Baixe Queimadores Combustíveis Liquidos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Queimadores para combustíveis líquidos Introdução: Em geral os queimadores de combustíveis líquidos são semelhantes aos queimadores a gás, pois a queima se produz na fase vapor. Neste sentido podemos identificar duas situações bem distintas; • Queima de combustíveis líquidos previamente vaporizados, como é o de algumas aplicações industriais de líquidos de baixo ponto de ebulição (exemplo: querosene). Este caso deve ser tratado como combustão de gases. • Queima de combustíveis líquidos pulverizados (pequenas gotículas de líquidos) na câmara de combustão. Em processos de combustão industrial a queima de líquidos na forma de “sprays” tem considerável importância em função da grande diversidade de aplicações (geração de vapor, aquecimento de fornos, geração de gases quentes, etc.), representando quase que a totalidade das chamas industriais destes combustíveis. Processo de queima com pulverização (Sprays): • Este processo pode ser descrito como a divisão do líquido gerando uma névoa de pequenas gotas, denominado nebulização (atomização), que posteriormente mistura-se ao comburente (ar na maioria das vezes), proporcionando condições para a combustão, que ocorre ao nível das gotas. • Difere dos combustíveis gasosos premisturados, pois não apresenta composição uniforme. • O ‘’spray’’ constituído de gotas de combustível pode ter uma larga faixa de tamanhos de gotas que podem se mover em diferentes direções e velocidades em relação ao fluxo gasoso. • Esta ausência de uniformidade provoca irregularidades na propagação de chama e a zona de combustão não se apresenta geometricamente bem definida. • No interior de câmaras de combustão ocorrem diversos fenômenos como escoamento de misturas complexas multifásicas, trocas de calor entre chama e invólucro, entre outros, que tornam o processo bastante complexo Nebulização do combustível: • O propósito principal do processo de nebulização do combustível é a divisão do líquido em gotas de menor tamanho possível, gerando um fino ‘’spray’’ (5 µm < d < 500 µm). • A divisão proporciona um aumento significativo da área de contato entre combustível e comburente e como decorrência um aumento nas taxas de evaporação e combustão que ocorrem na interface líquido-gás Exemplo: tomemos como exemplo hipotético a divisão de apenas uma gota de diâmetro inicial D igual a 1 cm em N gotas, todas com mesmo diâmetro final d igual 100 µm gotas 10 d D 6 d 6 D N 63 3 3 3 == π π = 100 D dN gota Spray 2 2 == Número de gotas Relação área superficial • Para o mesmo volume de líquido, com a divisão obtém-se uma área superficial de cerca de cem vezes maior. • Num caso real, onde se produz um spray de diferentes diâmetros de gotas, é possível dividir um volume de 1 cm3 de líquido em 107 gotas, ou ainda, 1 kg óleo combustível se expandido em gotas com área superficial total de até 120 m2. Mecanismos de Formação de Sprays: Seja qual for o princípio ou dispositivo utilizado, o processo de nebulização ocorre quando se obtém à saída do bocal através do qual o líquido é injetado, uma película fina de espessura da ordem de micra (µm). Esta película logo em seguida, torna-se instável rompendo-se em gotas e placas, sendo que estas últimas, sob a ação da tensão superficial, adquirem a forma de gotas aproximadamente esféricas. Estes fenômenos ocorrem durante frações de segundo, logo após o líquido deixar o bocal. Formação de um spray ideal obtido a partir de um jato de água plano escoando em regime laminar. Observa-se que na expansão da película ocorrem oscilações na superfície que, à medida que a película se expande provoca a desintegração da mesma formando ligamentos. Estes ligamentos tornam-se instáveis rompendo-se em segmentos, que sob à ação da tensão superficial, assumem a forma esférica. Várias formas de orifícios e correspondentes valores coeficientes de descarga: Bocais do tipo câmara de rotação (“Pressure Swirl”) • Neste tipo de bocal nebulizador o líquido é introduzido tangencialmente numa câmara situada imediatamente à montante do orifício de descarga, deixando este na forma de ume película que se expande na forma de um cone oco. • Esta película à medida que se expande tem sua espessura reduzida, desintegra-se à frente em gotas segundo os mecanismos citados anteriormente, gerando uma névoa de gotas que constitui o “spray”. Estágios do desenvolvimento do spray com o aumento da pressão de injeção do líquido a) pressão é muito próxima de zero; b) o líquido deixa o orifício na forma de um cilindro distorcido; c) forma-se um cone junto do orifício que se contrai sob ação da tensão superficial (“cebola”); d) a película (“tulipa”) rompe-se em gotas formando um “spray grosseiro” e finalmente e) obtém-se o spray plenamente desenvolvido. Efeito da pressão de injeção e da viscosidade do óleo no aspecto visual do spray de um determinado bocal de nebulização por pressão de líquido. As relações entre as vazões máximas e mínimas (“turn-down”) que permitem obter resultados satisfatórios é da ordem de 1:1,5, limitando portanto a utilização em instalações que operam em regime contínuo de carga, sem grandes variações de carga. Bico com dispositivos que permitem atuar sobre as áreas de passagem em função de variações no consumo, com objetivo de ampliar a faixa de capacidades destes bocais. Com a finalidade de ampliar a faixa de capacidades dos bocais de pressão direta de óleo, foram desenvolvidos os chamados de nebulização por pressão com retorno. Consiste basicamente de alimentar-se o bocal com vazão de líquido maior do que a consumida, fazendo com que o excesso que não foi nebulizado retorne para uma linha de óleo de retorno, dotada de válvula reguladora de pressão. Nebulização com fluido auxiliar ou pneumática • Na nebulização com fluido auxiliar ou pneumática a injeção do líquido é feita com pressões relativamente mais baixas do que na nebulização por pressão, com auxílio de um fluido gasoso (ar ou vapor) que transfere quantidade de movimento ao líquido que está sendo nebulizado. • Neste tipo de nebulização os mecanismos descritos anteriormente para a desintegração da película são desencadeados pelo fluido auxiliar, iniciando-se em muitos casos, ainda no interior do próprio bocal. Existem bocais em que a mistura líquido-fluido auxiliar é feita externamente ao bocal nebulizador, como é o caso dos bocais da figura abaixo. Em (a) o líquido deixa o orifício na forma de um jato cilíndrico que se expande, entrando em contato com o jato de ar que é introduzido no queimador com pressões máximas relativamente baixas, cerca de 0,16 bar. Em (b) o líquido entra em contato com o fluido de nebulização já na forma de uma película Bocais de nebulização com fluido auxiliar de baixa pressão e média pressão. 1 – líquido; 2 – ar; 3 – filme de líquido; 4 – borda de descolamento do filme Há outros bocais em que a mistura do fluido de nebulização com o líquido ocorre no interior do bocal em diferentes configurações. 1 – líquido; 2 – ar/vapor; 3 – orifício de líquido; 4 – orifício de ar/vapor; 5 – câmara de mistura; 6 – orifícios de descarga