Análise das propriedades geométricas e radiativas de chamas turbulentas difusivas de gás natural com diluição de CO2 e interação de um escoamento transversal de ar

Abstract

Chamas provenientes da queima de combustíveis em plataformas de extração de petróleo e em refinarias atraem grande interesse devido às questões ambientais, econômicas e de segurança envolvidas no processo. O entendimento do comportamento de tais chamas é muito importante, por exemplo, no projeto de flares utilizados na queima do combustível, o qual apresenta-se, geralmente, como uma mistura de gás natural e dióxido de carbono. O objetivo deste trabalho é o de caracterizar experimentalmente chamas turbulentas difusivas resultantes da queima desta mistura com a interação de um escoamento transversal de ar. Uma bancada experimental foi construída a fim de proporcionar o vento na direção das chamas, as quais foram filmadas e, após o processamento das imagens, foram obtidos seus parâmetros geométricos. Além disso, foi medido o fluxo de calor radiativo emitido por cada chama em diversos pontos de planos paralelos ao plano da chama. A metodologia proposta por Majeski et al., 2004, para a estimativa do comprimento de chama foi analisada e validada para as chamas testadas neste trabalho. Através dos dados experimentais, foram propostas correlações para a estimativa das demais propriedades geométricas e radiativas estudadas. O modelo proposto para a estimativa do fluxo radiativo emitido, complementado pelas outras correlações aqui desenvolvidas, apresentou resultados satisfatórios, com um erro médio geral de 11,6% em relação aos dados experimentais das 45 chamas testadas.

Flames resulting from the burning of fuels in oil extraction platforms and refineries are of much interest due to the environmental, economic and safety issues involved in the process. Understanding the behavior of such flames is very important, for example, in the design of the flares used to burn the fuel, which is, usually, a mixture of natural gas and carbon dioxide. The objective of this work is, therefore, to characterize, experimentally, turbulent diffusion flames resulting from the burning of such mixture in crossflow. An experimental apparatus was built in order to supply the air crossflow towards the flames, which were recorded and, after the image processing, their geometric parameters were acquired. Moreover, the radiative heat flux emitted by each flame was measured at many positions on different planes parallel to the flame plane. The methodology proposed by Majeski et al., 2004, to estimate the flame length was analyzed and validated for the tested flames. With the experimental data, correlations were proposed to estimate the other geometric and radiative properties studied in this work. The proposed model to estimate the radiative heat flux, complemented by the other correlations developed, presented satisfactory results, with a general mean error of 11.6% with respect to the experimental data from the 45 tested flames.