Estudo experimental da radiação térmica emitida por chamas laminares não pré-misturadas utilizando combustíveis de baixo poder calorífico

Abstract

O presente trabalho tem como objetivo avaliar o comportamento da radiação térmica emitida por chamas laminares não pré-misturadas. A energia produzida pela chama pode ser transferida para o meio por diversos mecanismos, sendo um deles a radiação térmica. O principal propósito desta medição é estimar a parcela de radiação térmica emitida por chamas produzidas a partir de diferentes concentrações de gás natural e dióxido de carbono, a fim de simular combustíveis de baixo poder calorífico. Há casos onde a emissão de radiação térmica deve ser reduzida ao máximo, como em queimadores de rejeito, os flares, existentes em plataformas petrolíferas, a fim de minimizar possíveis danos a componentes sensíveis ao calor e aos operários. Por outro lado, a presença de fuligem é fundamental para a transferência de calor em caldeiras, pois é o principal meio participante na emissão de radiação térmica. Portanto, este estudo é fundamental para a redução das emissões associada ao aumento da segurança na indústria do petróleo. Um sensor de intensidade de radiação, chamado de radiômetro, foi empregado para realizar as medições da fração de energia radiante da chama. Os resultados permitem verificar que a fração radiante é inversamente proporcional à vazão de combustível e à concentração de dióxido de carbono. Além disso, a radiação emitida pela chama em direções abaixo do plano do bocal do queimador exerce influência significativa no cálculo da energia total irradiada. Esta constatação é de extrema importância para o estudo de queimadores de rejeito.

This study aims to evaluate the behavior of the thermal radiation emitted by laminar non-premixed flames. The energy produced by the flame can be transferred to the surroundings by several mechanisms, one of them being thermal radiation. The main purpose of this measurement is to estimate the amount of thermal radiation emitted by flames produced from a combination of natural gas and carbon dioxide, in order to simulate low calorific value fuels. There are cases where the thermal radiation should be reduced as much as possible, such as waste burners, called flares, used in oil rigs in order to minimize potential damage to heat sensitive components and workers. On the other hand, the presence of soot is essential for heat transfer in boilers, as it is the major participant in thermal radiation emission. Therefore, this study is critical for reducing emissions associated with increased safety in the oil industry. A radiation sensor, also called as radiometer, was used to perform measurements of the fraction of radiant energy emitted by the flame. The results allow us to verify that the radiant fraction is inversely proportional to the fuel flow rate and to the concentration of carbon dioxide. In addition, the radiation emitted by the flame in directions below the plane of the burner nozzle has a significant influence on the total irradiated energy calculation. This finding is of extreme importance for the study of waste burners.