A ESTEQUIOMETRIA NO USO DE PROPANO EM CALDEIRAS FLAMOTUBULARES 
 
 Augusto Correia; Barbara Isis; Bruna Silva; Ellen C. Marques; Leticia Herrerias 

Orientador: Profa. Rebeca Piumbato Chaparro

FACULDADES OSWALDO CRUZ

Bacharelado e Licenciatura em Química

 
 

RESUMO: As caldeiras são utilizadas em larga escala na indústria, visando maximizar os lucros das empresas e evitar  desperdícios. Elas transformam energia química em energia térmica, através da queima de combustíveis, minimizando o uso de energia elétrica. O monitoramento de tais processos deve ser constante, a fim de garantir a eficiência os cálculos estequiométricos são imprescindíveis. O presente trabalho objetiva demonstrar matematicamente o uso da estequiometria em uma caldeira flamotubular, que possui fornalhas alimentadas por queima de propano. Este combustível pode ser calculado através de proporções estequiométricas para o melhor rendimento do processo. 

 

PALAVRAS-CHAVE: Estequiometria; Caldeira; Fornalha; Propano; Indústria. 

1       INTRODUÇÃO 
 

Caldeiras são equipamentos industriais que utilizam reações de combustão para produzir energia; energia que será utilizada para o abastecimento de máquinas térmicas. Dentre os diferentes tipos de caldeiras, destaca-se por sua popularidade industrial as caldeiras flamotubulares. 

O objetivo deste trabalho é demonstrar estudos realizados sobre a importância do processo estequiométrico na combustão do propano utilizado em caldeiras.   
 

2       A ESTEQUIOMETRIA DO PROCESSO 

As caldeiras flamotubulares são grandes fornalhas metálicas, que usam a combustão do propano para gerar gases quentes. Tais gases, quando transportados pelos tubos, presentes no interior da fornalha, aquecem a água que esta à volta deles, até que ela entra em ebulição e vaporize. Esse procedimento gera uma alta quantidade de calor que é destinada a maquinas térmicas, conforme a Figura 1: 

                                 
                                         Fig.1 - Modelo de caldeira flamotubular 

A quantidade de propano utilizada durante o processo é de grande importância, já que o processo visa obter uma quantidade significativa de energia gerada à partir do calor gerado na combustão do mesmo. 

Para  obter o máximo de seu potencial energético, sâo realizados os cálculos estequiométricos, afim de averiguar a proporção correta para uma reação completa da queima do propano, seguindo a Equação 1, teremos as proporções ideais do processo:  
 
             C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O      ΔH°= -488,4 Kcal/mol   Equa.1 

Sabendo que uma caldeira trabalha com cerca de 1.000kgv/h de água e que o calor especifico da água é de 1cal/g°C, podemos efetuar os cálculos que demonstram matematicamente a obtenção de energia necessária para as caldeiras cumprirem sua função. 

1 cal é a quantidade de calor necessária para aquecer 1g de água em 1°C; sendo assim, podemos dizer que:

                         = M   Onde Cal: Calor Específico (Kcal/mol)
                                                                   ∆T: Variação de tempo (h)

                                                        M: Massa (g)

 
 
Logo, se usarmos os valores obtidos na equação 2, admitindo a água como estando em temperatura ambiente, teremos:

              

    M =  =>  M = 6,5 × 10³ g de H₂O aquecida por mol de C₃H₈

Evidenciando a importância do cálculo estequiométrico, mostramos a seguir na Equação 3, o cálculo feito a partir da queima incompleta do combustível, e portanto, produzindo menor quantidade de energia.

    C₃H₈ + 5O₂ → 3CO + 4H₂O      ΔH°= - 285,45 Kcal/mol     Equa. 3

    M =  => M = 3,8 × 10³ g de H₂O aquecida por um mol de C₃H₈

A comparação feita a seguir entre os valores obtidos na produção feita a partir da combustão completa e incompleta possibilita visualizar claramente os impactos negativos que a ausência do cálculo estequiométrico causaria no processo.

Sabemos que 1 mol de propano reagindo completamente aquece 6.500g de água, por tanto;

                 1 mol de C₃H_{8  ----------} 6,5 × 10³ g de água
                    x mol de C₃H₈                1,0 × 10⁶ de água

x =  1,54 ×10² mols de C₃H₈

Com a combustão incompleta, 1 mol de propano consegue aquecer apenas
3,8 × 10³ g de água, por tanto:

                 1 mol de C₃H_{8  ----------} 3,8 × 10³ g de água
                    x mol de C₃H₈                1,0 × 10⁶ de água

x =  2,63 ×10² mols de C₃H₈

Analisando os valores obtidos, nota-se a diferença, em mols de propano usados entre a reação de combustão completa e incompleta; sendo na incompleta necessário 1,09 × 10² mols de propano a mais para aquecer a mesma quantidade de água, o que acaba resultando também  numa diminuição de -202,95Kcal/mol na produção de energia.

3          CONCLUSÃO 

Este trabalho prova a partir de cálculos estequiométricos  que a reação completa, apresenta um maior rendimento em relação a incompleta, por ser capaz de produzir uma quantidade de energia nitidamente maior, o resultado esperado industrialmente. Evidenciando assim a importância do controle nos processos de combustão em caldeiras industriais.

O erro em cálculos em qualquer etapa de produção resultam em desperdício de material, maior emissão de poluentes, prejuízo financeiro para industria, e até mesmo acidentes; por tanto, tais cálculos devem ser efetuados de forma precisa.

4          REFERÊNCIAS

Aula de Caldeira. Disponível 

em:<ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/EngMec_NOTURNO/TM364/Material%20de%2 

0Aula/Aula%20de%20caldeiras.pdf>. Acesso em: 07 set. 2015 

 
DOURADO,G. Eficiência energética em sistema de combustão de caldeira. Disponível 

em: <http://www.pei.ufba.br/novo/uploads/biblioteca/TFC%20- 

%20ANDERSON%20DOURADO%20SALUM.pdf>. Acesso em: 08 set. 2015 

 
Caldeiras para vapor. Disponível em:<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAe0VAAF/caldeiras-apostila>. Acesso em:9 set. 2015 
 
Combustão e energia. Disponível em: <http://www.usp.br/qambiental/combustao_energia.html>. Acesso em: 10 set. 2015