Projeto e construção de sistema de captação de partículas por sonda termoforética para análise morfológica da fuligem produzida em chamas de difusão

Abstract

A fuligem é um poluente comumente encontrado em sistemas de combustão que se relaciona a danos ambientais e riscos para a saúde. Por outro lado, a fuligem também pode ser benéfica quando o objetivo é aumentar a troca térmica por radiação em chamas. O estudo da morfologia da fuligem tem um papel relevante na compreensão dos processos de formação e consumo deste poluente. Este trabalho tem como objetivo projetar, construir e validar um sistema de captação de fuligem por sonda termoforética, que permita analisar as diferentes fases de crescimento e oxidação da fuligem produzida em chamas laminares de difusão. A análise das partículas é feita por microscopia eletrônica de transmissão. O sistema de coleta construído teve o tempo de residência da sonda dentro da chama regulado por um sistema de detecção especialmente desenvolvido. Através da análise de imagens obtidas por uma câmera de alta velocidade, verificou-se a perturbação na chama causada pela sonda e analisou-se o movimento do sistema de coleta da fuligem. A análise em microscópio eletrônico de transmissão das amostras coletadas permitiu obter dados de diâmetro das partículas de fuligem e calcular a fração volumétrica em cada ponto de medida, obtendo resultados condizentes com a literatura, tanto qualitativamente quanto quantitativamente.

Soot is a pollutant commonly found in combustion systems, which relates to environmental damage and health risks. On the other hand, soot may also be beneficial when the goal is to increase the heat exchange by radiation in flames. The study of soot morphology plays an important role in understanding the formation and consumption of this pollutant. This paper aims to design, build and validate a thermophoretic sampling soot deposition system in order to analyze the different stages of growth and oxidation of soot produced in laminar diffusion flames. The particle analysis is done by transmission electron microscopy. The probing system had its residence time inside the flame calibrated by a detection system especially developed. Through the analysis of images obtained with a high speed camera, it was observed the disruptions in the flame caused by the probe and it was analyzed the movement of the soot probing system. With the analysis of the samples in a transmission electron microscope it was possible to obtain diameter data of the soot particles and to calculate the volumetric fraction in each measuring point, obtaining results consistent with the literature, both qualitatively and quantitatively.