Este documento discute combustíveis e fornece informações sobre: 1) Os principais tipos de combustíveis incluindo combustíveis fósseis como gasolina, diesel e gás natural, bem como combustíveis renováveis como etanol, biodiesel e biogás. 2) Os processos de produção de combustíveis como a destilação fracionada do petróleo e a trans-esterificação para produzir biodiesel. 3) Os desafios no uso de combustíveis renováveis incluindo a competição por terras agricultáveis e o alto consumo

1. Processo de
Produção
Química
1º. Sem./2011
Engenharias

2. Tópicos
Combustíveis
Combustão
Combustíveis Renováveis
2

3. Combustíveis
Tópicos
O que é “combustível” ?
Requisitos técnicos
O processo de combustão
Quais os tipos de combustíveis ?
Origem e composição dos principias

4. Combustíveis
O que é ?
O que é
combustível ?
Qualquer substância
que produz energia
utilizável, seja por
queima (ex.: gás,
madeira, ...) seja por
reação nuclear
(fissão, fusão)

5. Combustíveis
O que é ?
combustível fóssil ?
Depósito de
material orgânico
fóssil que é
suficientemente
combustível. Ex.:
Carvão, petróleo,
gás natural, ...

6. Combustíveis
O que é ?
A queima
dos
combustíveis
libera
energia
6

7. Combustíveis
Fósseis
 Qualquer substância que reage quimicamente
com desprendimento de calor
 Na Prática:
 São os materiais carbonáceos, abundantes e
de fácil queima com o ar, gerando grande
desprendimento de calor ....
 .... controlável
7

8. Combustíveis
Reação de Combustão
 Tudo depende da velocidade da reação:
 Reação lenta: corrosão = oxidação de metais
 Reação rápidas: combustão (processo
controlável)
 Reações muito rápidas: explosão (processo
não controlável)
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9. Combustíveis
Requisitos Técnicos
 Fácil uso
 De fácil obtenção
 Baixo custo de produção
 Não formar substâncias tóxicas ou corrosivas
(combustão)
 Segurança no armazenamento e no transporte
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10. Combustíveis
Os tipos
Primários
• Carvões minerais (turfa, linhito, hulha,
Sólidos
antrácito)
• Lenha
Secundários
• Coque, carvão vegetal, coque de
petróleo, resíduos industriais,
combustíveis de foguetes (tiocol,
hidrazina e TNT)

11. Combustíveis
Os tipos

12. Combustíveis
Os tipos

13. Combustíveis
Os tipos
Primários
• Petróleo cru
Líquidos
• Gasolina natural
Secundários
• Gasolina, Querosene, Óleo diesel
• Hidrocarbonetos, Álcoois

14. Combustíveis
Os tipos
Primários
• Gás Natural
Gasosos
Secundários
• Gás de hulha, gás de alto-forno
• Gases do refino do petróleo

15. Combustíveis
Os tipos
Renováveis Não-
renováveis
Não se esgotam Se esgotam
• Bioetanol • Gasolina
• Biodiesel • Diesel
• Hidrogênio • GNV

16. Combustíveis
Líquidos
 Os mais importantes
 Motores combustão interna
 Uso em larga escala na indústria
 Na produção de energia elétrica (termo
elétricas)
 Aquecimento doméstico
 Custo competitivo
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17. Combustíveis
Líquidos - Tipos
 Petróleo e seus derivados
 Derivados do alcatrão de hulha ou linhito
 Destilados dos xistos betuminosos
 Hidrocarboneto sintéticos
 Álcool etílico
 Biocombustíveis (biodiesel, bioetanol, biogás,
biocombustíveis 2ª geração)
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18. Combustíveis
Petróleo e Derivados
Fração Composição
Gás natural metano e etano
Gás liquefeito (GLP) propano e butano (gás de cozinha).
Solventes C5H12 a C7H16
Gasolina C6H14 a C10H22 (*)
Querosene C10H22 a C15H32 (*)
Óleo diesel C15H32 a C25H52 (*)
Óleo combustível C15H32 ..... (a cadeia vai aumentando
Óleo lubrificante de tamanho e vai crescendo a massa
molecular. Passando da fase gasosa
Parafina
para a sólida.)
Asfalto (resíduo final) (*) varia de acordo com a refinaria.
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19. Combustíveis
Gasolina
Obtenção: Pela destilação fracionada do petróleo e pelo
processo de reforma catalítica (Craking)
Principal uso: combustível automotivo
C6 – C10

20. Combustíveis
Querosene
Obtenção: Por destilação fracionada do petróleo
Principal uso: combustível aviação (turbinas de avião a jato)
e em motores a combustão interna de tratores
C10 – C15

21. Combustíveis
Diesel
Obtenção: Por destilação fracionada do petróleo
Uso Principal: Frotas de caminhões, ônibus, navios,
submarinos, tratores, geradores de eletricidade
C15 – C25
Pouco volátil
Pouco inflamável

22. Combustíveis
Gasolina
Perfil cromatográfico da gasolina A
C6 – C10

23. Combustíveis
Gasolina no Brasil
Parâmetros Analíticos da gasolina A

24. Combustíveis
Gasolina no Brasil
No Brasil, é utilizada uma gasolina única no mundo, pois trata-
se de uma mistura de 75% de gasolina e 25% de álcool etílico
(anidro). O teor de álcool na gasolina é especificado pela
Agência Nacional do Petróleo - ANP, e é objeto de lei federal.
Atualmente, estão à disposição dos consumidores
brasileiros três tipos de gasolina:
comum, comum aditivada (BR Supra) e alta
octanagem (premium – IAD=91e podium – IAD=95).

25. Combustíveis
Diesel no Brasil
Tipos de Óleo Diesel usados no Brasil
Interior • Teor máx. de
S 2000 enxofre de 0,2%
Metropolitano • Teor máx. de
S 500 enxofre de 0,05%
Até 2013 esses valores vão baixar !!!

26. Combustíveis
Óleo Combustível
Resíduo asfáltico + Óleo Diesel
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27. Combustíveis
Óleo Combustível
http://www.demec.ufmg.br/disciplinas/ema003/liquidos/oleocomb/oleos.htm 27

28. Combustíveis
Gás Natural
Gás Natural
• encontrado em reservatórios
subterrâneos misturado ou não com o
petróleo
• É uma fonte de energia mais limpa,
que pode ser usada nas indústrias,
substituindo outros combustíveis mais
poluentes, como óleos combustíveis,
lenha e carvão

29. Combustíveis
Gás Natural

30. Combustíveis
Gás Natural
 Excelente combustível, baixo teor de S, baixa
A/C, com queima apresentando baixas
emissões de NOx e particulados;
 PCS ~ 10.000 kcal/m³, e máximo de H2S de 20
mg/m³
 Odorização é feita nas UPGNs com o Butil-
Mercaptan (+/- 8 a 16 mg/m³)
 Também pode ser produzido por digestão
anaeróbia de resíduos (biogás)
30

31. Combustíveis
Gás Natural
Doméstica Industrial Transporte
Aplicações

32. Combustíveis
GLP
 Gás Liquefeito de Petróleo (GLP): é processado nas
refinarias, sendo basicamente propano (40%) e
butano (60%) (C3-C4).
 Ocorre naturalmente no petróleo, em frações de +/-
2%;
 PCS ~ 24.500 kcal/m³ (propano), e ~ 30.000 kcal/m³
(butano)
 Odorização é feita nas refinarias também com o
Butil-Mercaptan
 É liquefeito a temperatura ambiente e relativamente
baixas pressões de trabalho (6 a 12 bar);
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33. Combustíveis Renováveis
Tópicos
Matriz Energética
Combustíveis alternativos
Escolha do combustível

34. Combustíveis Renováveis
Matriz Energética
Baixo
impacto
Fonte
Primária
Energia
Renováveis Não-
Limpa
renováveis
Não se esgotam Se esgotam
• solar • petróleo
• eólica • carvão mineral
• marés ...
• urânio

35. Combustíveis Renováveis
Alternativas
Etanol
Bicombus
Alternativos Biogás
tível
Biodiesel

36. Combustíveis Renováveis
Alternativas
Álcool (Bioetanol)
Situação
Vantagens Desvantagens
Atual
Pode custar Tem maior
No Brasil menos que a poder corrosivo
Álcool que a gasolina,
gasolina, menor poder
hidratado suporta taxas calorífico que a
(combustíve de compressão gasolina (maior
l) e anidro elevadas, consumo),
(adicionado menor emissão emissão de
de gases aldeído,
a gasolina) aumento área
poluentes
plantio

37. Combustíveis Renováveis
Bioetanol
37

38. Combustíveis Renováveis
Bioetanol x Alimentos
38

39. Combustíveis Renováveis
Alternativas
300 Carro a etanol
Litros de água
100 usados para Carro a hidrogênio
viajar 100 km
Carro híbrido
60
Fonte:
Revista Scientific American – Brasil
Edição Especial 2009
(com adaptações) Carro a gasolina
20

40. Combustíveis Renováveis
Alternativas
Biogás
Situação Atual Vantagens Desvantagens
Excrementos de
animais e Substitui O gás é difícel
combustível de ser
resíduos
orgânicos são fóssil, gera armazenado, e
fertilizante, fim a emissão para
fermentados por
bactérias e ecologico para a atmosfera
transformados lixo orgânico, contribui para
tecnologia o agravamento
em mistura
gasosa (queima) barata do efeito estufa
Preço: sem informação

41. Combustíveis Renováveis
Alternativas
Biocombustível
Situação Atual Vantagens Desvantagens
Além de A matéria-prima
A partir de
substituir para produzir esses
produtos
diretamente o combustíveis
agrícolas, como
petróleo, as reduzirá os
sementes é
plantas espaços de terra
possível gerar
absorvem destinados à
etanol e
absorvem o produção de
biodiesel para
CO2 da alimentos. Alto
veículos.
atmosfera consumo de água
Preço: variável (depende do preço do petróleo)

42. Combustíveis Renováveis
Biodiesel
42

43. Combustíveis Renováveis
Biodiesel
43

44. Combustíveis Renováveis
Desafios do Biodiesel
 Processos de produção de biodiesel por
esterificação consolidados e otimizado
 Desenvolvimento de uma gliceroquímica ou
aproveitamento total da glicerina na produção de
biodiesel
 Estabilidade química e sistemas de injeção de
óleo in natura resolvidos
 Desenvolvimento de motores e minimização da
emissões resolvida
 Questões sócio-ambientais no campo
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45. Combustíveis Renováveis
Biodiesel - Processo
“Trans-esterificacão catalítica de triglicerídios”
A substituição - trans(ferência) - de uma base, o álcool glicerol
(glicerina), por outra base, o álcool metanol, na presença de um
catalisador (soda cáustica - NaOH) Transformando uma molécula de
triglicerídio em três moléculas de éster metílico ou metiléster
CH2 O CO C17 H33 CH3OH CH2OH CH3 O CO C17 H33
CH Triglicerídio33 Metanol NaOH CH OH
O CO C17 H + CH3OH +
Glicerina CHMetiléster 17 H33
3 O CO C
(1 molécula) catalisador molécula)
(3 moléculas) (1 (3 moléculas)
CH2 O CO C17 H33 CH3OH CH2OH CH3 O CO C17 H33
Triglicerídio Metanol Glicerina Metiléster
(1 molécula) (3 moléculas) (1 molécula) (3 moléculas)

46. Combustíveis Renováveis
Biocombustíveis 2ª. geração
Gramíneas Algas Microrganismos
- 0,4 ha de - biomassa para - Oleaginosos >
grama  50 mil produzir 20% lipídio
litros etanol bicombustível - microalgas,
- Reduz 94% - Organismos bactérias,
CO2 (gasolina) fotossintéticos leveduras, bolor

47. Combustíveis Renováveis
Alternativas
Hidrogênio
Situação Vantagens Desvantagens
Atual
Difícel
Obtenção:
Elevado ÁGUA
Considerado poder (hidrólise 
o melhor calorífico, alto consumo
combustível emissão zero energia) :
de CO2 PETRÓLEO
(água) (emissão CO2)
– mais
utilizado atual
Preço: variável (depende do preço do petróleo)

48. Combustíveis
Como escolher ?
Como escolher
o melhor
combustível ?

49. Combustíveis
Como escolher ?
O que é “poder calorífico” ?
O que é “poder antidetonante” ?
Saúde, Segurança e Meio Ambiente

50. Combustíveis
Poder calorífico
Combustível PC superior
(Kcal/kg)
Hidrogênio – H2 34.000
O Poder Calorífico é GLP 12.000
a quantidade de calor
produzida na Gasolina 11.200
combustão de uma Querosene 11.100
unidade de massa ou Óleo Diesel 10.880
volume de Óleo Combustível Pesado 10.410
combustível
Carvão mineral 6.800
Álcool etílico 6.500
Lenha (20% umidade) 2.500 – 3.000
Gás natural 4.300

51. Combustíveis
Poder calorífico
Poder Calorífico Superior : É a quantidade de calor
produzida por 1 kg 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 : Idem ..., e gases de
descarga são resfriados até o ponto de ebulição
da água, evitando assim que a água contida na
combustão seja condensada.

52. Combustíveis
Poder antidetonante
Na termodinâmica demonstra que o rendimento térmico e a
eficiência mecânica de um motor são diretamente proporcionais à
sua relação de compressão
triptano
Relação de
compressão: é a
relação entre os
1960 volumes máximos e
mínimos que o gás
1948
carburado ocupa no
1928 cilindro do motor (C/R)

53. Combustíveis
Gasolina - Octanagem
Octanagem é a denominação dada à capacidade que um
combustível tem de resistir à compressão, sem entrar em processo
de detonação (queima espontânea da mistura).
gasolina de baixa octanagem gasolina de alta octanagem
(não resiste à compressão) (resiste à compressão) sofre
sofre combustão prematura, combustão diante de uma faísca
pela simples compressão. produzida pela vela do motor.

54. Combustíveis
Gasolina - Octanagem
heptano (valor 0) isoctano (valor 100)
Menor resistência á Maior resistência á
combustão por combustão por
compressão compressão
índice de octanagem

55. Combustíveis
Gasolina - Octanagem
O índice de octanagem da gasolina brasileira é 86, ou seja,
comporta-se como uma mistura contendo 86% de isoctano e 14%
de heptano.
Isoctano:
2,2,4-trimetilpentano:
C8H18

56. Combustíveis
Diesel – no de cetano
C16H36
Cetano ou n-
Alfa metilnaftaleno
hexadecano (valor 100)
(valor 0)
máxima qualidade da
combustão muito rápida
combustão
Número de cetano

57. Combustíveis
Diesel – no de cetano
Valor desejável: NC  40 a 60
• Perda de potência
NC < 40
• Gera fuligem
NC > 60
• Perda de
desempenho

58. Combustíveis
Diesel - Aditivos
Aumentando o número de cetano - NC
 tionitrito de amila, tionitrito 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”.

59. Combustíveis
Diesel - Motor
Como funciona o motor Diesel ?

60. Combustíveis
Segurança

61. Combustíveis
Segurança
Ponto de Combustão (Fire
Ponto de Ignição (Ignition
Ponto dea temperatura
Point): É Fulgor (Flash
Point): É a temperatura
Point): Éemtemperatura
mínima a que uma
mínima em libertauma
mínima em que
substância que uma vapores
substância liberta vapores
substância liberta quantidade
combustíveis em vapores
combustíveis que, em
combustíveis em quantidade
e rapidez suficiente para
suficientecom arar, e sem ao
mistura parao
formar com o formar com
e, na
presença de uma fonte de
ar e, na presença de uma
presença de uma fonte de
fonte de umainflamam.mistura
ignição, se
ignição, ignição, uma
mistura
inflamável, que se extingue
inflamável, continuando a
logo combustão mesmo
sua que esta seja retirada,
por insuficiência deavapores.
depois de retirada fonte de
ignição

62. Combustíveis
Segurança
Combustível Pt Fulgor Pt Pt
Combustão Ignição
Gasolina - 40º C - 20º C 277º C
Óleo Diesel 66º C 93º C 230º C
Gás óleo 90º C 104º C 330º C
Álcool 13º C ---- 370º C
Madeira 204º C ---- 232º C

63. Combustíveis
Meio Ambiente

64. Onde Estudar a Aula de Hoje
Livro
• Química Tecnológica – Cengage
Learning
Apostila – UFSC
• Combustão e Combustíveis
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65. Contato
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