Combustíveis Gasosos
Os combustíveis gasosos são obtidos como subprodutos de processos industriais ou são extraídos de reservatórios naturais. Neste caso, é chamado de gás natural.
Os gases obtidos a partir do refino de petróleo são:
- Propano
- Butano
O gás natural é, ao contrário dos outros gases, dominado pelo Metano e sua a composição varia muito de poço para poço.
A Tabela abaixo apresenta a composição química de diversos gases.
Observa-se que a composição química é extremamente heterogênea.
Isto levanta as seguintes questões:
- Os gases podem ser considerados combustíveis equivalentes?
- As máquinas térmicas podem operar com todos eles?
- Como a performance das máquinas é afetada pelas características dos gases?
Elemento |
Gás Natural |
Gás Pobre de Carvão |
Gás de Água |
Gás de Coqueria |
|||
|
Poço A |
Poço B |
Poço C |
Poço D |
|||
Metano |
93,9 |
60,1 |
67,4 |
54,3 |
3 |
10,2 |
32,1 |
Etano |
3,6 |
14,8 |
16,8 |
16,3 |
|||
Propano |
1,2 |
13,4 |
15,8 |
16,2 |
|||
Butano + |
1,3 |
4,2 |
7,4 |
||||
Eteno |
6,1 |
3,5 |
|||||
Benzeno |
2,8 |
0,5 |
|||||
Hidrogênio |
14 |
40,5 |
46,5 |
||||
Nitrogênio |
7,5 |
5,8 |
2,9 |
8,1 |
|||
Oxigênio |
0,5 |
0,8 |
|||||
CO |
34 |
6,3 |
|||||
CO2 |
3 |
2,2 |
|||||
Dois gases são considerados perfeitamente intercambiáveis quando a substituição de um pelo outro não altera o funcionamento da máquina térmica. Como existem diversos tipos de máquinas térmicas, a intercambiabilidade de gases depende do tipo de máquina considerada.
Em função disso, diversos métodos foram estabelecidos para medir a intercambiabilidade dos gases.
Índice de Wobbe
Este índice é muito utilizado na Europa e foi desenvolvido por Wobbe em 1926 a partir do estudo da combustão de gases injetados através de um orifício.
Este índice mede o fluxo de energia térmica considerando a pressão do gás e o diâmetro do orifício constantes. O fluxo de energia é dado pelo poder calorífico do gás vezes a sua vazão volumétrica, conforme a expressão abaixo:
Onde:
- Q é a taxa de energia térmica;
- H é o poder calorífico do gás;
- a é a área da seção reta do orifício do queimador;
- k é o coeficiente de descarga do queimador;
- P é a pressão do gás;
- d é a densidade relativa do gás com relação ao ar.
O índice de Wobbe - iw- é definido como sendo:
Inflamabilidade dos Gases
A questão da inflamabilidade dos combustíveis é de fundamental importância para a utilização segura dos combustíveis.
Um gás ou vapor combustível não entra em combustão, quando misturado com ar ou oxigênio, se sua concentração for muito alta ou muito baixa. Em função disso, define-se os limites de inflamabilidade ou explosividade.
O limite inferior de inflamabilidade é definido como sendo a menor concentração de gás ou vapor no ar ou no oxigênio que consegue estabelecer uma combustão auto-sustentada.
Por outro lado, o limite superior de inflamabilidade é definido como sendo a maior concentração de gás ou vapor de combustível que consegue manter a combustão sem a necessidade de uma fonte externa de calor.
É importante ressaltar que a quantidade de energia liberada pela reação é máxima quando a combustão é estequiométrica e mínima quando se aproxima dos limites de inflamabilidade.
Gás Natural
O gás natural consiste basicamente em metano – 80% a 90%, etano – 5% a 10% e outros gases em menor proporção – Propano, Butanos, Pentanos, Hexanos, gás carbônico, nitrogênio e gases raros.
Ele é encontrado na natureza associado ou não ao petróleo. Quando o gás é associado, sua produção é função da produção do petróleo. Isto significa que ele é extraído junto com o petróleo e, conseqüentemente deve ser “utilizado”. Existem três formas básicas de “utilizar” o gás associado;
- Queimá-lo na atmosfera no local da extração;
- Transportá-lo para processamento e posterior consumo;
- Reinjetá-lo no poço de petróleo.
A primeira alternativa representa um desperdício de insumo energético e foi limitada pela ANP.
A segunda opção é a mais desejável, mas requer elevados investimentos no sistema de transporte principalmente em campos localizados no mar.
Finalmente, a terceira alternativa é uma solução intermediária que mantém o combustível para uso futuro e mantém a pressão no poço auxiliando o processo de extração de petróleo, mas requer algum investimento e uso de energia.
Quando o gás é não associado, sua produção depende apenas do consumo.
O gás natural permanece no estado gasoso sob condições de temperatura e pressão ambientes. Ele é produzido a partir do processamento de gás extraído de reservatório que apresenta normalmente gases inertes, tais como nitrogênio e dióxido de carbono, bem como traços de outros constituintes.
A etapa de processamento do gás natural permite reduzir concentrações de componentes potencialmente corrosivos como o sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, além de outros componentes como a água e hidrocarbonetos mais pesados, condensáveis quando do transporte e da distribuição do gás natural. Os condensáveis não devem estar presentes para não causar problemas nos gasodutos de transporte e distribuição.
A especificação do gás natural comercializado no Brasil é normalizada pela Portaria 104 de 8/1/2002 da ANP e encontra-se no quadro anexo.