gás natural

Visão Geral

O gás natural é um combustível fóssil composto principalmente por metano (CH₄) com quantidades menores de hidrocarbonetos mais pesados, dióxido de carbono, nitrogênio e compostos de enxofre em traços. É amplamente utilizado para aquecimento, geração de energia e processos industriais devido à sua alta densidade energética por unidade de massa e combustão relativamente limpa em comparação com carvão ou petróleo.

O gás natural de qualidade para transporte em dutos normalmente contém 85–98% de metano em volume e tem uma gravidade específica de 0,58–0,72 em relação ao ar seco. Seu Poder Calorífico Inferior (PCI) varia aproximadamente de 34–40 MJ/m³ dependendo da composição e condições de medição.

Escopo Original do Glossário

A página de origem é intitulada Glossário de Gás Natural e descreve o gás natural como um combustível amplamente utilizado em aplicações residenciais, comerciais e industriais. Funciona principalmente como uma página de glossário/pesquisa e direciona os leitores a um glossário externo de gás natural da Associação Americana de Gás. As seções de referência de engenharia abaixo preservam esse escopo de origem, adicionando o contexto de cálculo necessário para trabalho de design e combustão.

Texto de origem preservado: "Engineering ToolBox - Recursos, Ferramentas e Informações Básicas para Engenharia e Design de Aplicações Técnicas!" Parágrafo do glossário original preservado: "Um glossário de gás natural com termos de pesquisa." Link do glossário externo preservado: Glossário de Gás Natural da Associação Americana de Gás.

Fórmulas Principais

Taxa de Liberação de Calor

$Q = \dot{m} \cdot LHV$

Onde $\dot{m}$ é a taxa de fluxo mássico do combustível e LHV é o poder calorífico inferior em base mássica.

Liberação de Calor Volumétrica

$Q_v = \dot{V} \cdot HI_v$

Onde $\dot{V}$ é a taxa de fluxo volumétrico e $HI_v$ é a intensidade de aquecimento por unidade de volume em condições padrão.

Relação Ar-Combustível Estequiométrica

$AF_{stoich} = \frac{m_{air}}{m_{fuel}}$

Para metano puro, a relação ar-combustível estequiométrica por massa é aproximadamente 17,2:1.

Ar em Excesso a partir do Oxigênio nos Gases de Exaustão

$EA = \frac{O_{2,\,flue}}{21 - O_{2,\,flue}} \times 100\%$

Um método comum em campo para estimar o ar em excesso a partir de uma medição de oxigênio em gases de exaustão secos.

Índice de Wobbe

$WI = \frac{HI_v}{\sqrt{SG}}$

Gases com índices de Wobbe iguais podem ser intercambiados em um queimador sem alterar a taxa de entrada de calor.

Variáveis

Composição Típica

Propriedades de Combustão dos Principais Componentes

Calculadora de Liberação de Calor

Conversor de Unidades

Tabelas de Fonte Original Restauradas

As seguintes tabelas são restauradas da página de fonte original para preservar os dados de referência completos.

A página original em cache continha uma tabela de pesquisa/navegação porque a fonte é principalmente uma entrada de glossário/pesquisa. O conteúdo de engenharia dessa tabela é o link externo do glossário da American Gas Association e a descrição "Um glossário de gás natural com termos de pesquisa", ambos preservados na seção Escopo do Glossário Original acima. Controles de pesquisa não relacionados à engenharia são registrados abaixo.

Notas de Engenharia

• Base do poder calorífico é importante. O PCS inclui o calor latente do vapor de água nos produtos de combustão; o PCI o exclui. Cálculos de eficiência de caldeiras na América do Norte frequentemente usam o PCS, enquanto a prática europeia comumente usa o PCI. Misturar convenções leva a valores de eficiência acima de 100 % para caldeiras de condensação.
• Umidade e altitude. Os poderes caloríficos reportados referem-se a gás seco em condições padrão (tipicamente 15 °C ou 20 °C, 1 atm). O fornecimento real varia com o teor de vapor de água, pressão barométrica e temperatura ambiente.
• Gravidade específica e medição. Medidores de orifício e de turbina são sensíveis à densidade do gás. Leituras não corrigidas podem variar de 5 a 10 % se a gravidade específica real difere do valor assumido.
• Controle de ar em excesso. Queimadores de gás natural são tipicamente ajustados para 3–15 % de ar em excesso (1–3 % de O₂ nos gases de exaustão). Ar em excesso insuficiente risco de combustão incompleta e formação de CO; excesso penaliza a eficiência e aumenta o NOₓ.
• Tolerância do Índice de Wobbe. Muitas especificações de queimadores aceitam uma variação do Índice de Wobbe de ±5 % sem reajustes. Operadores de dutos monitoram esse parâmetro para garantir a compatibilidade dos aparelhos entre diferentes fontes de fornecimento.
• Mistura de hidrogênio. A mistura de até 10–20 % de hidrogênio em volume nos dutos de gás natural está em estudo ativo. O menor poder calorífico volumétrico e a faixa de inflamabilidade mais ampla do hidrogênio requerem avaliação cuidadosa dos queimadores e da segurança.
• Supercompressibilidade (fator Z). Em pressões acima de aproximadamente 10 bar, a lei dos gases ideais introduz erros de vários por cento. O fator Z corrige as forças intermoleculares; é calculado a partir de equações de estado como AGA 8 ou GERG-2008.

Referências

• Engineering ToolBox — Natural Gas
• NFPA 54 / ANSI Z223.1, National Fuel Gas Code
• ISO 6976, Calorific values, density, relative density and Wobbe index