C OMPARISON OF LSWF AND HSWF

Existem vários fatores que afetam o projeto e a operação de um queimador. O objetivo principal é maximizar a mistura entre o combustível e o oxidante para assegurar combustão completa. Porém, nos dias de hoje o projeto de um queimador e sua operação deve além de proporcionar uma boa mistura entre combustível e oxidante, maximizar a eficiência de combustão e ao mesmo tempo minimizar a emissão de poluentes. Portanto, os queimadores devem ser projetados para proporcionar uma operação estável e um padrão de chama aceitável para várias condições de um processo específico, gerando um nível de emissões poluentes dentro de limites restritos (BAUKAL, 2001 e 2004).

Para assegurar uma operação satisfatória, além de minimizar as emissões poluentes, os queimadores devem ser projetados para:

x Medir o combustível e o ar de combustão na entrada dos queimadores;

x Misturar o combustível e o ar de combustão para utilizar eficientemente o combustível;

x Manter condições de ignição contínua para operação estável em toda sua faixa de operacional;

x Moldar a chama para criar uma forma de chama apropriada.

Muitos processos, como por exemplo, fornos de reaquecimento têm múltiplos queimadores instalados de modo a proporcionar uma boa distribuição de calor. O sistema de combustível deve, então, ser projetado para garantir que o combustível seja apropriadamente distribuído para todos os queimadores. Pressões uniformes para cada queimador são essenciais a uma correta operação, pois assegura que cada um dos queimadores receberá a mesma vazão de combustível do sistema.

Em relação a combustíveis gasosos, o projeto dos orifícios dos queimadores, para equipamentos que não são feitos sob medida, é comum o fabricante fornecer a curva de capacidade térmica do queimador versus a pressão para uma determinada composição e temperatura do combustível. Uma curva típica é apresentada na figura 3.1. Pode ser observado que à medida que o escoamento entra em transição para sônico, devido ao aumento de pressão, a curva se torna linear.

Para combustíveis gasosos, considerando-se escoamento compressível ou incompressível, o cálculo da vazão mássica de escoamento para um determinado orifício é dependente das seguintes variáveis:

x Pressão do combustível imediatamente a montante do orifício; x Pressão a jusante do queimador;

x Temperatura do combustível a montante do orifício; x Área do orifício e do coeficiente de descarga do orifício; x Relação entre os calores específicos, (k = Cp/Cv)

Figura 3.1 – Curva de capacidade típica de queimador. Capacidade térmica em função da pressão de entrada do combustível. (COLANNINO, 2006). 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 0 500 1000 1500 2000

C

arga T

érm

ic

a

(M

W)

Pressão (Pa)

Combustível A Combustível B Combustível C Transição para escoamento sônico

O projeto do queimador deve ser feito para assegurar que a vazão de ar requerida para as condições operacionais sejam atendidas. Assim, o orifício do queimador deve ser projetado para proporcionar a vazão de oxigênio que atenda à demanda do combustível e controlar o padrão da chama. A maior parte da perda de carga do ar de combustão ocorre no orifício do queimador.

O cálculo da vazão mássica de ar de projeto tem como base a massa específica do ar referenciada a uma determinada pressão e combustível. Quanto maior a temperatura do ar, menor a massa de oxigênio para um volume de ar definido. Se o aumento for significativamente maior que o valor de projeto, a quantidade de oxigênio não será suficiente para uma combustão completa. Inversamente, um decréscimo significativo na temperatura do ar provocará excesso de oxigênio e, consequentemente, da eficiência.

Existem basicamente quatro mecanismos para promover a mistura combustível/ar: Arrastamento (“entrainment”); mistura fluxo paralelo (“co-flow mixing”); mistura fluxo cruzado e ruptura de linhas de corrente (BAUKAL, 2001).

x Arrastamento

Uma corrente, normalmente o combustível, é utilizada para succionar a outra. À medida que a velocidade do jato de combustível é dissipada, a massa da corrente de combustível aumenta pelo arrastamento do ar de combustão, conservando a quantidade de movimento. Este mecanismo pode ser visto na figura 1.3, conceito de “jato livre”.

x Mistura Fluxo Paralelo

Quando as correntes de combustível e ar são efetivamente paralelas na direção do escoamento. Na interface destas correntes há uma alta força cisalhante, pela diferença de velocidade, que torna a região altamente turbulenta, onde os dois componentes se misturam.

3.1.2 Medição de vazão do ar de combustão

Entretanto, na situação de baixo diferencial de velocidade, o efeito de mistura se torna pequeno quando comparado ao processo de mistura fluxo cruzado. Fluxo paralelo de baixo diferencial de velocidade é uma configuração de mistura lenta.

x Fluxo Cruzado

A energia cisalhante gerada entre duas correntes escoando é maior sempre que há interseção entre as mesmas, resultando em mistura turbulenta. O ângulo de interseção entre as correntes, a velocidade relativa diferencial entre as correntes e a densidade das correntes, são fatores que incrementam a mistura entre os fluidos.

Quanto mais perto de perpendicular o ângulo de interseção, maior o grau de mistura. Entretanto, uma rápida mistura não é sempre o objetivo mais importante a ser alcançado. A forma da chama, estabilidade e emissões são condições primárias que podem ser afetadas pelo nível de velocidade de mistura.

x Ruptura de Linhas de Corrente

Turbulência pode ser aumentada através da ruptura da trajetória do escoamento de um fluido. Obstruções estrategicamente colocadas e expansões abruptas promovem alterações forçadas nas linhas de corrente do escoamento gerando turbulência. Se essas rupturas forem localizadas em região onde combustível e ar estão presentes, ocorrerá a mistura.

Um queimador deve fornecer ignição contínua e confiável da mistura combustível/ar que passa através do queimador, para toda a faixa de operação. Cada queimador deve ser projetado para proporcionar que em um determinado local combustível e ar sejam continuamente introduzidos em proporção próxima da estequiométrica, na velocidade ou abaixo da velocidade de chama da mistura, assegurando uma contínua zona de ignição.

A câmara de combustão de um forno e a chama de um queimador, em cada processo específico, são projetados para proporcionar uma eficiente transferência de calor para a carga do processo. Assim, as dimensões (comprimento e largura) e a forma da chama devem ser projetadas em função da carga térmica e leiaute dos fornos e dos queimadores, de modo a fornecer um padrão adequado de transferência de calor.

In document Field-Scale Modeling of Low Salinity Water Flooding - Wettability Alteration (sider 71-79)