COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO

Transcrição

1 COMBUSTÍVEIS E COMBUSTÃO PROF. RAMÓN SILVA Engenharia de Energia Dourados MS

2 CHAMAS PRÉ MISTURADAS 2

3 DEFINIÇÃO Uma chama é pré misturada quando o oxidante e o combustível já estão misturados antes da queima. O outro tipo é denominada chama de difusão, na qual o oxidante e o combustível estão inicialmente separados e a combustão ocorre em uma interface entre eles. 3

4 DEFINIÇÃO Um bico de Bunsen pode ser usado como exemplo para os dois tipos de chama. 4

5 DEFINIÇÃO O jato de gás carreia o ar pela abertura da base do tubo, pelo efeito Venturi, e os dois se misturam durante o trajeto até a saída. 5

6 DEFINIÇÃO O cone interno do bico de Bunsen é a chama pré misturada de uma mistura rica e o produto de combustão ainda contém componentes que podem reagir. 6

7 DEFINIÇÃO O cone externo é o local de uma segunda reação de combustão devido à formação de uma chama de difusão entre os gases parcialmente queimados e o ar atmosférico. 7

8 DEFINIÇÃO 8 Abertura da Válvula

9 DEFINIÇÃO As duas chamas coincidem apenas na borda do tubo 9

10 VELOCIDADE DE CHAMA A velocidade de chama, chamada também de velocidade de queima, velocidade normal de combustão, ou velocidade de chama laminar, é a velocidade na qual os gases reagentes entram na superfície da onda de combustão. Como veremos, trata-se de uma propriedade da mistura combustível/oxidante. 10

11 VELOCIDADE DE CHAMA Trata-se de uma propriedade da mistura combustível/oxidante. 11

12 VELOCIDADE DE CHAMA Para um queimador laminar, a velocidade do gás é baixa próximo à parede, mas aumenta conforme se aproxima do centro, em um perfil aproximadamente parabólico. 12

13 VELOCIDADE DE CHAMA Em todos os pontos no interior da borda do tubo, a velocidade de escoamento excede a velocidade de queima. 13

14 VELOCIDADE DE CHAMA A chama toma o formato cônico de tal maneira que, na frente de chama, a componente normal da velocidade de escoamento seja igual à velocidade de chama. Premixed Laminar Flame 14

15 ESTABILIDADE DE CHAMA A chama é estabilizada apenas entre certos limites de velocidade de escoamento dentro do tubo. Se a velocidade for muito baixa, a chama entra dentro do tubo e percorre a mistura até se apagar, ocorrendo o que chamamos de flash back. Por outro lado, se a velocidade for muito alta, não é possível estabilizar a chama na borda do tubo e ela tende a escapar e apagar, no que chamamos blow off. 15 Premixed Flame Blowoff vs Flash Back

16 ESTABILIDADE DE CHAMA Em geral, os valores dos limites da velocidade do gás para flash back e blow off dependem das dimensões do queimador e da composição do gás. 16

17 ESTABILIDADE DE CHAMA Para misturas ricas e velocidades altas de escoamento, acima do limite de blow off, um outro fenômeno pode ocorrer. Lifted Flame Chama Suspensa 17

18 ESTABILIDADE DE CHAMA Devido ao carreamento do ar atmosférico, a mistura tornar-se-á progressivamente pobre acima da borda do queimador e, por causa da velocidade de escoamento, uma chama suspensa (lifted flame) pode se formar em uma certa posição acima da borda. 18

19 ESTABILIDADE DE CHAMA A chama suspensa também terá dois limites. Quando a velocidade do gás é reduzida, ocorre o que chamamos de drop back, isto é, a chama volta a se ancorar na borda do tubo. De outra maneira, quando a velocidade do gás é aumentada ainda mais, a chama tende a escapar e apaga, no que chamamos de blow out. 19

20 ZONA LUMINOSA A zona luminosa de uma chama é bastante estreita (< 1 mm), correspondendo ao local onde a temperatura é máxima e onde a reação efetivamente está ocorrendo. A taxa de reação varia exponencialmente com a temperatura, o que justifica o fato de termos a zona luminosa bastante estreita. 20

21 ZONA LUMINOSA A cor da zona luminosa muda com a razão ar/combustível. Para misturas pobres, a cor é violeta, por causa dos radicais CH. Para misturas rica, a cor é verde, por causa da molécula C 2. Para misturas muito ricas, a cor é amarelada, por causa de partículas de carbono sólido. 21

22 , VELOCIDADE DE CHAMA - MEDIDA Método do Bico de Bunsen A Figura mostra o cone de um bico de Bunsen com as configurações da velocidade de aproximação, u, e da velocidade de chama, S L, esta perpendicular à frente de chama. Temos: S L V A V é a vazão volumétrica e A é a área do cone. 22

23 , VELOCIDADE DE CHAMA - MEDIDA Método do Bico de Bunsen Este método tem as desvantagens: O cone escolhido pode ser um problema porque a área varia A queima não é constante em todo o cone. A velocidade perto da parede do tubo é menor por causa do resfriamento pelas paredes. Precisa-se de uma fonte estável de gás 23

24 , VELOCIDADE DE CHAMA - MEDIDA Método do Tubo Cilíndrico A Figura mostra um esquema do método do tubo cilíndrico. Uma mistura em um tubo horizontal aberto em uma das extremidades é ignitada no lado aberto. A velocidade com a qual a chama progride nos gases não queimados é a velocidade de chama. 24

25 , VELOCIDADE DE CHAMA - MEDIDA Método do Tubo Cilíndrico S L A f = u m pr 2, onde A f é a área da chama, u m é a velocidade média de progressão da onda e R é o raio do tubo A principal dificuldade do método é: a frente de chama é curvada devido a efeitos de flutuação 25

26 , VELOCIDADE DE CHAMA - MEDIDA Método do Tubo Cilíndrico Outras dificuldades do método são: O gás na frente de chama é afetado pela chama porque uma onda de pressão é estabelecida pela queima. Essa onda de pressão causa uma velocidade nos gases não queimados e é necessário levar em conta esse movimento. Essa velocidade deve ser subtraída do valor medido, uma vez que a chama está se propagando em um gás em movimento. Efeitos de fricção causam uma onda de pressão mais forte e o comprimento do tubo pode afetar a medida. 26

27 REFERÊNCIAS Andrade Jr.. J. A. Carvalho, McQuay, M. Q. Princípios de Combustão Aplicada UFSC