Química dos Biocombustíveis
CET: ESTTEB-TMR3
Cálculo Estequiométrico aplicado aos
Biocombustíveis
Valentim M B Nunes
Unidade Departamental de Engenharias
Instituto Politécnico de Tomar, Abril, 2012
Biocombustíveis
O decreto-lei que transpõe para a legislação portuguesa a Directiva n.º 2003/30/CE e
cria mecanismos para promover a colocação no mercado de quotas mínimas de
biocombustíveis, prevê dez tipos. Alguns exemplos são:
Bioetanol: etanol produzido a partir de biomassa e ou da fracção biodegradável de
resíduos para utilização como biocombustível;
Biodiesel: éster metílico produzido a partir de óleos vegetais ou animais, com qualidade
de combustível para motores diesel, para utilização como biocombustível;
Biogás: gás combustível produzido a partir de biomassa e ou da fracção biodegradável
de resíduos, que pode ser purificado até à qualidade do gás natural, para utilização
como biocombustível, ou gás de madeira;
Biometanol: metanol produzido a partir de biomassa para utilização como
biocombustível;
Exercício 1: No motor de um carro a álcool, o vapor do combustível é
misturado com ar e queima-se à custa da faísca eléctrica produzida pela vela interior
do cilindro. A queima do álcool pode ser representada pela equação:
C2H6O(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
Calcular a quantidade, em moles, de água formada na combustão completa de 138g de
etanol (C2H6O).
Exercício 2: A obtenção de etanol, a partir de sacarose (açúcar) por
fermentação, pode ser apresentada pela seguinte equação:
C12H22O11 + H2O  4 C2H5OH + 4 CO2
Admitindo-se que o processo tem um rendimento de 100% e que o etanol é anidro
(puro), calcule a massa (em kg) de açúcar necessária para produzir um volume de 50
litros de etanol, suficiente para encher um tanque de um automóvel. Dados: Densidade
do etanol = 0.8 g/cm3 ; Massa molar da sacarose = 342 g/mol ; Massa molar do etanol =
46 g/mol
Exercício 3: A gasolina, como combustível para automóveis, é uma mistura de
vários hidrocarbonetos parafínicos. Quando queimada completamente produz CO2 e
H2O. Se considerarmos que a gasolina tem a fórmula C8H18, qual o volume de CO2
produzido, a 300 K e 1 atm, quando 1,25 moles de gasolina são completamente
queimadas? Considere o CO2 um gás perfeito.
Exercício 4: Considere o etanol anidro e o n-octano, dois combustíveis que
podem ser empregados em motores de combustão interna. Sobre estes dois
combustíveis, são disponíveis os dados fornecidos a seguir.
Considere dois motores idênticos em funcionamento, cada um deles movido pela
queima completa de um dos combustíveis, com igual aproveitamento de energia
gerada.
a) Escreva as equações químicas que representam a combustão completa de cada um
dos combustíveis.
b) Sabe-se que, para realizar o mesmo trabalho gerado pela queima de 10 litros de noctano, são necessários 14 litros de etanol. Nestas condições, compare, através de
cálculos, a poluição atmosférica por gás carbónico produzida pelos dois combustíveis.
Exercício 5: Uma empresa afirma que uma grande exploração de algas junto a
uma central térmica de 1 GW poderia produzir cerca de 190 milhões de litros de etanol
por ano. Essa transformação dá-se por um processo global que pode ser descrito a
seguir: 2 CO2(g) + 3 H2O(ℓ)  C2H6O(ℓ) + 3 O2(g). Calcule o volume de gás carbónico
retirado da atmosfera, em litros, no período de um ano.
Dados: Densidade o etanol = 0,8 g/cm3; Volume molar = 24,5 L. mol-1.
Exercício 6: O esquema mostra a reacção de transesterificação para formar
biodiesel.
Numa fábrica de produção de biodiesel, fez-se reagir 1200 gramas de óleo e
obtiveram-se 1092 gramas de biodiesel. Calcular o rendimento desta reacção.
Exercício 7: O Biodiesel, um éster metílico do ácido linoleico tem a seguinte
fórmula química: C20H36O2. a) Escreva a equação acertada para a combustão completa
do biodiesel; b) Se 20 kg de biodiesel sofrerem combustão completa, qual a massa de
CO2 libertada para a atmosfera?
Rácio Estequiométrico
O rácio estequiométrico é a razão entre a quantidade de ar e de fuel para assegurar a
combustão completa do fuel. Também é designada por rácio ar-fuel ideal.
Air–fuel ratio (A/F)
Este rácio é o mais utilizado para caracterizar misturas utilizadas em motores de
combustão interna.
mar
A/ F 
m fuel
Cálculos ideais
Para calcular a quantidade de oxigénio e a partir daí a quantidade de ar necessário para a
combustão completa do fuel resolve-se a equação estequiométrica ideal. Esta equação
significa que não se adiciona ar extra para a combustão.
 Escrever a equação para a combustão. Por exemplo, CH4 + O2  CO2 + H2O
Acertar a equação: CH4 + 2O2  CO2 +2H2O
 Converter para massa molecular. Por exemplo , a massa molar do metano, CH4 é igual
a 16 g/mol, logo o oxigénio necessário para a combustão completa de 1 mol de metano é
igual a 2×32 = 64 g.
 Calcular a quantidade necessária para queimar o fuel. Isto significa que é necessário
64/16 = 4 kg de oxigénio para a combustão de 1 kg de metano.
 O oxigénio está presente no ar na proporção de 21% em volume e 23% em massa. São
pois necessários 4/0.23 = 17.39 ou ≈ 17.4 Kg de ar para a combustão completa de 1 kg
de metano. Assim, o rácio ar-fuel do metano é 17.4
Rácios ar/fuel
Combustível
A/F
Gasolina
14.7
Querosene
15.6
Gás Natural
17.2
Propano
15.5
Etanol
9.0
Metanol
6.4
Hidrogénio
34
Diesel
14.6
Exercício 8:Calcular o rácio ar-fuel para o octano. Comparar com o
respectivo valor para a gasolina.
Exercício 9:Calcular o rácio ar-fuel para o etanol.