15 itens que descrevem nossas principais atividades e áreas de atuação.

Os 13 maiores clientes que compõem nossa agenda de trabalho.

Os programas dos 3 cursos mais solicitados e informações sobre treinamento e seminários.

Diversos artigos publicados em revistas e websites

Escolha a melhor maneira de nos contatar.

Endereços recomendados.

Go to english version!

Gases Combustíveis

Os principais gases combustíveis comercializados no Brasil são os gases liqüefeitos do petróleo e o gás natural. Existe ainda o gás manufaturado reformado, com área de atuação restrita à cidade do Rio de Janeiro, e outros gases combustíveis com aplicações específicas como o gás de refinaria, o gás de coqueria, o gás de alto forno, o acetileno, o hidrogênio, o gás de decomposição anaeróbica e os gases oriundos da gaseificação da madeira, do carvão vegetal e do carvão mineral.

Composição

Os gases liqüefeitos do petróleo são comercializados sob diversas denominações, de acordo com suas composições:

1. GLP propriamente dito, distribuído em larga escala, é composto por uma mistura de hidrocarbonetos parafínicos (propano, n-butano e iso-butano) e olefínicos (propeno, n-buteno e iso-buteno), nas mais variadas proporções. Pode ocorrer também a presença de traços de etano, eteno, iso-pentano e butadieno-1,3.

2. Propano especial, de distribuição restrita, composto basicamente por propano (mínimo 90 %), propeno (máximo 5 %), butanos e butenos, também com a presença de traços dos hidrocarbonetos mais próximos, como no GLP.

3. Propano comercial, cuja composição apresenta preferencialmente propano e ou propeno.

4. Butano comercial, destinado a aplicações especiais como em aerossóis e isqueiros a gás. Sua composição contém predominantemente butanos e ou butenos, de forma que sua pressão de vapor não ultrapasse 5 kgf/cm² a 37,8ºC.

5. Propileno (ou propeno) grau químico (95%) ou grau polímero (99,8%) que, além de sua utilização como matéria prima, é também usado em pequena escala como gás para oxi-corte e aplicações afins.

O gás natural distribuído para consumo, após seu processamento nas UPGNs, é uma mistura composta basicamente por metano (cerca de 90 %), etano (de 5 a 8 %), propano e traços de hidrocarbonetos mais pesados. Além disso, apresenta gases inertes como nitrogênio, gás carbônico e, às vezes, hélio. A composição do gás natural também apresenta algumas variações, de acordo com a sua origem e o seu processamento.

TABELA 1. Composição Volumétrica dos Gases Naturais (%)

Poder Calorífico

O poder calorífico é a característica que mais desperta a atenção em um gás combustível, podendo ser expresso tomando-se por base uma massa unitária (kg) ou um volume unitário (m³). No caso da base ser volumétrica, é necessário referir-se às condições de temperatura e de pressão: Nm³, normal metro cúbico, a 760 mm Hg (1 atm abs) e 0ºC; Sm³ ou m³, metro cúbico standard, a 760 mm Hg e 15,6ºC (existem também referências a temperaturas de 20ºC, 21,1ºC ou 25ºC). No Brasil costuma-se exprimir o poder calorífico de um gás em kcal/Nm³, kcal/m³ ou kcal/kg, muito embora o correto fosse usar unidades do sistema internacional (kJ/Nm³).

O poder calorífico superior (PCS) de um gás combustível é o calor total obtido da queima de uma determinada quantidade unitária do gás com a correspondente quantidade de ar estequiométrico, ambos a 15,6ºC (60ºF) antes da queima, calor esse liberado até que os produtos da combustão sejam resfriados a 15,6ºC. Assim, a água gerada pela queima do hidrogênio presente no combustível estará no estado líquido.

O poder calorífico inferior (PCI) de um gás combustível é obtido pelo seguinte cálculo: poder calorífico superior menos o calor latente de vaporização da água formada pela combustão do hidrogênio presente no combustível.

Portanto, um gás combustível que não possua hidrogênio em sua composição, apresenta o mesmo valor para o PCS e o PCI, como por exemplo o monóxido de carbono (ver Tabela 2).

TABELA 2. Poderes Caloríficos dos Gases Combustíveis

Densidade

A densidade de um gás combustível é uma característica importante sob o ponto de vista da segurança, além de participar de muitos cálculos como dimensionamento de tubulações, vazões e fatores de correção.

Os gases com densidades superiores à do ar atmosférico, no caso de vazamento ou drenagem, apresentam a tendência de se acumularem temporariamente em partes baixas, como subsolos e rebaixos no piso ou nas edificações, infiltrando-se ainda em aberturas como bocas de lobo, valetas, poços e galerias subterrâneas.

Já os gases mais leves que o ar, ao serem liberados na atmosfera, tendem a subir e se acumular temporariamente em partes elevadas como abóbadas e ou se infiltrarem em aberturas superiores nas edificações.

O acúmulo de gases combustíveis em ambientes confinados ou mal ventilados pode causar um acidente desde que ocorra uma condição de ignição.

TABELA 3. Densidades dos Gases Combustíveis

Número de Wobbe

O Número de Wobbe, também chamado de Índice de Wobbe, representa o calor fornecido pela queima de gases combustíveis através de um orifício submetido a pressões constantes, a montante e a jusante desse orifício. A pressão do gás a montante do orifício é aquela fornecida ao queimador e a pressão a jusante é a da câmara de combustão, normalmente a pressão atmosférica ou valores próximos dela, positivos ou negativos.

Os Números (ou Índices) de Wobbe são definidos como:

As unidades dos Números de Wobbe são as mesmas unidades que expressam o poder calorífico, já que a densidade relativa ao ar é adimensional. Porém, apesar de possuírem as mesmas unidades, as conceituações físicas do Número de Wobbe e do Poder Calorífico são diferentes.

TABELA 4. Números de Wobbe dos Gases Combustíveis

O Número de Wobbe tem diversas aplicações como cálculo de injetores de gases combustíveis para queimadores e cálculo de misturas de ar propanado para substituição de gás natural.

Temperatura Adiabática de Chama

A temperatura adiabática de chama é aquela que seria atingida na condição hipotética onde a combustão ocorreria em um sistema termicamente isolado, sendo todo o calor liberado pela queima utilizado no aquecimento dos produtos da combustão. Na realidade, as temperaturas efetivas da chama são inferiores às respectivas temperaturas adiabáticas pois, a partir do momento em que a chama se estabelece, inicia-se um processo de troca de calor da chama com o meio onde ela se propaga, fazendo com que apenas parte do calor liberado seja utilizado para o aquecimento dos produtos da combustão.

A Tabela 5 fornece a temperatura adiabática de chama de alguns gases combustíveis, assumindo a hipótese de que o combustível e o comburente estejam na temperatura ambiente de 20ºC.

TABELA 5. Temperaturas Adiabáticas de Chama, em ºC

Temperatura Mínima de Auto-Ignição

A temperatura mínima de auto-ignição é uma temperatura limite, a partir da qual uma mistura de um gás combustível e um comburente se inflamam espontaneamente, quer dizer, sem a presença de uma chama piloto ou centelha.

TABELA 6. Temperaturas Mínimas de Auto-Ignição na Pressão Atmosférica, em ºC

Essa temperatura é muito importante para o estabelecimento das condições de proteção contra a falta de chama no interior de câmaras de combustão. As normas da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas – estabelecem a temperatura de 750ºC nas superfícies internas da câmara de trabalho como fronteira entre os processos de baixa e alta temperatura. Nos processos acima de 750ºC, estando garantida a auto-ignição da mistura ar-gás com alguma margem de segurança, as exigências aos sistemas de proteção contra falta de chama são menos intensas.

Campo de Inflamabilidade

O campo de inflamabilidade define a faixa de proporções onde uma mistura gás-comburente se inflamará quando submetida a uma condição de ignição. O campo de inflamabilidade também é chamado de campo de explosividade. A ocorrência de uma inflamação ou de uma explosão dependerá do grau de confinamento da mistura inflamável e sua capacidade de aliviar a expansão dos gases gerada pela combustão.

A Tabela 7 indica a percentagem do combustível na mistura, em base volumétrica, estando ambos na temperatura de 20ºC e na pressão atmosférica.

TABELA 7. Campos de Inflamabilidade

(*)Valores apresentam divergência em diferentes literaturas.

Abaixo do limite inferior de inflamabilidade a mistura é chamada pobre (em combustível) e não se inflama. Acima do limite superior de inflamabilidade a mistura é chamada rica e, também, não se inflama.

Velocidades de Chama

A determinação da velocidade de chama de uma mistura gás-comburente, também chamada de velocidade de ignição, é um processo experimental e os valores encontrados dependem das condições do teste e dos métodos de medição.

Portanto, os valores indicados na Tabela 8 podem apresentar divergências, de acordo com a literatura consultada.

TABELA 8. Velocidades de Chama

A Tabela 8 mostra que os gases combustíveis podem ser divididos em dois grupos: gases de baixa velocidade (como o GLP e o gás natural) e gases de alta velocidade (como o acetileno e o hidrogênio). Também podemos constatar que as velocidades de chama aumentam significativamente na queima com oxigênio puro.

A velocidade de chama é uma característica muito importante para o projeto dos bocais dos queimadores. Enquanto as velocidades de saída das misturas ar-gás ou oxigênio-gás nos bocais tendem a expulsar a chama para fora do queimador, a velocidade da chama se desloca no sentido contrário, dirigindo-se ao bocal do queimador. Enquanto houver equilíbrio entre estas velocidades, a chama se manterá estável, definindo assim a faixa de potências de cada queimador.

O projeto dos bocais dos queimadores inclui dispositivos para manter a chama estável em uma ampla faixa de potências e respectivas velocidades de saída das misturas ar-gás e oxigênio-gás.

Combustão

A queima dos gases combustíveis pode ser feita com ar atmosférico ou com oxigênio puro. A constituição aproximada do ar atmosférico é a seguinte:

1. Em volume, 20,8% O₂ e 79,2% N₂

2. Em massa, 23% O₂ e 77% N₂

As principais reações da combustão estequiométrica são as seguintes:

TABELA 9. Combustão Estequiométrica dos Gases com Ar Atmosférico

TABELA 10. Combustão Estequiométrica dos Gases com Oxigênio Puro

Os valores indicados pelas Tabelas 9 e 10 referem-se à combustão estequiométrica. Na prática, os valores podem ser diferentes dos indicados nas tabelas, de acordo com os objetivos das aplicações dos gases combustíveis.

Principais Tipos de Chama

Chama Fuliginosa

Normalmente utilizada para depositar fuligem em uma superfície, com as finalidades de desmoldagem ou lubrificação.

O gás queima sem ar de pré-mistura, apenas arrastando o ar ambiente ao redor da chama, ou então com uma pré-mistura em proporções mínimas com ar ou com oxigênio.

Chama Redutora

É a chama que tem por objetivo a combustão incompleta do gás, com a presença de monóxido de carbono (preferencialmente) e/ou hidrogênio nos produtos da combustão, gerando uma atmosfera protetora contra a oxidação.

Este tipo de combustão é também chamado de combustão sub-estequiométrica, pois a proporção de comburente é inferior aos valores indicados nas Tabelas 9 e 10.

Chama Ligeiramente Oxidante

É uma chama praticamente neutra, onde o teor de oxigênio nos produtos da combustão é baixo, da ordem de 1 a 2%, para garantir a queima total do gás (embora sempre exista a presença de traços de CO, da ordem de ppm). Para atingir este objetivo, o excesso de ar de combustão deve ser da ordem de 5 a 10% acima das proporções estequiométricas indicadas na Tabela 9.

Sob o ponto de vista de economia de combustível, esta é a forma mais eficaz de se queimar um gás com a finalidade de geração de calor.

Chama Oxidante

Algumas aplicações exigem uma atmosfera oxidante, como no caso de incineração e outras aplicações onde se necessite garantir a queima do material a incinerar ou a não-redução de óxidos metálicos.

As chamas oxidantes exigem o fornecimento de ar ou oxigênio em proporções superiores aos valores indicados nas Tabelas 9 e 10. Por exemplo, para se obter uma atmosfera com 7% de oxigênio, gerada por produtos da combustão, é necessário praticar um excesso de ar de combustão da ordem de 50% acima dos valores indicados na Tabela 9.

Geração de Ar Quente

Esta aplicação resume-se em queimar um gás combustível e diluir a temperatura dos produtos da combustão com uma grande quantidade de ar, a fim de se produzir ar quente, geralmente para processos de secagem. Deve-se tomar o cuidado para efetuar esta diluição após a queima total do combustível, evitando-se o "congelamento" da chama, ou seja, a paralisação da reação de combustão por baixa temperatura. Este fenômeno da extinção da chama introduziria produtos da combustão incompleta no ar quente, além de aumentar desnecessariamente o consumo do gás.

Vantagens do Uso de Gases Combustíveis

1. Permitir o contato direto dos produtos da combustão do gás com a carga a aquecer, o que, com combustíveis líquidos, só seria possível através de tubos radiantes ou muflas. A grande vantagem é a redução do consumo de energia obtida com o uso de um gás combustível, sem tubos radiantes nem muflas.

2. Conformação das mais diversas formas de chama, adequando-as com precisão aos processos e aumentando a eficiência da transmissão de calor.

3. Facilidade de ignição, mesmo com a câmara de combustão fria.

4. Possibilitar regulagens finas nas temperaturas de processos.

5. Reduzir o custo de manutenção das tubulações de distribuição e seus acessórios, do sistema de controle de potência, bloqueio de segurança, medição, dos queimadores e da instrumentação.

6. Dispensar os sistemas de aquecimento e bombeio de óleos combustíveis pesados.

7. Praticar baixo nível de excesso de ar de combustão, otimizando o uso da energia e reduzindo a formação de óxidos de nitrogênio (NOx).

8. Não contaminar o meio ambiente e prejudicar o desempenho e a vida útil dos equipamentos com fuligem, óxidos de enxofre, vanádio, sódio, aldeídos, chumbo etc., como ocorre com combustíveis líquidos.

9. Gerar menos gás carbônico por caloria queimada, contribuindo de uma forma menos acentuada para o efeito estufa.

> Volta ao topo <