As chamas podem ter diversos comportamentos, dependendo do tipo da mesma, das propriedades do combustível e do oxidante, assim como das condições em que se realiza a combustão, como, por exemplo, a pressão do ambiente, se elas ocorrem num lugar livre ou confinado. Conhecer as características da chama é de suma importância na engenharia, pois elas permitirão o cálculo das taxas da transferência de calor, formação de poluentes, determinação de matérias para a construção dos equipamentos e conhecimento das condições de operação. Para caracterizar uma chama é preciso conhecer diversos parâmetros e aspectos dela, tais como sua velocidade, sua forma e comprimento, seus perfis de temperatura e de concentração, entre outros.
a velocidade na qual os gases reagentes se movem na direção normal à superfície da onda de combustão. Geralmente ela está na ordem de algumas dezenas de centímetros por
egundo, podendo em alguns casos superar um metro por segundo. Estudos a laminar depende do tipo e combustível, aumenta com a temperatura da mistura reagente, diminui com a
ivalência ligeiramente maior ue um (TURNS, 2000).
3.5.3.1 Velocidade da chama
Segundo Glassman (1996), a velocidade da chama, também conhecida como velocidade de queima, normal de combustão ou de chama laminar, é
s
experimentais e teóricos mostram que a velocidade de cham d
pressão e tem um valor máximo para uma razão de equ q
3.5.3.2 Comprimento e forma da chama
O comprimento da chama pode ser definido como a distância axial entre a saída do bico injetor e a posição onde a razão de equivalência é igual a 1 (TURNS, 2000). As chamas podem ser compridas ou curtas, largas ou estreitas, mas em qualquer dos casos, elas devem ter o tamanho e a forma que se ajustem às dimensões da câmara de combustão e às características do processo, devendo se desenvolver num espaço livre, sem tocar nenhum ponto de corpos estranhos.
3.5.3.3 Temperatura e cor da chama
de calor, velocidade da chama, excesso de ar, circulação de gases, etc.
itério particularmente útil para conhecer a mperatura da mesma. Na Tabela 3.1 se apresentam as correspondências entre cores e temp
O perfil de temperaturas através de uma chama é possivelmente sua mais importante característica. O perfil de temperaturas que apresenta uma chama é o resultado da influência de diversas variáveis, das quais as mais importantes são: emissividade, taxa de liberação
re
Da cor da chama resulta um cr te
eraturas comumente encontradas em chamas.
Tabela 3.1 - Correspondência entre temperaturas e cores observadas na chama
Cor °F °C
Vermelho suave a vermelho brilhante 875 - 1500 475 - 825
Vermelho brilhante a laranja 1500 - 1650 825 – 900
Laranja a amarelo 1650 - 2000 900 - 1090
Amarelo a amarelo brilhante 2000 - 2400 1090 – 1320
Amarelo brilhante a branco 2400 - 2800 1320 – 1540
Branco a branco deslumbrante Mais de 2800 Mais de 1540
3.5.3.4 Radiação da chama
A radiação total de uma chama se compõe da soma da radiação molecular proveniente dos gases e a das partículas sólidas. As partículas sólidas irradiam como um corpo negro, isto é, em todas as bandas de comprimento da onda, mas um gás radiante o faz somente em três ou quatro faixas determinadas. Além disso, os únicos ases que irradiam apreciavelmente são aqueles que têm três ou mais átomos por 2, H2O e SO2; o monóxido de carbono, ainda que diatômico, bém emite alguma radiação. Os outros gases diatômicos, como O2, N2 (e suas
misturas, como o ar) e H2 têm potência radiante desprezível (TRINKS E
MAWHINNEY, 1961). Do exposto, entende-se porque chamas com presença de nça é mais acentuada com o aumento da seguintes f
b
radia r. É importante observar
ue chamas com presença de fuligem apresentam uma coloração amarela ou laranja, enqu
3.5.3
suma importância para determinar as que um queimador pode ser usado em forma contínua. A chama é dita á um equilíbrio entre a velocidade de propagação da chama e a elocidade do escoamento da mistura reagente. Este equilíbrio só se dá entre certos limite
g
molécula, tais como CO tam
partículas (fuligem principalmente) apresentam uma luminosidade maior que chamas limpas na mesma temperatura. Essa difere
temperatura, isso por que em temperaturas altas a intensidade de radiação é maior. Os atores influenciam a formação de material particulado, e em conseqüência, a radiação da chama: combustível empregado, razão ar/combustível, temperaturas do com ustível e do ar, taxa de mistura do combustível e do ar, distância do queimador. A
ção da chama é uma função da distância do queimado q
anto que chamas que não contem essas partículas tem uma coração azul, (WILLIAMS, 1990).
.5 Estabilização da chama
A estabilização da chama é um aspecto de condições em
estabilizada quando h v
s; se a velocidade de escoamento da mistura diminui abaixo do limite necessário, a chama retorna, entra no queimador, e percorre a mistura até se apagar, ocorrendo o que se chama de flash back. Este fenômeno pode trazer como conseqüência a
formação de coque no bico atomizador, assim como a diminuição da vida útil do queimador. Por outro lado, se a velocidade da mistura for muito alta, não é possível estabilizar a chama na borda do tubo, deslocando-se a uma distância maior até se apagar, no que é chamado de blow off.
ao equipamento, já que a chama pode incidir sobre as paredes do forno ou dos tubos no caso de caldeiras. Em geral, os limite
< 0,5), a volatilidade tem um efeito predominante na stabilidade da chama. Ela se torna mais estável com o aumento da volatilidade. No entanto, em swirl mais fortes, essa propriedade tem apenas um ligeiro efeito na estabilização da cha
3.6 A C
Segundo Glassman (1996), os valores de velocidades de chama laminar de ocarbonetos combustíveis em
ossível atribuir velocidades de chamas turbulentas a misturas de hidrocarbonetos, s por segundo. No ntanto, nas aplicações práticas, nas quais se precisam altas taxas de liberação de calor,
des do fluxo da m
50 m/s. Mantendo-se essa grande diferença entre a velocidade do fluxo e da chama, corre o apagamento da chama por blow off. Para evitar esse problema é necessário turbulenta é onseguir igualar a velocidade local da chama turbulenta com a velocidade local do
Este fenômeno também pode trazer danos
s da velocidade do gás para a ocorrência de flash back e blow off dependem das dimensões do queimador e da composição dos gases reagentes (CARVALHO E McQUAY, 2007). Em termos práticos, uma chama estável é aquela que é ancorada numa localização desejada e é resistente a ocorrência de flash back e blow off, sobre o intervalo de operação do projeto (TURNS, 2000). A volatilidade do combustível influencia a estabilidade da chama. Farag et al. (1983) estudaram o efeito da volatilidade do combustível na estabilidade da chama de sprays de combustíveis líquidos, na presença de um ancorador de chama. Eles observaram que em chamas com swirl de baixa intensidade (S
e
ma.
N ORADORES DE CHAMAS
hidr ar raramente são maiores que 45 cm/s. Se for
p
estas poderiam alcançar no máximo algumas centenas de centímetro e
as velocida istura combustível são muito grandes, podendo alcançar
o
reter a chama. O princípio essencial aplicado em ancorar uma chama c
fluxo. Isso se consegue criando uma forte zona de recirculação atrás do estabilizador (ver Figura 3.1). Essa zona consiste de produtos quentes da combustão de temperatura s, inicia os mesmos produzindo uma região o
elocidade local do fluxo, estabilizando a chama.
Se , os métodos empregados para conter e
stabilizar as chamas são: estabilização por condutor de bypass de baixa velocidade, eimadores refratários, corpos rombudos, swirlers, incremento abrupto da rea de fluxo, direcionamento de um jato oposto ou normal ao fluxo. Dentre eles, os
d rpos rombudos e dos swirlers.
quase uniforme, que ao entrar em contato com os gases reagentes frio
nde a velocidade de chama turbulenta se iguala à v
gundo Glassman (1996) e Turns (2000) e
ladrilhos qu á
mais ifundidos são a utilização dos co
Figura 1 - Diversos tipos de estabilizadores de chama (G3. LASSMAN 996) , 1
1 Estabilização por corpos rombudos ( )
Cor os sólidos inseridos no fluxo de combustível ou da
uma zona de recirculação que permita a retenção da chama, (ver Figura 3.1). Eles podem ser: discos, cones, cilindros e outros, sendo que os mais usuais são os de forma cônica. Freqüentemente tem orifícios ou
A form orpo rombudo influi diretamente nas características da
zona de recirculação (BEER E CHIGIER, 1972). Os discos geram maior fluxo de aiores geram maior vazão de massa reversa. As condições do escoamento também influem na zona de recirculação. Conforme aumenta a velocidade
3.6. bluff-body
pos rombudos são obstácul
mistura reagente, com a finalidade de formar
rasgos em sua superfície, permitindo que parte do ar passe direto, evitando superaquecimento e deposição de carbono na face superior.
a e o tamanho do c
massa reversa que cones do mesmo tamanho e estes que cilindros. Nele também se observa que corpos m
do es
ste método de fixação da chama se consegue criando um escoamento rotativo oamento um movimento rotativo (à aneira de uma espiral) com uma baixa pressão no seu centro. Quando esse