A combustão é definida por ser uma reação química entre um combustível e um comburente (geralmente O2), ganhando calor, além de subprodutos.

Nesse processo, podemos ter reação completa e incompleta,essa variação dependerá da quantidade de oxigênio disponível no processo de combustão.

Neste conteúdo, iremos falar mais sobre as reações de combustão industrial, suas principais diferenças e as estratégias para tornar o processo de combustão mais eficiente. Confira!

Reação de Combustão

O objetivo em qualquer processo de combustão é a conversão completa do combustível em energia, ao conseguir isso aumentamos a eficiência do equipamento térmico. (ex.: caldeiras, fornos, motores, etc).

Para iniciarmos uma combustão são necessários a presença de três elementos (Combustível x Comburente x Fonte de Ignição), sendo que a ausência de um deles leva a extinção da combustão (fundamentalno combate à incêndios).

A) Combustível

• Sólidos (carvão, madeira, papel e variados tipos de biomassa);
• Líquidos (gasolina, etanol, óleo combustível e diesel);
• Gasosos (GLP, Gás Natural, Gás de Processo e Hidrogênio).

B) Comburente (qualquer material gasoso que contenha oxigênio, caso do ar)

• Ar atmosférico (21%O2 + 79%N2);
• Oxigênio puro (100%O2), em aplicações específicas.

C) Fonte de Ignição

• Centelhamento (Faísca)
• Temperatura de autoignição

Abaixo a sequência natural das reações na combustão:

1º –Hidrogênio (H2): Por ser o mais reativo, praticamente todo combustível irá reagir com o oxigênio e se converter em vapor d’água (H2O).

2º– Carbono (C): O segundo a participar desta reação, onde se originará o CO, e raramente o C (carbono puro), que resultaria em partículas e fumaça preta (indesejável) nos gases da chaminé;

3º–Monóxido de Carbono (CO): o terceiro a se formar na reação de combustão, formando o CO2 (Dióxido de Carbono) após a reação com um átomo de oxigênio, concluindo a cadeia das reações deste componente.

4º–Enxofre (S):quando presente no combustível (H2S), é o último a participar da reação de combustão.

Assim quanto menor for a molécula (ou o átomo), mais rápida será a oxidação do combustível (reação com o oxigênio) e consequentemente a reação de combustão. (por esta razão o H2 é o primeiro a reagir).

Em uma situação de combustão incompleta, notamos a presença do monóxido de carbono (CO) no produto da combustão (gases quentes), sendoesta medição normalmente informada em PPM (partes por milhão) ou em mg/Nm³.

O ideal, é que todo monóxido de carbono (CO) se converta em dióxido de carbono (CO2) em toda faixa (ou range) operacional, mas nem sempre é possível.

Abaixo alguns problemas quepodem favorecer a formação de CO:

• Baixo ou Alto excesso de Ar;
• Má mistura ar/gás (projeto do queimador);
• Desgastes das peças (manutenção);
• Impingimento de chama (distribuição do ar e gases de combustão);
• Temperatura de autoignição (sustentação da chama).

Diferenças entre a combustão completa e incompleta

A quantidade de oxigênio presente durante a queima do combustível, é basicamente a diferença entre a combustãocompleta ou incompleta.

Na combustão completa, o carbono (combustível utilizado) irá reagir totalmente com o oxigênio disponível, liberando dióxido de carbono (gás carbônico – CO₂), além de água (H₂O), gerando chamas azuis e homogêneas.

Já a combustão incompleta, ocorre geralmente pela falta de oxigênio suficiente ocasionando a formação de hidrocarbonetos de CO (Monóxido de carbono) e até de C (Carbono), conhecido como fuligem. Gerando chamas amarelas e heterogêneas, além de uma fumaça preta devido à presença do carbono.

Dessa forma, para que a reação de combustão seja completa deve ocorrer a reação do CO com CO2, ou seja, haverá mesmo que seja transitória, a passagem pela combustão incompleta, pois é quando ocorre a reação do carbono com oxigênio, formando esse CO.

Na reação de combustão incompleta a tendência é o menor aproveitamento do combustível, reduzindo a eficiência do equipamento.

Como conseguir uma reação de combustão otimizada?

A maioria dos sistemas buscam atingir a chamada combustão perfeita, onde ao fim do processo de queima do combustível a quantidade de O2 é zero (sem excesso de ar) o que representa a conversão completa do carbono em CO2. Essa combustão é conhecida como estequiométrica, ou seja, sem excesso de ar e com COe igual a 0 ppm (CO equivalente – soma dos hidrocarbonetos e do CO).

Em condições reais não existe combustão com O2 igual a ZERO ou com CO2 máximo, porque quanto mais a reação se aproxima da estequiometria, maior é a tendência de emissão de COe (Combustão incompleta) e isto significa combustível sem queimar, além de perda de eficiência da combustão.

O ideal é sempre buscar uma reação de combustão que seja a mais otimizada possível, onde há o menor nível de excesso de ar (menor nível de O2) e maior nível de CO2 possível. Mas isso ocorre desde que a combustão incompleta não seja elevada, ou seja, as emissões de CO ou Hidrocarbonetos não estejam acima da permitida pela legislação ambiental, que geralmente é de 500 a 1000 ppm.

É necessário medir e controlar os gases para melhor eficiência de combustão

Para se garantir uma maior eficiência energética é necessário aumentar o controle do processo por intermédio de instrumentos dedicados, tais como, medidores e transmissores, pois com esta implementação ficará mais fácil analisar as variáveis de capacidade, consumo de combustível, quantidade de comburente, temperatura e pressão.

O controle constante é necessário porque o processo de combustão pode ter muitas variações que influenciam na queima, como mudanças atmosféricas, desgastes, variações de energia, deposição de poeira nos rotores dos ventiladores, entre outros.

Ao controlarmos o carbono e o oxigênio do processo, será possível uma redução no consumo de combustível, contribuindo também na redução de emissão de gases prejudiciais ao meio ambiente.

Por fim, a eficiência energética é significativamente influenciada pelo uso de equipamento adequado para a queima de combustível.

Gostou do post? Esse entendimento é essencial para que sua escolha seja mais eficaz e ofereça maior produtividade e qualidade nos processos do seunegócio.

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