Eficiência Energética - Fundamentos e Aplicações

EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES

Na prática, é muito difícil conseguir a combustão estequiométrica assim
como a completa. O que ocorre na realidade são reações incompletas, com a
formação de monóxido de carbono e óxidos de nitrogênio e com a presença de
combustível não queimado. Isso acontece com quantidades de oxigênio supe-
riores ao necessário para a combustão estequiométrica, pois a mistura entre os
reagentes nunca é completamente perfeita.

Equacionamento das reações de combustão

Nas equações químicas os combustíveis são representados pelas suas
fórmulas químicas em função das quantidades molares dos seus elementos
constituintes. Por exemplo, o metano é dado por CH4, ou seja, um mol de car-
bono e quatro moles de hidrogênio. Da mesma forma, um óleo combustível
pode ser indicado como C8H18. Assim, um combustível genérico pode ser re-
presentado por CxHyOzSkNw. Onde os índices x, y, z, k e w são, respectivamente,
as quantidades molares de carbono, hidrogênio, oxigênio, enxofre e nitrogênio.

Usando-se essa notação, a Equação 4 representa a combustão estequio-
métrica de um combustível genérico com oxigênio puro. O multiplicador A que
aparece no lado esquerdo, onde estão os reagentes, é denominado fator este-
quiométrico, dado pela Equação 5, representando a quantidade exata de oxi-
gênio que é utilizada nesse tipo de combustão. Observa-se que nos produtos de
combustão (lado direito da equação) não há presença de oxigênio livre.

CxHyOzSkNw + A O 2 à x CO 2 + (y/2) H 2 O + k S0 2 + w N 2 (4)

Onde A é dado por:

A = x + y/4 - z/2 + k (5)

A Equação 6 também mostra a combustão estequiométrica de um com-
bustível genérico, no entanto, utilizando o ar atmosférico como comburente.
Esse é o termo que está entre parênteses, no lado dos reagentes dessa equação.
O fator estequiométrico é calculado como na equação anterior. Também não
se verifica a presença de oxigênio nos produtos de combustão, pois ele foi todo
consumido na reação. No entanto, a quantidade de nitrogênio é quase quatro
vezes maior e a causa de baixa eficiências, como será mostrado mais à frente.

CxHyOzSkNw + A (O 2 +3,76 N 2 ) à xCO 2 +(y/2) H 2 O+k S0 2 + (w +3,76 A) N 2 (6)

A partir da equação anterior é deduzida a relação ar/combustível este-
quiométrica para esse combustível genérico. Ela pode ser expressa em termos
de volume ou pesos, como mostrado pela Equação 7 e Equação 8, apresentadas
a seguir.