Estudo experimental do limite de descolamento de chamas pré-misturadas de biogás

Abstract

A matriz energética brasileira é dependente dos processos de combustão, evidenciados pelo uso de combustíveis, renováveis ou não. Neste trabalho foi investigada a estabilidade chamas pré-misturadas de biogás sobre pórticos circulares. Utilizou-se da teoria do gradiente de velocidade próximo á parede para identificação do limite de descolamento, e da técnica PIV para detalhamento do escoamento. Obteve-se os gradientes do limite de descolamento para 25 misturas e 3 campos de velocidade em situações relativamente próximos do limite de descolamento da chamas. Os gradientes de velocidade do limite de descolamento de combustível puro foram comparados com a literatura. Com a técnica PIV, foi possível visualizar os efeitos difusivos e convectivos nas chamas, não identificando grandes diferenças entre aquelas sob efeito de diluição ou não. A velocidade de chama das misturas foi obtida pelo método de Bunsen, onde a área do cone de chama foi identificado a partir do divergente do campo de velocidades, técnica pouco difundida na literatura. O 𝐶𝑂2 teve efeito redutor tanto nos gradientes, de aproximadamente 53 % para diluição de 40 % do volume de combustível, quanto nas velocidades de chama, de 18 % para diluição de 30 % do volume de combustível.

The Brazilian energy matrix is dependent on combustion processes, evidenced by the use of fuels, renewable or not, thus it is essential to investigate this phenomenon for its better and safe use. Biogas, a mixture of 𝐶𝑂2 and 𝐶𝐻4, is one of the most versatile and challenging renewable fuels. The velocity gradient theory near the wall was used to identify the detachment limit and the PIV technique for the detailed study of the flow. Maximum gradients were obtained for 25 mixtures and 3 flow fields under flow conditions for specific flames. Part of the maximum gradients could be verified with the literature, and evaluate their behavior. The 𝐶𝑂2 has a reducing effect on the gradients, proportional to the diluted amount. With the PIV technique, we can visualize the diffusive and convective effects on the flames, not identifying large differences between those under the dilution or not. With the divergent velocities field, also provided by the PIV technique, it was possible to identify the flame front and the burning velocity by the Bunsen method. The results were compared with those numerically obtained, and for the mixtures with no dilution, the results were more satisfactory.