Proposta para Curso de Combustão Industrial
Clayton Fernandes
[email protected]
11 8951 2100
Título do Curso
Combustão Industrial e suas Emissões Atmosféricas
Objetivo
Transferir conceitos fundamentais da combustão industrial e formação de poluentes
desta operação, para profissionais de formação média ou superior envolvidos em
atividades de projeto, desenvolvimento, operação, gerenciamento ou análise de
equipamentos de combustão industrial.
Ao final do curso o aluno estará capacitado a:
·
Definir os dados necessários para calcular os parâmetros da combustão
industrial.
·
Calcular os teores do gás de combustão, sua temperatura, entalpia e potência.
·
Calcular o excesso de Ar em função do Teor de O2 (ou CO2) e vice versa.
·
Criar um combustível gasoso (mistura de hidrocarbonetos tal como Gás
Natural) e calcular suas propriedades
·
Manipular misturas de combustíveis (por exemplo, para queimadores duais
queimando óleo e Gás Natural).
·
Utilizar os principais conceitos definidos pela EPA (gases de estufa,
destruição da camada de ozônio, chuva ácida, etc.).
·
Calcular as Taxas de Emissões Atmosféricas dos principais poluentes da
combustão industrial:
§
Via estequiometria da combustão
Dióxido de Carbono – CO2
Dióxido de Enxofre – SO2
§
Via fatores de emissão – AP42
Carbon monoxide – CO
Methane – CH4
Nitrogen oxides – NOx
Nitrous oxide – N2O
PM, condensable
PM, filterable
PM, primary
PM10, filterable
PM10, primary
PM2.5, filterable
PM2.5, primary
Total non-methane organic compounds (TNMOC)
Total organic compounds (TOC)
Volatile organic compounds (VOC)
·
Calcular as Taxas de Emissões Atmosféricas em diversas unidades e bases:
o Mássica (ton/mês; kg/h; lb/h; etc.)
o Taxa (g/Gcal; lb/BTU; kg/GJ; etc)
o Volumétrica (mg/m3; mg/L; kg/m3; lb/ft3; etc)
Material Didático
O curso será baseado no software ACombE. Todos os exemplos e exercícios serão
feitos utilizando-se este software.
O software ACombE calcula todos os parâmetros da combustão a partir das
propriedades do combustível (líquidos, sólidos ou misturas gasosas). Também calcula,
através dos fatores de emissão da AP-42, as emissões dos principais poluentes desta
operação.
Cada aluno receberá uma licença anual do software AComb E.
No total são 36 exemplos de uso do ACombE e 52 exercícios que os alunos
deverão realizar no decorrer do curso.
Além do ACombE os alunos receberão apostila em formato pdf (Adobe) referente à
apresentação (230 slides).
Recomenda-se que os alunos imprimam a apostila com dois slides por página à
esquerda, ficando a folha da direita em branco para os exercícios e as anotações.
Ementa
1. Massa e Mol
7. Gases de Combustão
2. Teor Mássico e Molar
8. Hidrocarbonetos
3. Átomos e Moléculas
9. Combustível com Cinzas
4. Equações Químicas
10. Combustível Não Convertido
5. Estequiometria da Combustão
11. Balanço de Massa
6. Excesso de Ar
12. Correção dos Teores
13. Energia
23. Emissões Atmosféricas
14. Calor
24. Formação da Atmosfera
15. Entalpia
25. Gases de Estufa
16. Poder Calorífico Superior e
Inferior
26. Chuva Ácida
17. Balanço de Energia
28. EPA - FIRE
18. Turbina a Gás
29. Poluentes Regulados
19. Misturas
20. Propriedades do Vapor
30. Controles para minimizar
Emissões
21. Unidades
31. Cálculo dos Fatores de Emissão
22. Caldeira Biomassa
32. Inventário das Emissões
27. Camada de Ozônio
Carga Horária
16 horas divididas em 4 períodos de 4 horas, podendo ser dois dias ou 4 noites.
Custo
O Custo do Curso é de R$ 850,00 por aluno para um mínimo de cinco alunos (ou
mínimo de R$ 4.250,00). Acima de cinco alunos será cobrado o mesmo valor de
R$ 850,00 por aluno. Neste custo já está incluso a licença anual de uso do ACombE.
Licença de uso do AComb E
Cada aluno receberá uma licença anual do software AComb E.
Material de Apoio
Cada aluno deverá ter um micro computador com o programa previamente instalado.
Para tanto enviaremos o arquivo de instalação com a antecedência necessária.
Foto do Curso de 21 e 22 de março de 2007, na ERM São Paulo, para 16 alunos.
Foto do Curso de 9 e 10 de outubro de 2007, no IPT São Paulo, para 9 funcionários da Comgas.
Clayton Dimas Ribeiro Fernandes
Térmica Automação e Algoritmos Ltda – Sócio Diretor
fone: 8951 2100 – e-mail:[email protected]
Formação
·
·
·
Engenheiro Químico, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, 1979.
Especialização em Modelagem Matemática e Simulação dos Fenômenos de
Transporte de Calor, Massa e Quantidade de Movimento.
Especialização em Desenvolvimento de Software para a Engenharia Térmica.
Pesquisador no Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo - IPT desde 1982
até 2008. Atuou até 1992 em Uso Racional de Energia na Indústria, sendo um dos autores do
Manual de Conservação de Energia na Indústria Metalúrgica. Ainda nessa área executou
trabalhos de consultoria para a indústria de celulose & papel e indústria açúcar & álcool,
principais cogeradoras de energia elétrica do parque industrial brasileiro. Desde os anos 80,
desenvolve pesquisas na área de modelagem e simulação de operações unitárias da indústria
química, metalúrgica e petroquímica tendo com objetivo a implantação e coordenação de um
grupo desenvolvedor de softwares, dentro do IPT. Como resultado desta experiência
especializou-se em arquitetura de software aplicado à Engenharia Térmica, tendo como
principais clientes fabricantes de sistemas de ar condicionado e consumidores de óleos
combustíveis. Neste grupo foram desenvolvidos dois softwares que atualmente são referências
na indústria brasileira consumidora de derivados de petróleo: AComb e Caldeira: ferramentas
para o uso de combustíveis e geração e vapor.
Atividades Profissionais Recentes
2006
·
Módulo de Cálculo para o Sistema de Gerenciamento de Emissões Atmosféricas
da Petrobras - SIGEA.
2005
·
·
Software CSW, para seleção de Chillers da Springer-Carrier, mercado nacional e
exportação.
Implementação do software Eclima para a York International do Brasil para a
disponibilização via Internet no site do Cliente.
2004
·
Software Eclima para seleção de três linhas de Fancoils da York International.
Linhas destinado ao mercado nacional e exportação.
2003
·
·
·
·
Software 39CM – Cubo Mágico para seleção de duas linhas de Fancoils da
Springer Carrier.
Caldeira 5 - versão com Turbina a Gás. Comercializado via Web do IPT
AComb 5 - versão com Gases de Exaustão como Ar de Combustão.
Comercializado via Web do IPT
Balanço de Energia. Ferramenta para os cálculos de balanço de massa e energia
nos processos térmicos. Distribuído gratuitamente via Web do IPT
2002
·
·
·
·
Software YSMW para a York International do Brasil, para a seleção das linhas de
Fancoil YM e YH.
Software 30GS, para seleção de Chillers da Springer-Carrier, mercado nacional e
exportação.
Software 39HP – para seleção de duas linhas de Fancoils da Springer Carrier.
Co-autoria e apresentação do artigo: Softaware para a Automação de Projeto,
Seleção e Simulação de FanCoils, no Congresso Mercofrio 2002, Florianópolis/SC
·
Co-Autoria do artigo: SOFTWARE PARA AUTOMAÇÃO DE PROJETO, SELEÇÃO
E SIMULAÇÃO DE FANCOILS. IX CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA
E CIÊNCIAS TÉRMICAS, Encit, 2002, ABCM. Caxambu, MG.
2001
·
Software para a seleção de Chiller da Trane do Brasil.
Exemplos de Transparências apresentadas no Curso
Massa e Mol
Combustão Industrial
Exercício MM1
Calcule a massa molecular do CO2.
Exercício MM2
Quanto móis há em 100 kg de CO2?
Exercício MM3
Qual a massa de uma mistura de 10 móis de N2 e 10 móis de O2?
Exercício MM4
Uma mistura tem massas iguais de H2 e CO2. Qual a porcentagem de móis de cada
componente?
Exercício MM5
Uma mistura tem número de móis iguais de H2 e CO2. Qual a porcentagem mássica de cada
componente?
Exercício MM6
Suponha o Ar com 77 % de N2 e 23 % de O2 em massa. Qual é a composição molar?
8
Teores: Massa e Mol
Combustão Industrial
18
Teores: Massa e Mol
Combustão Industrial
Exercício TM2
O GLP é formado por 50 % de Propano e 50 % de Butano em teores molares. Qual os teores
mássicos.
Massa Molecular do Propano (C3H8) = 44
Massa Molecular do Butano (C4H10) = 58
Massa Molar do GLP = 0,5 * 44 + 0,5 * 58 = 51
Teor Mássico Propano = 44/51 * 0,5 = 0,431 = 43,1 %
Teor Mássico Butano = 58/51 * 0,5 = 0,569 = 56,9 %
21
Teores: Massa e Mol
Combustão Industrial
22
Estequiometria
Combustão Industrial
Exercício Es1
Calcule o Ar estequiométrico para um combustível composto por 50 % de Carbono e 50 % de
Hidrogênio em massa.
Exercício Es2
Calcule a massa de água formada na combustão estequiométrica de 100 kg de hidrogênio
Exercício Es3
Calcule a umidade dos gases formados na combustão estequiométrica do hidrogênio
Exercício Es4
Calcule a massa de CO2 formada na queima completa de 100 kg de bagaço de cana seco (48 %
de Carbono, 6 % de Hidrogênio e 46 % de Oxigênio em massa)
Exercício Es5
Calcule o Ar estequiométrico para o bagaço de cana seco (48 % de Carbono, 6 % de
Hidrogênio e 46 % de Oxigênio em massa)
Exercício Es6
Calcule a massa de H2SO4 que pode ser formada na queima completa de 100 kg de óleo diesel
(86,0 % de Carbono, 13,1 % de Hidrogênio e 0,9 % de Enxofre em massa)
41
Estequiometria
Combustão Industrial
Exercício Es7
Calcule o teor de O2 nos gases de combustão para a queima de Carbono quando se tem Ar de
Combustão igual ao dobro do Ar estequiométrico.
Base 1 kg de Carbono
Ar Estequiométrico = 11,6 kg
Massa Total dos Gases de Combustão = 11,6 + 11,6 + 1 = 24,2 kg
Massa de O2 nos Gases de Combustão = 11,6 * 0,23 = 2,67 kg
Teor Mássico de O2 nos Gases de Combustão = 2,67 / 24,2 = 0,1102 = 11,02 %
51
Excesso de Ar
Combustão Industrial
66
Hidrocarbonetos
Combustão Industrial
Exercício Hd5
Calcule a massa de CO2 formada na queima completa de 100 kg de um alcano CnH2n+2.
1 Mol de CnH2n+2.
Massa Total = 12n + 2n + 2 = 14n + 2
Massa de Carbono = 12n
Massa de Carbono em 100 kg de Alcano = 12n/(14n +2) * 100 kg
Da reação: 12 g de C => 44 g de CO2
Massa de CO2 formada = 44/12 * 12n/(14n +2) * 100 kg
Para o metano, n = 1, Massa de CO2 formada = 275 kg
Para octano, n = 8, Massa de CO2 formada = 308,8 kg
77
Combustível Não Convertido
Combustão Industrial
mC * t * ( Lb - 1) * ArEst
mC * t * ArEst
mC * t
mC * (1 - t )
m g = mC * (1 + t * Lb * ArEst )
91
Calor
Combustão Industrial
Calor é a energia em trânsito no processo de variação de temperatura, ou estado, de um sistema
Deve-se tomar muito cuidado no uso da expressão Calor. Calor só se define enquanto houver
variação de temperatura ou do estado do sistema.
O Calor altera a energia interna de um sistema, alterando a sua temperatura ou o seu estado (por
exemplo, líquido para vapor).
Não se define calor para um sistema. O sistema tem energia interna.
Calor é um fenômeno de fronteira entre dois, ou mais, sistemas com temperaturas diferentes.
Quando um sistema altera a sua energia interna ele troca Calor com um outro sistema
122
Turbina a Gás
Combustão Industrial
Balanço de Massa
Eficiência
m g = mc * (1 + Lb * ArEst )
Balanço de Energia
Ef =
PEixo
PGases
= 1PComb + PAr
PComb + PAr
PComb + PAr = PGases + PEixo
158
Emissões
Efeito Estufa
Combustão Industrial
Gases de Combustão que
alteram o efeito estufa
• CO2
• CH4 - Metano
• N2O
• Provocam o aumento
de temperatura
maps.grida.no/go/graphic/greenhouse_effect
193
Emissões
Poluentes
API COMPENDIUM, pg 83
Combustão Industrial
199
208
Fire
Combustão Industrial
Process
·External Combustion Boilers
·Stationary Source Fuel Combustion
·Mobile Sources
·Industrial Processes
Sector
•Commercial and Institutional
•Electric Generation
•Industrial
SCC
Source Classification Code
EPA Fuel Class
•Distillate Oil
•Residual Oil
•Bituminous and Sub bituminous Coal
Property Process
•Cogeneration
•Grade 4 Oil
•< 10 Million Btu/hr **
•10-100 Million Btu/hr **
•Grades 1 and 2 Oil
217
Fire
Combustão Industrial
220
Emissões
AComb E
Combustão Industrial
Exemplo Em1
Calcule as emissões dos gases de estufa para a queima de 1 tonelada de óleo combustível
239