. É importante observar que este número não leva em consideração a eficiência das máquinas térmicas.

Combustão de Hidrocarbonetos

No caso da combustão de um hidrocarboneto genérico, teremos que:

eq comb hidrocarboneto

Observa-se que, quanto maior o número de átomos de carbono no hidrocarboneto, maior será a geração de dióxido de carbono. No entanto, conforme mostra a Tabela abaixo, o aumento do número de carbono no hidrocarboneto satura logo o índice de massa de CO2 por massa de combustível queimado e o índice de massa de CO2 por energia térmica liberada. Desta forma, considerando a emissão do Metano como sendo 100%, a emissão dos hidrocarbonetos é 30% maior e a do carvão é 100% maior do que a emissão de CO2 originada pela queima de Metano. Os hidrocarbonetos apresentados na Tabela foram escolhidos porque são os elementos que aproximam a composição da gasolina, diesel e óleo combustível.

 

 

Combustão de Alcoóis

No caso da combustão de um álcool genérico teremos que:

eq combustao alcool

 

Combustível Formula Entalpia de Combustão Massa
Combustível
Massa CO2 Massa CO2/Massa Combustível Massa CO2/Energia Massa CO2/Energia
    @ 25°C (kWh/kg) kg kg kg/kg kg/kWh %
Metano CH4 13,9 16 44 2,74 0,197 100
Octano C8H18 12,3 114,2 352,1 3,08 0,251 127
Duodecano C12H26 12,3 170,3 528,1 3,10 0,253 128
Cetano C16H34 12,2 226,4 704,2 3,11 0,255 129
Carbono C 9,1 12 44 3,66 0,403 204
Metanol CH4O 5,5 32 44 1,37 0,248 126
Etanol C2H6O 7,4 46,1 88 1,91 0,256 130

 

Observa-se que os alcoóis possuem um poder calorífico inferior ao poder calorífico dos hidrocarbonetos - 44% no caso do Metanol e 60% no caso do Etanol. Por isso, os carros consomem mais álcool - Etanol - do que gasolina por Km rodado e que só vale a pena utilizar o álcool quando o preço do mesmo for inferior a 60% do preço da gasolina. Por outro lado, vale a pena utilizar o gás natural - Metano - mesmo com preço equivalente à gasolina.

Com relação às emissões de CO2, os alcoóis emitem praticamente a mesma quantidade que os hidrocarbonetos. No entanto, como eles são obtidos a partir da cana de açúcar e do milho, o CO2 emitido é reabsorvido pelo crescimento dos vegetais.