Combustão

Combustão ou queima é uma reação química exotérmica entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), usualmente o oxigênio, para liberar calor. Em uma combustão completa, um combustível reage com um comburente, e como resultado se obtém compostos resultantes da união de ambos, além de energia. De uma forma geral:

C_xH_y + (x+y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O

Exemplos:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O + calor

CH₂S + 6 F₂ → CF₄ + 2 HF + SF₆ + calor

Combustão fundamental

A combustão mais simples de todas é a combustão de Hidrogénio:

H₂ + O₂ → H₂O

Esta combustão é importante pois é a única que não liberta dióxido de carbono. As chamadas pilhas de hidrogênio utilizam esse príncipio evitando o aumento do efeito de estufa.

Combustão rápida

A combustão rápida é uma forma de combustão na qual grandes quantidades de calor e energia luminosa são liberadas. Isto geralmente ocorre como fogo.Isto é usado de forma mecânica, como no motor de combustão interna e em bombas explosivas de ar.

Combustão lenta

A combustão lenta é uma forma de combustão que acontece à baixas temperaturas. A respiração celular é um exemplo de uma combustão lenta

Combustão completa

Em uma combustão completa, o reagente irá queimar no oxigênio, produzindo um número limitado de produtos. Quando um hidrocarboneto queima no oxigênio, a reação gerará apenas dióxido de carbono e água. Quando elementos como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro são queimados, o resultado será os óxidos mais comuns. Carbono irá gerar o dióxido de carbono. Nitrogênio irá gerar o dióxido de nitrogênio. Enxofre irá gerar dióxido de enxofre. Ferro irá gerar óxido de ferro III. A combustão completa é normalmente impossível de atingir, a menos que a reação ocorra em situações cuidadosamente controladas, como, por exemplo, em um laboratório.

Combustão turbulenta

A combustão turbulenta é caracterizada por fluxos turbulentos. É a mais usada na indústria (ex: turbinas de gás, motores a diesel, etc.) pois a turbulência ajuda o combustível se misturar com o comburente.

Combustão incompleta

Na combustão incompleta não há o suprimento de oxigênio adequado para que ela ocorra de forma completa. O reagente irá queimar em oxigênio, mas poderá produzir inúmeros produtos. Quando um hidrocarboneto queima em oxigênio, a reação gerará dióxido de carbono, monóxido de carbono, água, e vários outros compostos como óxidos de nitrogênio. A combustão incompleta é muito mais comum que a completa e produz um grande número de subprodutos. No caso de queima de combustível em automóveis, esses subprodutos podem ser muito prejudiciais à saúde e ao meio ambiente.

Equação química

Geralmente, a equação química para queimar um hidrocarboneto (como o octano no oxigênio é a seguinte:

C_xH_y + (x + y/4)O₂ → xCO₂ + (y/2)H₂O

Por exemplo, a queima de propano é:

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

A equação, em síntese, de uma hidrocarboneto é sempre a seguinte:

Combustível + Oxigênio → Dióxido de carbono + Água + Calor

Combustão de combustíveis líquidos

A combustão de um combustível líquido em uma atmosfera oxidante acontece na verdade em forma gasosa. Isto quer dizer, quem queima é o vapor, não o líquido. Portanto, um líquido inflamável normalmente só irá pegar fogo acima de uma certa temperatura, que é seu ponto de fulgor. Abaixo dessa temperatura, o líquido não irá evaporar rápido o suficiente para sustentar o fogo caso a fonte de ignição seja removida.

Combustão de combustíveis sólidos

O ato da combustão consiste em três fases relativamente distintas, mas que se sobrepõem:

• Fase de pré-aquecimento, quando o combustível não queimado é esquentado até o seu ponto de fulgor e depois para seu ponto de combustão. Gases inflamáveis começam a ser envolvidos em um processo similar à destilação seca.
• Fase de destilação ou fase gasosa, quando a mistura dos gases inflamáveis com oxigênio sofre ignição, energia é produzida em forma de calor e luz. Fogo normalmente é visível nesta fase.
• Fase de carvão ou fase sólida, quando a saída de gases inflamáveis é muito pouca para a presença persistente de chama, e o combustível carbonizado queima lentamente. Ele só fica incandescente e depois continua a arder sem chama.

Temperaturas para combustão

Assumindo condições de combustão perfeitas, como uma combustão adiabática(sem perda de calor) e completa, a temperatura da combustão pode ser determinada. A formula que leva a essa temperatura é baseada na primeira lei da termodinâmica e se aproveita do fato que o calor da combustão (calculado a partir do valor de aquecimento do combustível) é usado inteiramente para aquecer o combustível e o gás (ex: oxigênio ou ar)

No caso de combustíveis fósseis queimados no ar, a temperatura de combustão depende:

• do valor de aquecimento
• da proporção do ar em relação ao combustível ( <math>{\lambda}</math> )
• da capacidade térmica do combustível e do ar
• as temperaturas de entrada do ar e combustível

A temperatura de combustão adiabática aumenta para:

• valores de aquecimento mais altos
• temperaturas de entrada mais altas
• proporções entre o ar e o combustível tendendo para 1.

Normalmente, a temperatura de combustão adiabática para o carvão mineral é por volta de 1500ºC (para temperaturas de entrada e temperaturas do ambiente e <math>{\lambda = 1.0}</math>), cerca de 2000°C para o óleo e 2200°C para o gás natural.

Análise por combustão

A análise da combustão é um processo usado para determinar a composição de um composto orgânico.

Ver também

• Fogo
• Combustão espontânea
• Teoria do flogisto
• Aquecimento global

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