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COMBUSTÍVEL

Combustíveis Fósseis Introdução

Os combustíveis fósseis resultam de um processo muito lento de decomposição das plantas e dos animais, ou seja, da matéria orgânica.

Este processo de transformação durou milhões de anos e originou o carvão, o petróleo e o gás natural. É devido a este longo período de tempo necessário à sua formação que dizemos que os combustíveis fósseis não são renováveis: uma vez gastos, a humanidade não disporá deles tão cedo.

O impato dos combustíveis fósseis no ambiente é prejudicial. A sua queima origina produtos de combustão, que poluem o ar a nível local e regional, entre os quais o dióxido de carbono, que contribui para o efeito de estufa a nível global, o qual está na origem das alterações climáticas.

A sua prospecção e transporte têm também impates negativos no ambiente. Gás Natural O gás natural é um combustível de origem fóssil. O gás natural é mais leve que o ar (o que é vantajoso para as condições de segurança), sendo constituído maioritariamente por metano.

O metano é um composto químico simples constituído por átomos de carbono e hidrogénio. A sua fórmula química é o CH 4. Este gás é altamente inflamável e encontra-se em reservatórios subterrâneos.

Portugal não possui, no seu território, nenhuma reserva conhecida de Gás Natural, pelo que todo o gás distribuído, armazenado e comercializado em Portugal provém de importações. Para ser aproveitado, é necessário ser bombeado e transportado.

O seu transporte pode ser feito através de gasodutos (tubagens de gás enterradas debaixo do solo) ou em navios, chamados metaneiros.

O transporte em metaneiro exige o aumento ou não da pressão do gás natural, até este atingir a fase líquida, para assim ocupar menos volume.

O seu armazenamento é feito em tanques ou em outras instalações subterrâneas. O gás é depois distribuído através de tubos até aos locais de consumo (casas, fábricas e centrais eléctricas) servindo nestas últimas de combustível para produzir eletricidade.

O gás natural é, entre os combustíveis fósseis, aquele cuja queima menor impato tem no ambiente: produz cerca de 40% menos dióxido de carbono do que o petróleo, para igual conteúdo energético, quase nenhum óxido de enxofre e nenhumas cinzas.

Relativamente às condições de segurança no seu transporte e utilização, o gás natural não tem odor nem pode ser visto. No caso de fuga de gás, que se deve evitar o mais possível, o gás natural eleva-se para os locais mais altos do espaço em que ocorre a fuga, por ser mais leve que o ar.

O processo de odorização é realizado, exclusivamente, como medida de segurança. Por isso, antes de ser canalizado por tubos até aos tanques de armazenamento, mistura-se um químico que lhe confere um forte odor parecido com ovos podres. Assim, é facilmente identificada uma fuga de gás.

Petróleo

O petróleo é um combustível de origem fóssil, sendo formado por uma mistura complexa de hidrocarbonetos. Encontra-se impregnado em rochas porosas, associado ao gás natural e à água, designando-se estes locais por jazidas de petróleo.

As reservas mundiais de petróleo localizam-se em apenas alguns países (países produtores de petróleo), maioritariamente situados no Hemisfério Sul, enquanto a maior parte do consumo se concentra nos países do Hemisfério Norte.

A taxa (ou velocidade) do consumo de petróleo é muito superior à da sua formação, pelo que atualmente se caminha na direcção do seu esgotamento.

A refinação é um conjunto de processos industriais destinados a transformar o petróleo bruto em produtos adaptados às necessidades dos consumidores (carburantes, combustíveis, solventes, lubrificantes, betumes, etc.) ou em matérias- primas para outras indústrias, ditas de “segunda geração” (por exemplo indústria petroquímica).

O gás propano e o gás butano obtidos pela destilação fraccionada do petróleo são também conhecidos por Gases de Petróleo Liquefeito (GPL).

São assim chamados porque nas condições normais de pressão e temperatura o seu estado físico é gasoso. Para efeitos de distribuição ao consumidor, estes gases são armazenados sob pressão em botijas de 13 kg (caso do butano) e em garrafas de 45 kg ou em reservatórios de maior dimensão, quer de superfície, quer enterrados (caso do propano), encontrando-se deste modo na fase líquida.

Os Gases de Petróleo Liquefeito são obtidos através da refinação do petróleo ou do gás natural, sendo assim também considerados combustíveis fósseis.

O GPL pode ser utilizado para aquecimento ambiente de edifícios, para aquecimento de águas quentes sanitárias, para a confecção de alimentos (fogões e fornos) e como combustível para viaturas (GPL Auto).

Por vezes, utiliza-se GPL para a produção de frio (frigoríficos de campismo, por exemplo). Quanto às condições de segurança, o GPL tem odor mas é incolor. Porém, ao contrário do gás natural, o GPL é mais pesado do que o ar, permanecendo junto ao pavimento em caso de fuga de gás.

Os riscos de acidente por incêndio ou explosão são assim grandes, devendo sempre cumprir-se todas as normas de segurança. Por essa razão, não se devem instalar equipamentos de armazenamento ou queima de GPL a um nível inferior ao do solo, precisamente para evitar a sua acumulação e consequente risco de acidente.

Em situações em que o parqueamento coletivo público é fechado ou subterrâneo, a legislação em vigor permite aos seus proprietários proibirem o estacionamento de viaturas a GPL.

Carvão

O carvão é um combustível de origem fóssil, consistindo numa substância preta e rígida, parecida com uma pedra. Na sua composição entram o carbono, o hidrogénio, o oxigénio, o azoto e diversas quantidades de enxofre.

Entre os vários tipos de carvão refira-se a antracite, a hulha e a lenhite, obtidos através da exploração mineira.

O carvão é o recurso energético de origem fóssil mais abundante mas é também o mais poluente: produz 1,37 vezes mais de dióxido de carbono do que o petróleo, para igual conteúdo energético, emitindo também quantidades significativas doutros poluentes do ar, em particular os óxidos de azoto (NOx), os óxidos de enxofre (SOx) e cinzas.

Do carvão podem ainda obter-se outras fontes energéticas, nomeadamente o coque, o gás de carvão e o gás de cidade.

Como já foi anteriormente referido, um dos problemas que se deparam na utilização dos combustíveis fósseis reside na sua escassez. O ritmo do consumo é superior ao ritmo do descobrimento de novas reservas.

O petróleo é o combustível fóssil cujas reservas poderão escassear em primeiro lugar. Reservas de Combustíveis Fósseis Como já foi anteriormente referido, um dos problemas que se deparam na utilização dos combustíveis fósseis reside no fato de serem um recurso limitado.

O ritmo do consumo é superior ao ritmo da descoberta de novas reservas.

O petróleo é o combustível fóssil cujas reservas poderão escassear em primeiro lugar. Estima-se que as reservas mundiais de petróleo possam durar cerca de 40 anos, a manter-se os atuais níveis de produção.

Para o gás natural, e mantendo-se também os níveis atuais de extracção, as reservas podem durar um pouco mais, estimandose em cerca de 70 anos.

Contudo, o consumo mundial de gás natural está a aumentar, pelo que os níveis de extracção também têm vindo a acompanhar este crescimento, podendo assim a duração do recurso ser inferior à atualmente calculada.

No entanto, novas reservas de gás natural têm vindo a ser descobertas. Para o carvão, o problema da escassez do recurso não é tão premente, estimando-se à luz dos dados atuais (2003) que as reservas possam durar cerca de 200 anos.

Outro problema relaciona-se com a distribuição das reservas e do consumo por região do Mundo, fato que também já foi anteriormente referido.

Os países que possuem maiores recursos em combustíveis fósseis não são aqueles em que ocorrem os maiores consumos , em particular no que diz respeito ao petróleo, verificando-se assim uma dependência energética destes em relações aos outros (países produtores), com implicações em termos geopolíticos.

Fonte: www.ceeeta.pt

COMBUSTÍVEL

1) Definição de combustíveis

De modo geral denomina-se combustível qualquer corpo cuja combinação química com outro seja exotérmica. Entretanto, as condições de baixo preço, a existência na natureza ou o processo de fabricação em grande quantidade limitam o número de combustíveis usados. Tendo por base o seu estado físico, eles podem classificar-se em sólidos, líquidos e gasosos.

2) Classificação

2.1) Sólidos

São formados de C, H2, O2, S, H2O e cinzas, sendo combustíveis somente o C, O2, H2 e o S.
Entre os combustíveis sólidos, temos os minerais como lenha, serragem, bagaço de cana, etc.

Os combustíveis sólidos para serem usados devem estar sob forma de pó muito fino, ele é pulverizado com o ar durante a alimentação do cilindro.

O grande problema que apresentam os combustíveis sólidos, é a inaceitável erosão provocada nos pistões, válvulas, cilindros, etc. Isto acontece porque os produtos da combustão contêm partes muito duras, que ao depositarem nestes órgãos, causam estes inconvenientes.

2.2) Líquido

Também podem ser minerais ou não minerais. Os minerais são obtidos pela refinação do petróleo, destilação do xisto betuminoso ou hidrogenação do carvão. Os mais usados são a gasolina, o óleo diesel e o óleo combustível.

Estes combustíveis são formados de hidrocarbonetos, sendo o óleo diesel C8H17 e a gasolina C8H18. Os combustíveis líquidos não minerais são os álcoois e os óleos vegetais. Entre os álcoois, temos o álcool metílico e o etílico, enquanto que os óleos vegetais são formados de C, H2, O2 e N2.

2.3) Gasoso

Além de terem um baixo custo, porque geralmente são gases obtidos como subprodutos, são combustíveis que formam com o ar uma mistura mais homogênea. Esta característica, contribui para uma melhor distribuição nos cilindros, aumentando o rendimento do motor. Aumenta também a facilidade da partida a frio do motor.

Os combustíveis gasosos, segundo o seu processo de fabricação podem ser: Þ Gás natural - é encontrado em locais arenosos que contêm petróleo em várias profundidades do subsolo.

Os principais gases naturais são:

Metano Ch2
Etano C2H6
Dióxido de carbono CO2
Nitrogênio N2

Os gases naturais obtidos através da refinaria de petróleo são:

Propano
Butano

Gás do gasogênio - estes gases são obtidos através da combustão do carbono. O emprego dos gases do gasogênio na automobilística, foi muito usado no tempo da guerra, devido a inexistência de outros combustíveis. Hoje em dia não é muito utilizado, por apresentarem os seguintes inconvenientes:

Alta percentagem de poluição
Baixo poder calorífico
Para serem produzidos, são necessários equipamentos de grande porte.

Gás do subproduto - pode ser obtido pelos seguintes processos:

Processo destinado a produzir coque. A parte volátil do carbono é liberada com o aquecimento dos hidrocarbonetos mais pesados, obtendo assim um gás em H2 e Ch2.
Processo de produção de aço, onde se tem a formação essencialmente do CO e N2.

3) Combustível Líquido

Os combustíveis líquidos empregados nos motores são constituídos de:

Hidrocarboneto
Benzol ou
À lcoois

Hidrocarbonetos são agrupados em quatro classes:

Parafinas
Olefinas
Aromáticos
Naftenos

Família Parafínica

A séries parafinica dos hidrocarbonetos começa com o Ch2 (metano) e os termos sucessivos têm um átomo a mais de carbono ligados a dois átomos de hidrogênio e recebem os seguintes nomes de acordo com o número de carbono:

1 carbono - METANO

2 carbonos - ETANO

3 carbonos - PROPANO

4 carbonos - BUTANO

5 carbonos - PENTANO

6 carbonos - HEXANO

7 carbonos - HEPTANO

8 carbonos - OCTANO

9 carbonos - NONANO

10 carbonos - DECANO

Família das Olefinas

A série das olefinas tem a cadeia aberta como a série parafínica, mas têm uma dupla ligação entre os átomos de carbono. Esta família é caracterizada pela terminação “ENO” e tem a fórmula geral CnH2n.

As olefinas podem unir-se com facilidade com o hidrogênio, formando a parafina, ou também pode se unir com o oxigênio, que neste caso formará resíduos indesejáveis comumente chamados de borras.

Família dos Aromáticos

Possuem a fórmula geral CnH2n-6 para a série benzênica e C2H2(n-6) para a série dos naftalênicos.

Família dos Naftenos

A fórmula geral é, evidentemente, CnH2n. É uma família de compostos saturados com estruturas sólidas. Cada átomo de carbono é ligado a outros dois átomos de carbono, formando assim uma estrutura em anel.

Cada carbono tem dois outros elementos ligados a este, que podem ser o hidrogênio, outro carbono ou ambos. Os compostos são denominados, adicionando o prefixo “CICLO” ao nome da parafina correspondente.

Benzol

O benzol é obtido da destilação dos catrames de carbono. Devido a sua alta octonagem (NO = 120) e alto poder calorífico (10000 kcal/kg), é muito indicado para ser usado nos motores à combustão interna.

A sua principal desvantagem é o alto ponto de solidificação (5ºC), que limita o seu emprego, principalmente em países frios. Este inconveniente pode ser minimizado adicionando ao benzol alguns produtos químicos, como por exemplo, a gasolina.

Outro inconveniente é a dificuldade de se evaporar, portanto para que haja uma formação homogênea da mistura ar mais combustível, é necessário que esta sofra um preaquecimento.

Divisão dos combustíveis líquidos segundo a sua volatilidade

Os combustíveis se dividem em:

Carburantes
Óleo combustíveis

Carburantes

Possuem elevada volatilidade e são usados nos motores à ignição por centelha. Os principais combustíveis que pertencem à classe dos carburantes são:

Gasolina
Benzol
Àlcool

Óleos combustíveis se dividem em:

Óleos combustíveis leves
Óleos combustíveis pesados

Os primeiros chamam-se óleo diesel e são empregados em motores de combustão por compressão de médias e altas rotações, enquanto que os segundos são os óleos APF (alto ponto de fluidez) e BPF (baixo ponto de fluidez), utilizados em motores de grande porte e de baixa rotação.

A diferença que existe entre os óleos combustíveis pesados e leves é sobretudo sua viscosidade, sendo a do óleo menor do que a do pesado. Em linhas gerais, a características principal de um óleo combustível é o “retardo de ignição”, e, quando menor for, melhor será o óleo combustível.

Retardo de ignição é o tempo decorrido entre o início do combustível na câmara de combustão e o início da ignição do óleo de combustível.

Álcool

Podem ser obtidos de produtos agrícolas ou da oxidação parcial do petróleo. Eles são compostos orgânicos que podem considerar-se divididos de um hidrocarboneto, saturado ou insaturado, mediante substituição de um ou mais átomos de hidrogênio com uma mais oxidrilas OH, quando os álcoois contém um ou mais oxidrilas, distinguem-se em monovalentes, bivalentes, etc.

4) Propriedade dos combustíveis

Volatibilidade

Pode ser definida como a porcentagem de um combustível a uma data temperatura, quando a pressão atuante for de uma atmosfera.

Um combustível é tanto mais volátil quanto:

Menor for a pressão interna
Maior for a temperatura externa
Para um bom funcionamento de um motor, a volabilidade de um combustível não deve ser nem
Muito elevada e nem muito baixa.

Se for muito elevada:

1. Haverá perdas no reservatório do carburador pelo tubo de equilíbrio
2. Formarão bolhas de vapor no circuito de alimentação, principalmente durante o verão
3. Formarão gelo no carburador durante o inverno, impedindo o funcionamento do motor

Se for muito baixa teremos:

1. Dificuldade na partida do motor
2. Alimentação não uniforme nos cilindros
3. Diminuição da aceleração
4. Maior tempo para que o motor atinja a temperatura ideal de funcionamento
5. Diluição do óleo lubrificante, porque os combustíveis menos voláteis não são capazes de serem
queimados na combustão
6. Maior formação de carvão nas câmaras de combustão e no céu do pistão

Poder Calorífico

Defina-se como a quantidade de energia interna contida no combustível, sendo que quanto mais alto for o poder calorífico, maior será energia contida.

Um combustível é constituído sobretudo de hidrogênio e carbono, tento o hidrogênio o poder calorífico de 28700Kcal/kg enquanto que o carbono é de 8140Kcal/kg, por isso, quanto mais rico em hidrogênio for o combustível maior será o seu poder calorífico.

Há dois tipos de poder calorífico:

Poder calorífico superior
Poder calorífico inferior

Poder Calorífico Superior

É a quantidade de calor produzido por 1kg de combustível, quando este entra em combustão, em excesso de ar, e os gases da descarga são resfriados de modo que o vapor de água neles seja condensado.

Poder Calorífico Inferior

É a quantidade de calor que pode produzir 1kg de combustível, quando este entra em combustão com excesso de ar e gases de descarga são resfriados até o ponto de ebulição da água, evitando assim que a água contida na combustão seja condensada.

Como a temperatura dos gases de combustão é muito elevada nos motores endotérmicos, a água contida neles se encontra sempre no estado de vapor, portanto, o que deve ser considerado é o poder calorífico inferior e não o superior.

Fórmulas para determinar o poder calorifico inferior.

Para a gasolina: Para o benzol:
PCI = PCS - 780 Kcal/Kg PCI = PCS - 415
   
Para álcool etílico: Para o óleo diesel:
PCI = PCS - 700 PCI =PCS - 730
   
Para álcool metílico:  
PCI = PCS - 675  

PCI = PODER CALORIFICO INFERIOR
PCS = PODER CALORIFICO SUPERIOR

Calor Latente

A demora ou rapidez com o qual os corpos se fundem ou liquefazem, tem sua explicação no calor latente, que e a quantidade de calor absorvido pelos corpos na sua mudança de estado, sem que haja aumento aparentemente de temperatura.

O calor latente necessário à fusão ou liquefação varia com sua natureza.

Na passagem do estado líquido ao gasoso, o líquido não muda de temperatura enquanto dura sua transformação, e todo calor empregado é absorvido para produzir mudança de estado.

Peso Específico

É a relação entre o peso de uma substância e o de um volume igual de água destilada, a uma temperatura de 4ºC.

É o peso de uma substância por unidade de volume, densidade. Comercialmente, é usado para diferenciar os diversos tipos de combustíveis e permite calcular ainda o volume, peso e consequentemente, a tonalidade térmica que é expressa em kilocalorias por litro

PCI = PODER CALORIFICO INFERIOR

PCS = PODER CALORIFICO SUPERIOR de mistura (cal/L)

Para o peso específico dos carburantes, os limites máximos geralmente admitidos são 0,705 a 0,770kg/dm3. O peso específico da gasolina oscila entre 0,840 e 0,890kg/dm3.

Viscosidade

A viscosidade se explica pela força de coesão das moléculas do fluido. Ao se tentar deslocar uma camada de água sobre outra, por exemplo, é necessário vencer a força de resistência provocada pela atração entre as moléculas das duas camadas.

Para os óleos lubrificantes há uma escala arbitrária estabelecida pela Society of Automotive Engineers, os graus SAE, que são expressos por dezenas inteiras, sendo o óleo mais fino ou menos viscoso de grau igual a 10.

5) Gasolina

É o carburante mais utilizado atualmente nos motores endotérmicos, sendo uma mistura de hidrocarbonetos obtidos do petróleo bruto, por intermédio de vários processos como o “cracking”, destilação e outros.

É um líquido volátil e inflamável. No Brasil, atualmente encontram-se no comércio vários tipos de gasolina que são:

Gasolina do tipo A ( 73 octanas - gasolina amarela )
Gasolina do tipo B ( 82 octanas - gasolina azul)
Gasolina do tipo C ( 76 octanas - gasolina + álcool )
Gasolina verde - cujo NO = 110 - 130

Esta última é somente utilizada na aeronáutica. A gasolina empregada nos motores endotérmicos, deve possuir os seguintes requisitos:

Volatilidade média
Ausência de impurezas
Alto poder calorífico
Alta resistência à detonação

Índice de Octano (autodetonância)

O combustível é classificado segundo seu poder antidetonante, em número de octanagem (NO). Quanto maior for o “NO”, mais antidetonante será o combustível e, por conseguinte maior será a sua capacidade de suporte as altas compressões sem sofrer a detonação.

O número de octano de um combustível represente o percentual de isoctano (C8H18) e de heptanio (C7H16) contidos nele.

Aditivos Utilizados

Em alguns casos, o NO de um combustível pode ser aumentado, adicionando-se uma pequena quantidade de aditivos de grande poder antidetonante.

Os aditivos geralmente são:

Chumbo tretametila Pb (C2H5) e
Chumbo tretaetila Pb (CH3)4
Entre os dois aditivos, o mais eficaz é o chumbo tretaetila.

A adição destes aditivos ao combustível causa os seguintes inconvenientes:

Produz formação de depósitos de óxido de chumbo, ocasionando corrosão nas paredes dos cilindros
São tóxicos
Não podem ser utilizados nos combustíveis empregados para alimentar motores com catalisadores no tubo de descarga.

A percentagem adicionada destes aditivos no combustível, com a finalidade de aumentar o número de octanas, varia na ordem de 0,08 cm3/litro a 0,9 cm3/litro.

Na figura abaixo é representado a curva da variação do NO da gasolina em função da adição do chumbo tetraetila.

Curva Variação Gasolina

A figura abaixo representa curvas do ISO-OCTANO e HEPTANO em função do teor de chumbo adicionado.

Curva Variação Gasolina

6) Óleo Diesel

Índice de Cetano

O número de cetano de um óleo combustível corresponde ao percentual volumétrico de cetano e alfametilnaftaleno contido neste óleo.

Quando maior for o número de cetano, menor será o retardo de ignição o por conseguinte melhor será sua capacidade de incendiar-se.

Um óleo diesel comumente empregado em motores térmicos tem o número de cetano compreendido entre 40 e 60. Os melhores óleos diesel são encontrados nas frações perto do querosene.

Aditivos usados para melhor o “NC”

Os aditivos mais usados para melhorar o NC de um combustível são:

Tionitrito de amila
T ionitrito de butila
Tiontrito de etila
Nitrito de amila
Peróxido de acetila
Nitrato de amila
Nitrato de etila

Dependendo da constituição do óleo combustível, pode-se elevar até 13 pontos o “NC”.
No quadro são apresentadas as características de um óleo combustível leve e pesado:

Característica
Leve
Pesado
Número de cetano
50 - 60
30 - 45
Àgua
zero
0 - 0,50
Ponto de anilina ºC
65
54
Ponto de cogelamento ºC
-34
-18
Viscosidade centistoke a 37,7ºC
1,8
4,2
Ponto de inflamabilidade
57,5
85
Ponto de ebulição
174
198
Grau api
42
28

Bibliografia:

FILHO, Paulo Penido - O álcool combustível, Obtenção e aplicação nos motores
TAYLOR, Charles S. - Análise dos motores de combustão interna Vol. II
SANCHES, José Gonzalez - Vallés - Motor Endotermico. Barcelona (Espanha), Editorial científico - Médica, 1970
Enciclopédia Britânica do Brasil - vol. V, VIII, XV

Fonte: fisgall.com

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