Combustão Industrial

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1 Combustão Industrial JOSÉ EDUARDO MAUTONE BARROS Professor Adjunto da Universidade Federal de Minas Gerais Coordenador do Laboratório de Combustíveis e Combustão Doutor em Engenharia Mecânica - Térmica (UFMG) Doutor em Engenharia Aeronáutica - Energia (ITA) Engenheiro Químico (UFMG) mautone@demec.ufmg.br 1

2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO A COMBUSTÃO DEFINIÇÕES BÁSICAS COMBUSTÍVEIS CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS REGIMES DE COMBUSTÃO QUEIMADORES INDUSTRIAIS EMISSÕES 2

3 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Chamas de Difusão O combustível e o oxidante são injetados em correntes separadas. A frente de chama é onde ocorrem as reações e é uma região com espessura da ordem de milímetros. A chama é a separação entre os gases queimados e os não queimados. A mistura entre o combustível e o oxidante ocorre por difusão laminar ou turbulenta. 3

4 Diferentes queimadores CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Chama de difusão de gases Injeção forçada em um duto central do gás combustível. Ar injetado lateralmente a chama ou movimentado apenas por convecção natural. 4 Queimador de Burke-Schumann

5 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Chama de difusão de líquidos Queima de gotas de líquido no ar: Estacionário (só difusão) Com convecção natural 5 Com convecção forçada Spray de combustível Queima de Diesel

6 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Chama de difusão de líquidos Modelo de queima de gotas de líquido 6 Superfície da partícula

7 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Chama de difusão de líquidos Injetores de combustível líquido são usados para formar um spray (névoa) no ambiente oxidante. Formação de gotas (spray) por quebra do jato. 7

8 Não há fluxo gasoso t 0 t 1 t 2 t 3 t 4 Tempo CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Modelo de combustão de sólidos Tipos de queima I II III IV V Camada de carvão Borda Centro Frente de pirólise Madeira Carvão Camada de pirólise Frente de carvão 8 Perfil de queima Carbonização

9 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Difusão Leito Fixo V g < V fm Leitos para combustão de sólidos Leito Fluidizado V g =V fm Leito Borbulhante V fm < V g < V t V fm = velocidade de fluidização mínima V t = velocidade mínima de transporte de partículas V g = velocidade do ar 9 Fluxo de gases em um leito fixo.

10 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Pré-mistura Chamas de Pré-mistura O combustível e o oxidante são misturados previamente e injetados na chama em uma corrente única. O fenômeno dominante é o tempo das reações químicas. A frente de chama é uma região muito fina, com espessura da ordem de 0,1 mm. A frente de chama pode ser laminar ou turbulenta. 10

11 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Pré-mistura Queimadores para Chamas de Pré-mistura A injeção de gases é direta e a mistura se dá numa câmera anterior ao bico do queimador. Usa-se um difusor ou um tubo Venturi para a mistura dos gases. Difusor GNV A principal característica é a atomização do combustível líquido e sua evaporação numa dada região do queimador antes de atingir a chama. 11 Carburador

12 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Pré-mistura Queimadores para Chamas de Pré-mistura Turbina a gás 12

13 CLASSIFICAÇÃO DE CHAMAS Chamas de Pré-mistura Queimadores para Chamas de Pré-mistura Queimador Industrial 13

14 BIBLIOGRAFIA ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5484: Motores alternativos de combustão interna de ignição por compressão (Diesel) ou ignição por centelha (Otto) de velocidade angular variável Ensaio Método de ensaio. Rio de Janeiro, BARROS, J. E. M. Estudo de Motores de Combustão Interna Aplicando Análise Orientada a Objetos. Belo Horizonte: Tese de Doutorado, Engenharia Mecânica, UFMG,

15 BIBLIOGRAFIA 15 BAUKAL Jr., C. E. Air-oxy/Fuel Burners. In: Industrial Burners Handbook, BAUKAL Jr., C. E. (ed.). Boca Raton: CRC Press, COSTA, M. Combustão sem Chama Visível (Flameless Combustion). Palestra, II Escola de Combustão. São José dos Campos: RNC, de Junho de ESCOLA DE COMBUSTÃO em ustao/, jan/2011.

16 BIBLIOGRAFIA 16 GARCIA, R. Combustíveis e Combustão Industrial. Rio de Janeiro: Interciência, GLASSMAN, I. Combustion. New York: Academic Press, KUO K. K. Principles of Combustion. New York: John Willey & Sons, LEFEBVRE, A. Gas Turbine Combustion. Philadelphia: Taylor&Francis, LEVENSPIEL, O. Engenharia das Reações Químicas. São Paulo: Edgar Blucher, vol. 2, 1974.

17 BIBLIOGRAFIA REDE NACIONAL DE COMBUSTÃO (RNC) em jan/2011. SHARMA, S. P. et MOHAN, C. Fuels and Combustion. New Delhi: Tata McGraw-Hill, SMITH, J. M. e VAN NESS, H. C. Introdução a Termodinâmica da Engenharia Química. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 3ª Ed.,1980. STREHLOW, R. A. Combustion Fundamentals. New York: McGraw-Hill,

18 BIBLIOGRAFIA TURNS, S. R. An Introduction to Combustion: Concepts and Applications. Boston: McGraw-Hill, WILLIAMS, F. A. Combustion Theory. New York: Benjamin Cumings Pub.,