Estudo de queimador de flauta de queima pobre com estabilização aerodinâmica de chama

Abstract

Um dos sistemas mais populares de aquecimento de águas sanitárias é o esquentador a gás que, comparativamente com sistemas mais sofisticados, permite apenas a regulação do débito de combustível, sendo que o ar necessário à combustão é arrastado pelo jato de combustível e pelas diferenças de densidade do ar secundário. Como tal, estando este equipamento regulado para uma determinada potência térmica, poderão surgir dificuldades na eventualidade de se operar fora desta, sendo as emissões poluentes, tais como NOx e CO, mais elevadas neste caso. Assim, torna-se primordial a evolução deste tipo de sistemas, visto que, para além da compra de um equipamento mais sofisticado envolver um orçamento maior, têm também surgido atualmente maiores restrições quando à limitação de emissões. Para esta evolução deverá verificar-se um controlo mais apertado das condições de combustão e de estabilização da chama. Posto isto, a solução poderá passar pela utilização de um queimador, também designado de flauta, que opere em regime de queima pobre e em que haja um controlo local da turbulência para estabilização da chama. Uma forma eficiente de aumentar a turbulência é a colocação de estabilizadores aerodinâmicos na superfície do queimador. Desta forma, os vórtices gerados promovem a mistura ar-combustível, favorecendo uma combustão mais completa e a estabilização da chama mesmo em condições de estequiometria pobre. Considerando, assim, uma flauta com estabilização aerodinâmica de chama verifica-se no decorrer do presente trabalho que esta opera realmente em condições de estequiometria pobre, com um rácio mássico ar-combustível de 14,69, testado experimentalmente. Assim, torna-se possível a realização de uma combustão completa, emitindo, desta forma, menos componentes poluentes para a atmosfera.

Gas powered instantaneous and atmospheric water heaters are amongst the most popular devices for domestic applications, the simplest configuration. It only allows the control of fuel flow, being the air necessary to the combustion entrained by the fuel jet and by the density differences of the secondary air. Therefore, being this equipment set to a given thermal output, difficulties may arise in case of operating out of this set point, and so the pollutant emissions, such as NOx e CO, are higher in this case. Thereby, it becomes of great importance to develop this kind of water heaters, since other kinds of devices are more expensive and there is nowadays more restrictions concerning the emissions limits. In order to accomplish such evolution, there should be a more rigorous control of the combustion conditions and of the flame stabilization. Hereupon, the solution may be the use of a burner, which operates under lean conditions and offers a local control of the turbulence for the flame stabilization. An efficient way of increasing the turbulence is the assembly of aerodynamical stabilizers on the burner surface. By this way, the generated vortices promote the mixture of air and fuel, allowing a more complete combustion and the flame stabilization even under lean conditions. Considering now such a burner with aerodynamical flame stabilization, along this report it has been experimentally tested that this burner operates under lean conditions, being the air-fuel mass ratio of 14,69. Thereby, a complete combustion can be achieved with a lower release of pollutant emissions to the atmosphere.