Departamento de Engenharia Mecânica

NOVAS TECNOLOGIAS DE COMBUSTÃO: ESTADO DA ARTE

E ANÁLISE DE DESEMPENHO

Aluna: Suzane Pereira dos Santos Nascimento

Orientador: Luis Fernando Figueira da Silva

Introdução A combustão é uma ciência que permeia quase todos os setores das sociedades, em qualquer parte do mundo, independentemente do grau de desenvolvimento da nação. O processo de combustão é responsável por mais de 85 % da energia utilizada pelo homem, sendo estratégico para a economia de todos os países. A geração de energia a partir da combustão de derivados do petróleo, gás natural, carvão mineral, lenha, carvão vegetal e dos derivados da cana de açúcar corresponde a mais de 80 % da energia utilizada no Brasil, de acordo com o balanço energético nacional [1] publicado pelo Ministério de Minas e Energia. A ciência e a tecnologia da combustão têm grande impacto nos setores industrial, de transporte e de geração de energia elétrica. No setor de petróleo e de gás natural o processo de combustão é, na maioria das vezes, o destino final dos hidrocarbonetos e, também, o meio utilizado para a geração de energia durante os processos de extração, transporte e refino. As indústrias de mineração, química, siderúrgica, de cimento e de vidro destacam-se como grandes utilizadoras da combustão de hidrocarbonetos e do gás natural em seus processos de fabricação. A imensa maioria dos veículos automotores, dos navios e dos aviões utiliza a queima de derivados do petróleo ou do gás natural em seu funcionamento. Em particular, a maior parte do transporte internacional de mercadorias é realizada por embarcações propulsadas por motores queimando óleo combustível residual. O preparo e cozimento de alimentos pela queima de combustíveis são importantes no setor doméstico. Como não poderia ser de outra forma, além dos múltiplos benefícios que ela traz para o ser humano, a combustão também traz consigo seu lado negativo - poluição ambiental - o qual precisa ser cuidadosamente tratado. Os principais poluentes produzidos nos processos de combustão incluem hidrocarbonetos não/parcialmente queimados, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, óxidos de enxofre e material particulado (fuligem). Estes poluentes são usualmente apontados como os principais responsáveis de uma série de problemas específicos vinculados à saúde humana, formação de chuva ácida, efeito estufa e aquecimento global, entre outros. Nas duas últimas décadas, o nível de conscientização do público em relação às questões meio ambientais tem aumentado consideravelmente. Estas preocupações com os efeitos da poluição, na saúde pública e na qualidade do meio ambiente, têm levado aos governos a regulamentar o nível de emissões permitidas; e, aos geradores de poluição, a adotar práticas de gestão ambiental. Em particular, através da legislação correspondente, os níveis máximos de emissões permitidas têm sido gradualmente reduzidos. A utilização social e ambientalmente responsável dos processos de combustão se coloca com os desafios concomitantes de aumento da eficiência energética e da redução do impacto ambiental.

Objetivos Determinar o estado da arte do desenvolvimento de diferentes tipos de novos

queimadores, que se propõe a aumentar a eficiência da combustão e reduzir as emissões de

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poluentes, determinar as técnicas que podem ser utilizadas para caracterizar o desempenho

destes queimadores e apontar oportunidades de desenvolvimento tecnológico nestes.

Fundamentação Teórica Nesta seção serão apresentados dois diferentes tipos de queimadores utilizados em estudos de

combustão para chamas laminares e a técnica de análise utilizada para caracterizar o

desempenho dos queimadores. Os queimadores escolhidos foram o Mckenna para chama

laminar pré-misturada e o queimador Gülder para chama laminar não pré-misturada.

A. Mckenna

Por gerar uma chama plana laminar, o queimador McKenna é, possivelmente, o queimador mais

utilizado para calibração de instrumentos [2]. Este queimador é utilizado há 25 anos em

pesquisas de combustão, em geral, para calibrar métodos para medida de temperatura em

chama, velocidade de propagação de chama, caracterização da formação de fuligem, entre

outros. Em particular, este queimador foi empregado para a determinação da distribuição de

fuligem por incandescência a laser (LII) [3], para estudos de cinética química de combustão e

de formação de precursores de fuligem [4] e para a medição de velocidade de chama laminar e

pode ser observado na figura 1.

Figura 1:Queimador McKenna com placa metálica acima.15

B. Gülder

O queimador Gülder é muito utilizado para o estudo de chamas não pré-misturadas. Este

queimador consiste de um tubo concêntrico com 11 mm de diâmetro interno para a injeção de

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combustível que está rodeado por um escoamento de ar de diâmetro interno de 100 mm. O

escoamento de ar em torno do tubo de combustível passa através de várias camadas de esferas

de cerâmica que estão situadas entre dois discos de material poroso antes de encontrar com o

combustível. Essas esferas removem possíveis vorticidades presentes no escoamento de ar

tornando mais fácil estabilizar uma chama laminar. [5] O respectivo queimador pode ser visto

na figura 2.

Figura 2:Uma fotografia do queimador Gülder é exibida à esquerda na figura e para a direita é uma fotografia da chama de

difusão de etileno padronizada junto com uma escala que indica a altura da chama, visível a 64mm [6].

Na tabela 1 é sintetizado, para fins comparativos, dados das condições de ensaio para os

queimadores Mckenna e Gülder fornecidos pela literatura.

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Tabela 1: Dados experimentais obtidos para os diferentes tipos de queimadores e condições experimentais.

Tipo de

Queimador

Combustível

/Mistura

φ Vazão Total

(L.min-1)

Posição

da

Medida

(mm)

Técnica

para

medição

Comentários

Mckenna [7] Etileno/Ar 2,10 ---

2,76

148,20/177,88 4-16 Extinção e LII

Altura do aparato 20

mm

Mckenna [4] Etileno/Ar 2,10 ---

2,30

10,00 3-17 Extinção Altura do aparato 21

mm

Mckenna [8] Etileno/Ar 2,34 ---

2,76

10,00 14 Extinção Altura do aparato 20

mm

Gülder [9] Etileno/Ar --- 0,194/284 Variadas RTERE* Altura da chama visível

≈ 65mm

Gülder [10] Etileno/Ar --- 0,194/ 284 Variadas RTERE* Altura da chama visível

≈ 70mm

Gülder [5] Etileno/Ar Propileno/Ar

--- 0,194/284 Variadas RTERE* Redução de fuligem p/

mistura Etileno/Ar

C. Técnica de Extinção da Luz

As técnicas ópticas de extinção e espalhamento de um feixe de laser podem ser empregadas

para caracterizar a presença de fuligem. A fuligem pode ser caracterizada pelo diâmetro médio,

fração volumétrica de partículas no meio ou por mecanismos de formação, coalescência e

destruição das partículas [11].

A extinção baseia-se na medida de intensidade de luz monocromática transmitida por uma

fonte. Usualmente, esta fonte é um laser ou uma lâmpada acoplada a um filtro colorido [4].

Segundo Sosman et al [11], ao passar um feixe de laser por um meio material, três fenômenos

são observados: refração, absorção e espalhamento. A refração pode ser entendida como a

mudança de direção de um feixe de laser devido à mudança no índice de refração do meio e

pode ser calculada através de variações de temperatura locais. A absorção acarreta na redução

da intensidade do feixe causada pela opacidade do meio. O espalhamento que provoca a

dispersão do feixe incidente e, portanto, emergem fótons do meio em direções diferentes da

direção do feixe incidente.

A transmitância 𝒯 é definida como a razão entre a intensidade do laser depois (I) e antes (I0),

da região de medição, equação 1. A extinção Ԑ é a quantidade relativa de luz laser absorvida na

região de medição, figura 3. A relação entre 𝒯 e Ԑ é apresentada na equação 2.

𝒯 = 𝐼

𝐼0.

Equação 1

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𝒯 + Ԑ = 1. Equação 2

Figura 3: Extinção da luz devido a uma nuvem de partículas.

Cabe ressaltar que há um comprimento de onda específico dependendo das condições

experimentais. Por ser uma técnica que envolve emissão de feixe de laser e de absorção

espectral, é relevante o comportamento complexo das espécies, cada uma destas possui uma

região específica de absorção. Portanto, algumas espécies não sólidas presentes no sistema

podem mascarar as propriedades de fuligem desejada. Por exemplo, os hidrocarbonetos

policíclicos aromáticos, que possuem forte absorção na região espectral ultravioleta, em chamas

ricas pré-misturadas, podem entrar em competição com a absorção pela fuligem [4].

D. Sistema de Aquecimento

O sistema de aquecimento foi projetado para ensaios com o biodiesel de soja líquido numa

vazão de trabalho de 0,194 L/min, tendo sido adotado N2 como gás de arraste numa vazão de

trabalho de 0,1 L/min. A vazão de oxidante (ar) de projeto é 284 L/min. Admite-se que o sistema

de aquecimento trabalha a uma pressão de operação de 2 bar, e eleva a temperatura partindo do

ambiente, 22ºC, até a temperatura de saturação do combustível, 275ºC. [12]

O sistema é constituído de um tubo de aço inoxidável de 5 cm de diâmetro interno, escolhido

para não ocupar grandes espaços, devido a restrições de espaço disponível do laboratório. A

partir das especificações apresentadas acima foi realizado o equacionamento do problema de

transferência de calor, tratando-o como escoamento interno. Usando as correlações para

escoamento interno apresentadas no Incropera et al. [13], e considerando o problema como

escoamento laminar determinado por Re < 2300, e utilizando as propriedades dos fluidos e as

condições de operação dado por fluxo de calor constante ao longo do tubo, determinou-se os

valores para Nusselt, Nu, coeficiente de transferência de calor convectivo médio, h, e o tipo de

aquecimento a ser utilizado, fita térmica.

Usando o equacionamento de transferência de calor foi determinada a potência a ser usada no

aquecedor, q = 0,59 W; o material isolante a fim de se obter a menor perda possível, lã de vidro;

o diâmetro e comprimento do tubo, d = 0,05m e L~ 0,9 m; termopares e controladores a fim de

regular a temperatura e voltagem de operação. O esquema do sistema pode ser observado na

figura 4 onde é apresentado o tubo de alimentação seguido pelo aquecedor e o tubo de conexão

ao queimador.

A lã de vidro, por suas propriedades físicas e químicas, é um dos mais tradicionais isolantes

térmicos usados no mundo. É um componente fabricado em alto forno a partir de sílica e sódio,

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aglomerados por resinas sintéticas, desenvolvidas especificamente para melhorar o isolamento

do material na qual será aplicado. É um material incombustível, qualidade que deve ser

considerada em todos os projetos, principalmente em projetos de combustão. O comportamento

ao fogo dos materiais isolantes, inclusive aqueles com revestimentos, deve ser o de não

contribuir e não propagar o fogo durante uma situação de incêndio. A lã de vidro é do tipo de

fibra que não tem nenhuma relação com as fibras de amianto, atualmente alvo de restrições de

uso. A Agência Internacional para a Pesquisa do Câncer (Iarc), ligada à Organização Mundial

de Saúde, classifica a lã de vidro como um material não cancerígeno.

Figura 4: Esquema do sistema de aquecimento.

Materiais e Metodologia A. Sistema de Medição de Fração Volumétrica de Fuligem

A qualificação das tecnologias utilizadas foi feita por meio da quantificação de fração

volumétrica de fuligem, que é dada a partir dos dados de intensidade medidos pelos

fotodetectores é feita de acordo com a teoria apresentada na Técnica de extinção da luz.

Inicialmente foram feitos ensaios para a calibração do sistema com o queimador Mckenna

utilizando eteno como combustível; o sistema de extinção é mostrado esquematicamente nas

figuras 4 e 5, foi utilizado para a medição da fração volumétrica de fuligem. Compõem o

sistema o laser, dois monitores de energia (fotodetectores), e, também, o controle de posição

vertical do queimador.

Figura 5: Sistema de extinção utilizado com o queimador de Gülder.

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Figura 6: Unidade de detecção de extinção. 1 – Laser CW de diodo, 2 – Fotodetector, 3 – Controlador do laser, 4 –

Controlador dos fotodetectores [31].

Para efetuar a análise da chama laminar em estudo foi utilizado um laser contínuo, responsável

pela emissão de luz, Laser CW de diodo da marca La Vision, com comprimento de onda de 532

nm, potência medida de 0,675 W (0,5 W teórico), modelo DPSS e diâmetro de feixe 1-2 mm.

O laser em questão está ilustrado na figura 6. A fonte laser é parte do sistema de medição o qual

também é composto por elementos ópticos e eletrônicos que possibilitam a medição da fração

volumétrica de fuligem.

Figura 7: Laser CW de diodo e seu controlador [31].

O Monitor de Energia, modelo V9, é destinado a realizar da energia do laser. Este equipamento

pode ser usado tanto como uma unidade autônoma, como integrada nesse sistema de

diagnóstico óptico completo. Correções da energia do laser e suas variações podem ser

executadas pelo software no modo on-line ou então usando numa fase de pós-processamento.

O monitor de energia é constituído por um foto sensor de banda larga, com um único circuito

amplificador de duplo canal analógico controlado por uma unidade de processamento digital.

Um par de monitores medem a intensidade do laser antes e após a passagem pela chama. Os

dados analógicos são amostrados usando um conversor analógico-digital de 12 bits e

armazenados até que o software solicite os dados. A finalidade dessa unidade é possibilitar a

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realização de correções dos desvios, devido às variações das condições ambientais e possíveis

interferências causadas pela flutuação do laser [12].

Figura 8: Energy Monitor. 1 - Controlador e 2 –fotodetector [31].

B. Queimador Gülder Construido

Após ensaios com o Mckenna, queimador que estava disponível no laboratório, optou-se por

construir o queimador Gülder devido ao seu baixo custo de construção, fácil manuseio e

resultados na literatura que apresentam maiores quantidades de poluentes particulados

(fuligem) o que propicia uma melhor medição e qualificação da técnica de extinção da luz para

variados combustíveis.

O projeto de construção do queimador Gülder consiste em um tubo de aço inoxidável de

diâmetro interno de 11 mm e diâmetro externo de 12,7 mm, por onde passa o combustível. Este

tubo é concêntrico a um tubo de alumínio por onde passa o escoamento de oxidante (ar) e se

assenta, aproximadamente, a 4 mm acima da borda do tubo de ar. O tubo de oxidante possui

diâmetro interno de 100 mm e externo de 112,7 mm. No interior do tubo de ar são dispostas,

cerâmica, de diâmetro de 6 mm situadas entre dois discos de material poroso (sinterizado) para

eliminar a vorticidade no escoamento e para endireitar as linhas de corrente em torno da chama

[14].

Os tubos de combustível e ar possuem em torno de 130 mm de altura posicionadas sobre uma

placa. No presente experimento o queimador foi adaptado de forma à atender ao sistema do

laboratório e se adequar ao espaço de trabalho disponível. Embora referências da literatura, o

modelo de queimador utilizado é construído como peça única, optou-se aqui por construí-lo

com um encaixe de duas peças, para melhor possibilitar sua desmontagem.

A alimentação em ar do queimador se faz por quatro entradas situadas ao redor da base, com

conexões do tipo DIM ¼” NPT para a entrada de ar. Já a entrada de combustível é uma conexão

½” NPT, pois a tubulação é do mesmo material que o tubo de fornecimento de combustível,

porém com diâmetro diferente.

O tubo de combustível é suficientemente longo para permitir que o escoamento de combustível

seja desenvolvido no momento que deixa o queimador. Tipicamente, o escoamento de

combustível do queimador tem uma vazão de 0,194 L/min e o escoamento de ar de 284 L/h.

Estas vazões correspondem ao regime laminar de escoamento ao longo da tubulação de

alimentação.

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Figura 9: Queimador de Gülder, à direita a parte interna e à esquerda, a parte externa.

C. Calibração do Queimador

Foi feita a calibração do sistema utilizando o queimador Gülder, construído para o estudo

experimental. Primeiramente, foi realizado o alinhamento do queimador no aparato para que

todos os feixes de laser passassem pelo centro da chama ao longo de toda chama, em seguida

foi feito o alinhamento dos espelhos que refletem o feixe de laser no fotodetector, depois foi

feito o ajuste do sistema de elevação do equipamento composto pelo queimador tal como pode

ser visto na figura 9.

Figura 10: Sistema de locomoção vertical do sistema composto pelo queimador de Gülder

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.

A calibração do sistema de medição da extinção envolve duas etapas principais. A primeira é

feita sem a passagem do laser e é realizada pelo software DaVis, Lavision, e estabelece o ponto

de referência inicial (zero) para as medidas. A segunda ocorre com a passagem do laser, mas

sem nenhuma interferência, isto é, sem chama. Esta segunda medida é usada como um

referencial de 100% (fundo de escala) do sinal transmitido através caminho óptico, sem

atenuação.

Uma vez calibrado o sistema, são feitos os ensaios. O primeiro combustível ensaiado foi o GLP.

Acende-se a chama e espera-se por alguns minutos até que o sistema aqueça, isto é, até se obter

um regime permanente. São então ajustadas as vazões de ar e combustível nos seus valores de

trabalho; com a vazão fixa é variada a altura HAB do queimador, com um passo de 10 mm, a

partir da posição inicial do aparato (17,30 cm). São realizadas medidas da extinção para altura,

também usando o software DaVis, Lavision. No caso do estudo da combustão do GLP, foi feita

a varredura da extinção para 8 valores de HAB e 5 vazões diferentes. Para o segundo

combustível, eteno, foi repetido o mesmo procedimento do GLP, mas com diferente número de

vazões utilizadas, por causa de flutuações na chama e de seu comprimento. O número de alturas

HAB medidos para os dois combustíveis foi determinado pelo comprimento de chama visível,

e pela pratica consagrada na literatura [14]. As vazões empregadas e alturas analisadas podem

ser observadas na tabela 2 para o GLP e na tabela 3 para o eteno.

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Tabela 2: Dados de entrada das vazões de trabalho e alturas HAB de GLP medidos.

Vazão (L/min) Altura HAB (mm)

10

20

10

20

10

20

30

40

10

20

30

40

50

60

10

20

30

40

50

60

70

80

GLP

0,12

0,09

0,07

0,05

0,04

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Tabela 3: Dados de entrada das vazões de trabalho e alturas HAB de eteno medidos

Vazão (L/min) Altura HAB (mm)

5

10

15

20

25

10

20

30

40

10

20

30

40

50

60

10

20

30

40

60

70

80

0,24

0,19

0,15

0,1

ETENO

Resultados e Discussões A. Resultados encontrados na literatura

A partir da literatura é possível comparar os resultados do queimador Mckenna e do queimador

Gülder para combustível eteno em função da altura. Na figura 11 pode-se observar resultados

para o queimador Gülder, à esquerda, aonde se tem frações volumétricas de fuligem para

variadas alturas acima do queimador e diferentes materiais do queimador utilizado e à direita

da imagem tem-se resultados para o queimador Mckenna também para combustível eteno com

fração volumétrica de fuligem em função da altura acima do queimador e com adições de H2

mantendo a razão carbono/oxigênio e aumentando a riqueza da mistura.

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Figura 11: Na figura à esquerda temos os perfis de fração volumétrica de fuligem de eteno para o queimador Gülder como uma função da posição radial na chama à alturas de 10, 20, 30 e 40 mm, com três materiais diferentes [5]. À direita temos o perfil de fração volumétrica de fuligem pela técnica de extinção, utilizando queimador McKenna de bronze [8].

Com resultados apresentados por Iullis [8] pôde-se avaliar que para queimador Mckenna e

combustível eteno com o aumento da altura aumenta a fração volumétrica de fuligem e ainda

assim esse valor é muito baixo quando comparado com o mesmo combustível e utilizando o

queimador Gülder. Os valores obtidos para o queimador Gülder são 60 vezes maiores que o

Mckenna, e para materiais de vidro e aço temos maiores frações volumétricas de fuligem para

alturas maiores acima do queimador [5].

Na figura 11 é possível constatar que os valores de fv medidas no queimador Mckenna são cerca

de 1 a 2 ordens de grandeza inferiores áqueles encontrados no queimador Gülder. Isto faz com

que a medição de fv no queimador Mckenna usando a técnica de extinção seja de mais difícil

realização. De fato, o erro relativo na medida de fv é maior neste caso. Esta é uma razão

suplementar da escolha do queimador Gülder neste trabalho.

B. Medições de Fuligem Realizadas num Queimador Gülder

Os ensaios realizados para a qualificação do queimador Gülder foram feitos em função da

medição de fração volumétrica de fuligem e a partir dos dados obtidos pelo software Davis, foi

possível determinar a fração volumétrica de fuligem usando o Microsoft Excel como

ferramenta. Os parâmetros utilizados para calcular a fração de fuligem foram extraídos dos

dados brutos fornecidos pelo software. Os valores usados na equação de fração volumétrica de

fuligem, equação 3, foram os valores médios, resultando num valor médio de fv.

𝑓𝑉 = λ

6𝜋

𝐾𝑒𝑥𝑡

𝐸(𝑚).

Equação 3

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Onde λ é o comprimento de onda do laser, Kext é o coeficiente de extinção (cm-1), E(m) é a

quantidade relativa de luz laser absorvida na região de medição e fv é a fração volumétrica de

fuligem (ppm).

Os resultados obtidos utilizando a técnica de extinção da luz para a fração volumétrica de

fuligem podem ser observados nas figuras 12, 13, 14 e 15.

Figura 12: Caminho óptico em função da altura do queimador para os combustíveis eteno e GLP.

Na figura 12 pode-se observar o caminho óptico da chama para os combustíveis eteno e GLP em

função da altura da chama acima do queimador, o comportamento do caminho óptico em ambos

combustíveis é o esperado decrescendo seu valor para cada incremento de altura da chama. Isto

ocorreu devido a geometria da chama que tem um valor de L maior perto da superfície do queimador

e esse valor vai diminuindo conforme se aproxima da ponta da chama.

Figura 13: Coeficiente de extinção em função da altura acima do queimador para os combustíveis eteno e GLP.

Na figura 13 é apresentado os resultados para ambos combustíveis, eteno e GLP, do coeficiente de

extinção, Kext, em função da altura HAB. O coeficiente de extinção é diretamente proporcional ao

negativo do logaritmo da transmitância e inversamente proporcional ao caminho óptico, sendo

aproximadamente 10 vezes menor que o valor da extinção. Assim conforme ocorre o aumento da

extinção e a diminuição do caminho óptico, o coeficiente de extinção aumenta.

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Figura 14: Extinção em função da altura acima do queimador para os combustíveis eteno e GLP.

Na figura 14 é possível observar os valores de extinção em função da altura para os

combustíveis eteno e GLP e diferentes valores de vazão de alimentação. Para o combustível

GLP observou-se que para baixas vazões a fuligem é quase totalmente oxidada e para altas

vazões o tempo de residência das partículas é menor fazendo com que elas sejam arrastadas e

expelidas pela ponta da chama. Já o combustível eteno segue o mesmo perfil de extinção que o

GLP salvo que a formação de particulados de fuligem é menor para este combustível devido a

sua menor cadeia de carbono, mas ainda assim é possível ver fuligem escapando pela ponta da

chama em vazões altas devido ao baixo tempo de residência do sistema.

Figura 15: Fração volumétrica de fuligem em função da altura HAB acima do queimador para os combustíveis eteno e GLP.

Na figura 15 é apresentado os resultados de eteno e GLP para fração volumétrica de fuligem

em função da altura da chama acima do queimador e para diferentes vazões. A fração

volumétrica de fuligem foi determinada usando-se a equação 3; é possível observar que os dois

combustíveis seguem o mesmo perfil de formação de particulados de fuligem; a fração

volumétrica de fuligem varia linearmente com coeficiente de extinção, sendo para baixas

vazões seu valor é menor e praticamente constante devido a maior oxidação dos particulados

de fuligem e para altas vazões, a fração volumétrica de fuligem aumenta devido a não oxidação

total das partículas em virtude do baixo tempo de residência da chama.

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Conclusões Com o experimento ensaiado foi possível aprender as aplicações dos conceitos estudados tais

como termodinâmica da combustão, formação de particulados devido a oxidação incompleta

dos combustíveis, técnicas, tecnologias e métodos de análises utilizados para qualifica e

quantificar a emissão de poluentes. A técnica da extinção da luz, empregada para a

determinação da fração volumétrica de fuligem utilizando os queimadores Mckenna e Gülder

apresentou resultados coerentes com os disponíveis na literatura, em termos qualitativos e

quantitativos. Em particular a curva da fv em função da altura ao longo da chama por meio da

técnica de extinção para o combustível eteno mostrou comportamento similar aos resultados na

literatura [5].

Por meio da quantificação da fração volumétrica de fuligem do queimador Gülder e dos

resultados apresentados na literatura para ambos queimadores, Mckenna e Gülder, é possível

afirmar que a técnica da extinção da luz permite medir a formação de fuligem em chamas

laminares.

Na continuação deste estudo pretende-se concluir a adaptação do queimador Gülder para

realizar medidas de fração volumétrica de fuligem em chamas de biodiesel/ar.

Referências 1. MINISTÉRIO de Minas e Energia. Balanço energético nacional. Disponivel em:

<https://ben.epe.gov.br/>. Acesso em: 10 novembro 2015.

2. SMALLWOOD, G. Spectrally resolved measurement of flame radiation to determine soot

temperature and concentration. Aiaa Journal, Canadá, Abril 2009. 1789-1795.

3. BOSSCHAART, J.; GOELY, P. Detailed analysis of the heat flux method for measuring burning

velocities. Combustion Flame, v. 132, p. 170-180, 2003.

4. AXELSSON, B.; COLLIN, R.; BENGTSSON, E. Laser-induced incandescence for soot particle size

measurements in premixed flat flames. Appl Opt, 2000.

5. GÜLDER, L.; THOMSON, A.; SNELLING, R. Effect of fuel nozzle material properties on soot

formation temperature field in coflow laminar diffusion flames. Combustion and Flames, 2005.

144.

6. FRANCISCO, W.; OLIVEIRA, M.; HEIL, A. Laminar Flame Speed Measurements of Natural Gas/Air

Mixtures Using a Flat Flame Burner. COBEM, 2013.

7. MIGLIORINI, F. et al. How “flat” is the rich premixed flame produced by your McKenna burner?

Combustion and Flame, v. 153, p. 384-393, 2008.

8. IULIIS, S. A shock tube and burner study soot growth rate from ethylene in presence of

hydrogen by different optical diagnostics. Thèse Dottorato in Energetica - Université DÓrléans

Politecnico di Milano. Milano, p. 208. 2009.

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9. SNELLING, R. et al. Spectrally resolved measurement of flame radiation to determine soot. AIAA

Journal, v. 40, 2002.

10. SNELLING, R. et al. Two-dimensional imaging of soot volume fraction in laminar diffusion flames.

Applied Optics, v. 38, n. 12, p. 2478-2485, 1999.

11. SOSMAN, P. et al. Técnicas espectroscópicas para detecção e monitoramento de poluentes

atmosféricos. Revista CiÊmcia e Tecnologia, v. 14, p. 44-54, 2006.

12. MERCHAN-MERCHAN*, W.; MCCOLLAM, S.; PUGLIESE, J. F. C. Soot formation in diffusion

oxygen-enhanced biodiesel flames. FUEL, Norman, OK, 15 Abril 2015. 129-141.

13. INCROPERA, F. P.; BERGMAN, T. L.; LAVINE, A. S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 7ª.

ed. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2011.

14. BOBBY, B. Development and Validation of an Experimental Apparatus. University of Toronto -

Mechanical and Industrial Engineering. Toronto. 2013.

15. OLOFSSON, N. Laser-Induced Incandescence and Complementary Diagnostics for Flame Soot

Characterization. Lund University - Department of Physics. Sweden, p. 88. 2014.