Problemas-Combustão



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1ª Aula Prática
Problema 1

Considere a combustão do metano. Calcule:

a) a razão estequiométrica ar/combustível em volume e em massa.

b) a composição húmida e seca dos produtos de combustão.

c) a massa seca dos produtos por unidade de massa de combustível.

Problema 2

Os produtos secos da combustão de um hidrocarboneto em ar apresentam a seguinte composição volumétrica:

CO2: 12,5%; CO: 2,5%; N2: 85%

Determine:

a) a razão mássica C/H do combustível.

b) a razão mássica ar/combustível, assumindo que todo o combustível é consumido.

Problema 3

A entalpia de combustão do etano (C2H6) gasoso a 25 °C tem o valor de - 47484 kJ/kg considerando os produtos todos na fase gasosa. Calcule:

a) a energia interna de combustão correspondente.

b) a entalpia de combustão a 540 °C.

2ª Aula Prática

Problema 1

Heptano líquido (C7H16) é queimado adiabaticamente numa fornalha com ar em proporções estequiométricas. Se a temperatura inicial do combustível e ar for 15 °C, calcule a temperatura final dos produtos. O calor específico do heptano líquido é 2,3 kJ/kgK.

Problema 2

Calcule a temperatura de combustão adiabática de metano e ar em proporções estequiométricas, considerando a dissociação dos produtos. Compare este valor com o valor obtido sem considerar dissociação.

3ª Aula Prática

Problema 1

A reacção química que traduz a decomposição do dióxido de azoto na ausência de N2 é:

2 NO2 → 2 NO + O2

a) Escreva a equação da taxa de reacção.

b) Qual é a ordem desta reacção?

c) Quais são as unidades da constante na expressão da taxa de reacção?

Problema 2

Considere de novo a decomposição do dióxido de azoto.

a) À temperatura de 592 K, o valor de kf é 498 cm3/mole s. Qual é a taxa de decomposição do dióxido de azoto a esta temperatura se a sua concentração for 0,003 mole/l.

b) Calcule a energia de activação da reacção sabendo que:


T (K)

kf (cm3/mole s)

603,5

775

627

1810

651,5

4110

656

4740

Problema 3

O mecanismo proposto para a pirólise do etano a 900 K e 0,1 atm é o seguinte:













Dados:







a) Indique a que espécies químicas se pode aplicar a hipótese de estado estacionário.

b) Mostre que as concentrações dos radicais H e CH3 são muito menores que a concentração do radical C2H5.

c) Mostre que:

d) Admitindo que C2H6 é a única espécie inicialmente presente, calcule o tempo que demora até 10% ter reagido.



4ª Aula Prática
Problema 1

a) Considere uma chama de difusão, etano (C2H6) - ar, na qual as fracções molares de C2H6, CO, CO2, H2, H2O, N2, O2 e OH foram medidas, num dado ponto no interior da chama, com o auxilio de técnicas experimentais apropriadas. Considerando que as fracções molares de todas as outras espécies químicas presentes são desprezáveis, defina a fracção de mistura, f, em função das fracções molares das espécies medidas.

b) Para as condições da alínea a), calcule f sabendo que num dado ponto da chama se mediu:

CO = 949 ppm; CO2 = 0,0989; H2 = 315 ppm; H2O = 0,1488; O2 = 0,0185 e OH = 1350 ppm.

Assuma que a outra espécie presente é N2. Calcule também a razão de equivalência da mistura usando o valor de f.


Problema 2

Estime o valor da constante k na expressão da taxa de reacção para a combustão de uma mistura estequiométrica ar/propano, a partir dos resultados experimentais de Longwell & Weiss. Considere a energia de activação E = 7654 kJ/kgfu e a temperatura de chama T1 = 2200 K. Arbitre o valor de  que lhe pareça adequado. Faça as aproximações que lhe parecerem convenientes, mas justifique-as.



Resultados da bomba de Longwell

5ª Aula Prática
Problema 1

Um reactor de mistura perfeita, adiabático, de volume V, é alimentado com uma mistura ar/combustível em regime permanente à temperatura absoluta T0. A taxa de reacção, em unidades de massa por unidade de tempo e volume, pode, neste caso, ser aproximada pela expressão:



onde A é uma constante. Os calores específicos e poder calorífico podem também ser considerados constantes.

a) Calcule a gama de valores de grau da reacção para a qual é possível ter uma reacção estável. Justifique;

b) Calcule o valor de  para o qual a taxa de reacção é máxima;

c) Calcule, em função das constantes deste problema, o caudal mássico máximo de mistura que pode ser fornecido sem que se tenha extinção da chama (caudal mássico crítico);

d) Calcule o valor da carga química em condições críticas (Lcrit);

e) Calcule o valor da taxa de reacção adimensional em condições críticas;

f) Desenhe o gráfico vs , e assinale quantitativamente, se possível, com os valores obtidos nas alíneas a), b) e e) os pontos relevantes desse gráfico.


Problema 2

Uma mistura de propano e de ar tem uma taxa média de reacção de 1,1 mol/cm3s. Se as temperaturas dos reagentes e dos produtos forem 400 e 2300 K, respectivamente, calcule a velocidade de propagação laminar da chama e a sua espessura. Indique as hipóteses de trabalho.



6ª Aula Prática
Problema 1

Pretende-se estudar a velocidade de chama laminar de misturas de combustíveis de hidrogénio à pressão atmosférica.

Compare as velocidades de chama das misturas estequiométricas de:

A: H2 + O2

B: H2 + Ar

Dados: Tu = 25 ºC

Tb(A) = 2980 K (calculada)

Tb(B) = 2180 K (calculada)

E = 15 kcal/mole

H = 241000 kJ/kmole








Problema 2

Uma câmara de combustão cilíndrica funciona com pré-mistura de combustível e 5% de excesso de ar, estabilizando-se a chama com um disco de 20 mm de diâmetro.

Calcule as condições de extinção para propano e dimensione d para uma potência de extinção de 500 kW.

7ª Aula Prática
Problema 1
Uma determinada Norma para ensaio de resistência de tecidos ao fogo impõem que as amostras de tecido sejam queimadas em condições regulamentadas. Uma dessas condições refere que a amostra deve ser queimada por uma chama de pré-mistura laminar de 25 mm de altura. São também impostas algumas (poucas) condições relativamente ao combustível a usar.
Um determinado laboratório de ensaios dispõe de um combustível constituido por uma mistura de hidrocarbonetos leves que está nas condições impostas pela Norma. Dispõe também de um queimador cuidadosamente projectado, contendo um tubo extremamente curto de diâmetro interno igual a 12 mm e precedido por uma contracção.
As propriedades conhecidas do combustível são as seguintes:
M = 28,5 kg/kmol; C/H = 5,33...;  = 1,61x10-5 kg/(ms);
a) Calcule o caudal volumétrico de ar e de combustível para obter a chama com a altura especificada, usando uma mistura estequiométrica.
b) Se se mantiver o caudal de ar e diminuir o caudal de combustível o que acontecerá à altura da chama? E se o caudal de combustível aumentar em vez de diminuir? Explique. Pode retirar alguma conclusão do comportamento da chama?
c) Diga quais as aproximações usadas na resolução de a). O resultado obtido em a) será obtido por excesso, por defeito, ou não é possível saber?

Problema 2


A instalação ilustrada na figura é utilizada para diversos tipos de ensaios e trabalhos laboratoriais. Num determinado trabalho utilizou-se uma chama estequiometrica de ar/metano.




  1. Calcule a altura da chama para um caudal de ar de 1,95 dm3/min.

  2. Repentinamente, devido a uma falta de corrente, o ventilador parou. Descreva o que se terá passado com a chama nos momentos que se seguiram, até se atingir regime estacionário (com caudal de ar = 0).

  3. Calcule a altura da chama que se estabeleceu no queimador.


Propriedades:

Metano: k = 0,0343 W/(mK);  = 0,112 x 10-4 kg/(ms); Cp = 2,226 kJ/(kgK);

h = 802 MJ/kmol; Le ≈ 1.



Ar: k = 0,0259 W/(mK);  = 0,181 x 10-4 kg/(ms); Cp = 1,005 kJ/(kgK).




8ª Aula Prática
Problema 1

Um motor de explosão foi modificado de forma a ser possível utilizar um sistema de LDA (Laser Doppler Anemometer) na caracterização do escoamento no seu interior. Estime a velocidade de propagação da chama turbulenta para as seguintes condições: intensidade de turbulência, vrms = 3 m/s; P = 5 atm; Tu = 500 °C e  = 1,0 (propano - ar). A fracção mássica de produtos de combustão nos reagentes é 0,09.


Problema 2

Estime o comprimento (altura) de uma chama vertical de um jacto de propano numa atmosfera em repouso (P = 1 atm e T = 300 K). O caudal mássico de propano é 3,66 x 10-3 kg/s e o diâmetro interno do queimador é 6,17 mm. Assuma que a massa volúmica do propano à saída do queimador é 1,854 kg/m3. A temperatura adiabática para misturas estequiométricas de propano e ar é 2267 K. A massa volúmica do ar a P = 1 atm e T = 300 K é 1,1614 kg/m3.


Problema 3

Para a carga térmica e diâmetro interno do queimador do problema anterior, determine o comprimento da chama no caso do combustível ser metano. Compare os comprimentos das chamas de metano e propano. A massa volúmica do metano é 0,6565 kg/m3. Os poderes caloríficos inferiores do metano e do propano são 50016 kJ/kg e 46357 kJ/kg, respectivamente. A temperatura adiabática para misturas estequiométricas de metano e ar é 2227 K. A massa volúmica do ar a P = 1 atm e T = 300 K é 1,1614 kg/m3.

Problema 4

Determine a velocidade de extinção (“blowoff”) para uma chama de um jacto de propano numa atmosfera em repouso (P = 1 atm e T = 300 K). O diâmetro interno do queimador é 6,17 mm. A temperatura do propano à saída do queimador é 300 K, a sua massa volúmica é 1,854 kg/m3 e a sua viscosidade é 8,26 x 10-6 Ns/m2. A massa volúmica do ar a P = 1 atm e T = 300 K é 1,1614 kg/m3.


9ª Aula Prática
Problema 1

Uma câmara de combustão é alimentada com combustível líquido atomizado em pequenas gotículas de diâmetro uniforme que são arrastadas numa corrente de ar. Calcule o comprimento mínimo da câmara de combustão que permite completa vaporização do combustível.

Hipóteses:

a) é válido o modelo de evaporação/combustão com simetria esférica e o SRS ("Single Reacting System").

b) o tempo de residência das gotículas é uniforme e não há movimento relativo do ar e das gotículas.

c) a composição do ar é constante e a temperatura uniforme.

d) a temperatura da gotícula é igual à temperatura de ebulição.

e) o valor de  é o do ar.



Dados:

Diâmetro das gotículas à entrada: 100 m

Massa específica do líquido: 800 kg/m3

Temperatura do ar à entrada: 400 °C

Ponto de ebulição do líquido: 105 ºC

Calor latente de vaporização do líquido: 670 kJ/kg

Poder calorífico do combustível: 41400 kJ/kg

Razão estequiométrica (s): 4

Velocidade do ar: 30 m/s (constante)
Problema 2

Se 10% das gotículas tiverem um diâmetro duplo do considerado no problema anterior, e o comprimento da câmara de combustão for o calculado anteriormente, qual é a perda de rendimento da câmara de combustão, considerando que todas as perdas são devidas a evaporação incompleta.

Problema 3

Pretende-se construir uma câmara de combustão com uma potência de 10 MW, alimentada a kerosene. Para garantir melhor eficiência dá-se uma pré-vaporização do combustível na câmara A, dando-se a combustão na câmara B. Justificando as suas decisões e as aproximações feitas:

a) calcule o comprimento da câmara A de modo a que a vaporização das gotículas com 40 m de diâmetro seja total. A secção transversal da câmara A é de 0,50 m2.

b) que critério seguiria para dimensionar B; qual o seu volume mínimo para a potência indicada.

c) qual a geometria que escolheria para a câmara B? Porquê a entrada de ar suplementar em C? Qual a quantidade mínima razoável de ar a introduzir em C?

Kerosene:

M = 154 kg/kmole; C/H = 87/12; liq = 825 kg/m3; L = 70 kcal/kg; TBP = 150 ºC;

hc = 42 MJ/kg; Cp = 1,8 kJ/kgK;  = 2,6 x 10-5 kg/ms


10ª Aula Prática
Problema 1

Num estudo preliminar de projecto de uma câmara de combustão experimental com pré-vaporização para uma turbina a gás adoptou-se a seguinte geometria simplificada



onde se considerou a separação do caudal de ar em primário e em secundário, a pré-vaporização do combustível na conduta de ar primário e a estabilização da chama na esteira de um disco. Doze destas câmaras dispostas em torno do eixo do compressor-turbina recebem o ar do compressor e alimentam a turbina.

Considerou-se ainda (ou foi imposto por condições de diversa ordem) que:

1) a temperatura e pressão ambientes são 20 °C e 1 bar, respectivamente;

2) o compressor é adiabático com uma razão de compressão de 18;

3) o combustível (kerosene) é atomizado à sua temperatura de vaporização, obtendo-se um número desprezável de gotículas com diâmetro superior a 20 m;

4) o diâmetro C da conduta é 2,5 superior ao diâmetro D do disco;

5) para o disco em escoamento reactivo CD = 0,9 e D/l = 1/2,5;

6) o caudal mássico máximo de ar primário em cada câmara é de 8,4 kg s-1;

7) a razão de equivalência em relação ao ar primário é de 0,8;

8) o caudal de ar secundário é 1,56 vezes superior ao do ar primário.

A temperatura da chama foi estimada em 2380 K e as fracções molares de oxigénio e azoto na chama foram estimadas em 0,0305 e 0,722, respectivamente.

Comentando e/ou justificando:

a) Dimensione o disco para obtenção da chama estável com um caudal 2% superior ao caudal máximo de projecto;

b) Calcule o comprimento A da conduta de ar primário de modo a obter vaporização total do combustível nesse comprimento;

c) Calcule a fracção molar de NO na chama;

d) Supondo que não há mais produção ou decomposição de NO calcule a fracção molar de NO nos gases de escape e apresente o resultado em ppm (partes por milhão);

e) Exprima a produção de NO em kg de NO por kg de combustível;

f) Porque razão é necessária a separação em ar primário e secundário?

(válido para chamas pobres)

Kerosene:

M = 154 kg/kmole; C/H = 87/12 (razão mássica); liq = 825 kg/m3;

Cpliq = 1,926 kJ/kgK; L = 291 kJ/kg; Cpvap = 1,675 kJ/kgK;

vap = 8,71x10-5 kW/mK; TBP = 150 ºC; hc = 42,4 MJ/kg.


Problema 2

No equipamento representado na figura um atomizador injecta gotículas de kerosene a 15 m/s e 150 °C numa corrente de ar. Quando as gotículas atingem a zona B inicia-se a sua combustão devido à injecção de parte dos gases de escape recirculados. Admite-se que:

  1. a distribuição das gotículas é aproximadamente mono-dimensional à saída do atomizador com D = 0,20 mm;

  2. as gotículas são inflamadas “instantaneamente” à entrada da câmara B;

  3. o seu trajecto á aproximadamente linear.



Calcule (e justifique os cálculos e aproximações feitas)

  1. a fracção mássica de oxigénio à saída de A

  2. a fracção mássica média de oxigénio na câmara B

  3. o comprimento mínimo da câmara B

Dados:

L1 = 0,20 m Eq = 0,70 (nas condições de entrada)

Tprodutos = 1750 °C % escape recirculado = 30%

Ar:

u = 15 m/s T = 520 °C p = 1 bar

Kerosene:

C11,28H18,67liq = 825 kg/m3 Cpliq = 1,926 kJ/(kg K)

Cpvap = 1,675 kJ/(kg K) H = 42,4 MJ/kg Le = 1

L = 291 kJ/kg vap = 8,71 x 10-5 kW/(m K) TBP = 150°C

11ª Aula Prática
Problema 1
Uma caldeira é alimentada a carvão com a seguinte composição elementar: C = 71%;
H = 7%; N = 1%; S = 2%; O = 4%; Humidade = 6%. A análise imediata revelou 61% de carbono fixo.

Determine:



  1. a análise imediata do carvão;

  2. a análise elementar d.a.f. (dry ash free);

  3. a composição elementar da matéria volátil, introduzindo as hipóteses que achar convenientes.

Problema 2

Estime a influência da riqueza em oxigénio do ar no tempo de combustão a temperaturas muito elevadas de partículas de carvão de 50 m nos seguintes casos:

a) ar atmosférico não viciado

b) ar com 85% de azoto

c) ar com 50% de azoto e 50% de oxigénio



Dados: c =1600 kg/m3 e ox = 5 x 10-5 kg/ms
Problema 3

Um caudal de 100 ton/h de carvão pulverizado queima na câmara de combustão de uma caldeira com 15% de excesso de ar. A análise imediata e elementar do carvão são:



Análise Imediata: Análise Elementar

Base a.r. (as received) Base d.a.f. (dry ash free)

Carbono fixo: 57% Carbono: 85%

Matéria Volátil: 25% Hidrogénio: 5%

Cinzas: 10% Oxigénio: 8%

Humidade: 8% Azoto: 1%

Enxofre: 1%

Taxa cinética de combustão A exp (-E/RT) (A= 0,086 kg/m2sPa, E = 150 kJ/mole)

Difusividade mássica D = 320 x 10-6 m2/s


a) Determine a composição elementar do carvão como queimado (as received).

b) Introduzindo as hipóteses que achar convenientes, determine a composição elementar dos voláteis libertados do carvão.

c) Calcule o tempo de queima das partícula de carvão maiores que d = 120 m ( = 1300 kg/m3) assumindo que esta se verifica a uma temperatura de 1400 K e que a composição mássica média do oxigénio é de 6%.

d) Se o diâmetro máximo das partículas passar a ser de 150 m calcule para o tempo determinado na alínea anterior qual a fracção mássica do resíduo carbonoso que não se queima.


12ª Aula Prática
Problema 1

O teste de um motor de combustão interna num dinamómetro conduziu às seguintes medidas nos produtos de combustão da sua exaustão:

CO2 = 12,47%; C6H14 (equivalente) = 367 ppm; CO = 0,12%; NO = 76 ppm; O2 = 2,3%

As concentrações estão expressas em volume seco, sendo o motor alimentado com iso-octano.

Determine o índice de emissão de hidrocarbonetos não queimados expresso em termos de hexano.
Problema 2

Usando os dados do problema anterior, calcule a concentração de NO em base húmida.


Problema 3

Para os dados do problema 1, calcule a concentração volúmica de NO corrigida para 5% de O2 nos produtos de combustão.


Problema 4

As emissões de NO de uma turbina a gás são 20 ppm (volume), medidas na sua exaustão onde a concentração de O2 é 13% (volume).

a) Calcule a concentração de NO corrigida a 3% de O2 nos produtos de combustão.

b) Determine o índice de emissão de NOx em gramas de NOx (NO2 equivalente) por quilograma de fuel queimado. Assuma que o gás que alimenta a turbina é essencialmente CH4.



13ª Aula Prática

1º Exame de Combustão

Licenciatura em Engenharia Mecânica

20 de Janeiro de 2003


1º Semestre

Parte Teórica (6 valores)





  1. Considere o mecanismo de Zeldovich:

O + N2  NO + N (1)

N + O2  NO + O (2)



  1. Exprima a taxa de reacção do NO em função das concentrações das espécies envolvidas no mecanismo e das constantes de reacção.

  2. Mostre que, desprezando as reacções inversas e assumindo que os átomos de azoto estão em estado estacionário, a taxa de reacção de NO se pode exprimir sob a forma




  1. Considere uma chama de difusão laminar estabilizada na secção de saída de um queimador de secção circular.

    1. Represente graficamente, de uma forma qualitativa, a evolução da temperatura ao longo do eixo, indicando a posição da frente de chama, x = Lf. Justifique a evolução representada.

    2. Represente graficamente, de uma forma qualitativa, num único gráfico, os perfis radiais de fracção de mistura nas secções x = Lf /2 e x = Lf. Justifique as evoluções representadas.




  1. Explique quando é que um processo de combustão é controlado pela cinética química e quando é controlado pela difusão. Identifique qual destas situações se verifica na combustão de uma pequena partícula de carvão, cuja temperatura é elevada, sendo a pressão também elevada.



Parte Prática (14 valores)





  1. Para se obter um diagrama de estabilidade para misturas de ar/propano utilizou-se o seguinte método: i) num tubo de diâmetro conhecido fixou-se um determinado caudal de combustível; ii) começou-se a aumentar, a partir de zero, o caudal de ar; iii) quando ocorria um determinado fenómeno – fim da libertação de fumo preto (LF), início do retorno de chama (RCi), fim do retorno de chama (RCf), descolamento de chama (DC) – anotou-se o caudal de ar para o qual esse fenómeno ocorreu; iv) repetiram-se os pontos i) a iii) para outros caudais de combustível; v) repetiram-se os pontos i) a iv) para outros tubos de diâmetros diferentes.

A tabela seguinte lista os resultados obtidos para misturas ar/propano (hc = 46360 kJ kg-1).

D

(cm)


Qfu

(cm3/s)



Qar (cm3/s)

LF

RCi

RCf

DC

0,5

2

2,35


2,7

16

17

19









66

71

75



0,75

2,25

3

3,75



4,5

20

26

31



35

68

74

106

124


140

149


1

2

2,7


3,35

4


20

25

31



36

36

54

75



108

112

127


141

132


120

147


169

188

(a) A partir dos resultados listados na tabela construa o diagrama de estabilidade com as coordenadas fluxo energético de combustível (kJcm-2s-1) versus razão ar/combustível (A/F) em volume na pré-mistura. Indique a localização das várias zonas no diagrama.

(b) Explique a existência e a forma da linha do limite da libertação de fumo.

(c) Diga para que serve um diagrama de estabilidade de um dado combustível e como pode ser utilizado.


  1. Um determinado processo industrial necessita de uma potência de 500 kW e de uma chama com um comprimento de 90 cm, o que pode ser alcançado utilizando uma chama de benzeno e ar, com um excesso de ar de 25%, num sistema de combustão apropriado funcionando à pressão de 1 bar. O injector seleccionado dá origem a um spray com uma distribuição de gotas aproximadamente mono-dimensional à saída daquele, e velocidade média das gotas de 10 m/s.

(a) Calcule os caudais mássicos de benzeno e ar.

(b) Estime o diâmetro das gotas à saída do injector de modo a obter o comprimento de chama pretendido. As gotas de benzeno saem do injector à temperatura de Tinj = 80 ºC e a temperatura da chama foi estimada em 2360 K. Justifique todas as aproximações que introduzir na resolução do problema.

(c) Calcule a fracção molar de NO na chama sabendo que o volume da chama foi estimado em 0,01 m3 e que para chamas pobres:

(d) Indique qual o principal mecanismo de formação de NO na presente chama. Justifique.



Dados para o benzeno:

Cliq = 0,884 g/cm3; cp liq = 0,411 cal/(g ºC); cp vap = 0,277 cal/(g ºC);

hfg = 103,2 cal/g; TBP = 80 ºC; hc = 9,56 kcal/g; kvap = 0,0194 kcal/(h m K)

14ª Aula Prática

2º Exame de Combustão

Licenciatura em Engenharia Mecânica

7 de Fevereiro de 2003


1º Semestre

Parte Teórica (6 valores)





  1. Considere as reacções:

O2  2O (1)

N2 + O2  2NO (2)

CO + ½ O2  CO2 (3)


  1. Descreva, justificando, o efeito da pressão nas fracções molares de equilíbrio das espécies para as reacções (1), (2) e (3).

  2. Repita a alínea anterior, considerando agora o efeito da temperatura.




  1. O tempo de vida de uma gota de um combustível líquido é determinado a partir da equação



    1. Interprete fisicamente esta equação.

    2. Sabendo que , deduza a lei de D2.




  1. Explique os conceitos de descolamento de chama, retorno de chama e quenching em chamas de pré-mistura.

Parte Prática (14 valores)





  1. Pretende-se dimensionar os orifícios de um queimador que é alimentado com uma mistura homogénea de ar e metano à temperatura de 300 K e à pressão de 1 bar. O queimador tem de satisfazer a seguinte condição de funcionamento: i) potência calorífica fixa de 3 kW e mistura pobre ou estequiométrica. Não está previsto qualquer dispositivo de controle automático e/ou de estabilização da chama. Considerando a existência de doze orifícios e procurando maximizar a estabilidade das chamas:

(a) Escolha a composição da mistura que satisfaça i) e calcule o seu caudal. Justifique.

(b) Dimensione os orifícios, considerando-os de secção circular. Justifique.



Dados - Metano: PCI = 802 x 103 (kJ/kmol); SL ( = 1) = 0,382 (m/s)

Diagrama de estabilidade do metano: ver figura




  1. Uma caldeira queima carvão pulverizado com 25% de excesso de ar à pressão de 1 bar. O carvão tem a seguinte composição elementar: C = 69%; H = 9%; O = 6%; N = 1%; S = 2%; Cinzas = 3%. A análise imediata revelou 57% de carbono fixo.

(a) Calcule a análise imediata do carvão.

(b) Calcule a análise elementar d.a.f. (dry ash free).


Após a volatilização e combustão homogénea dos voláteis na caldeira, as partículas do resíduo carbonoso resultante são aproximadamente esféricas e a sua composição é essencialmente carbono.

(c) A combustão das partículas de resíduo carbonoso com 50 µm de diâmetro (c = 1300 kg m-3) será controlada pela difusão de massa à superficie da partícula ou pela cinética química? Justifique. Utilize valores constantes para a temperatura e concentração de oxigénio justificando as suas escolhas. A taxa cinética de combustão é k e(-E/RT) (k = 0,086 kg m-2 s-1 Pa-1, E = 150 kJ mol-1) e a difusibilidade mássica é 320 x 10-6 m2 s-1;



(d) Estime o tempo de queima daquelas partículas de resíduo carbonoso.






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