Medição de velocidade de propagação de chama em dutos fechados por meio de fotodiodos

Abstract

O presente trabalho teve o objetivo de testar um método de medição de velocidade de propagação de chama em dutos fechados utilizando fotodiodos. A bancada experimental é constituída por 3 módulos. Somente o primeiro módulo foi utilizado para a análise desse trabalho. A bancada experimental para estudo de propagação de chamas está disponível no Laboratório de Combustão do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Propôs-se um método para a aquisição da velocidade de propagação da chama que tem potencial de capturar deflagrações e detonações, dependendo da velocidade de aquisição disponível. O método consistiu em usar fotodiodos, ligados a um osciloscópio, para capturar a passagem da chama. O osciloscópio faz a leitura da variação de tensão resultante da passagem da chama. As misturas estudadas foram ([50% CH4 + 50% H2] + Ar), (CH4 + Ar), (CH4 + 10% He + Ar) e ([15% CH4 + 85% H2] + 20% He + Ar). No primeiro módulo, a velocidade da chama cresce quase que linearmente, os resultados se mostraram coerentes com a que se encontra na literatura e com testes realizados anteriormente na mesma bancada utilizando uma câmera de vídeo de alta velocidade. Os resultados apresentados demonstram velocidades máximas de aproximadamente 2 metros por segundo e apresentam aceleração positiva. As misturas que são compostas em parte por Hélio demonstraram velocidade máxima menor que as demais misturas e apresentaram a desaceleração e inversão de frente de chama ainda no intervalo de estudo da janela 1.

The present work aimed to test a method of measuring the speed of flame propagation in closed ducts using photodiodes. The experimental bench consists of 3 modules. Only the first module was used for the analysis of this work. The experimental bench for the study of flame propagation is available at the Combustion Laboratory of the Mechanical Engineering Department of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). A method for acquiring the flame propagation velocity has been proposed that has the potential to capture deflagrations and detonations, depending on the available acquisition velocity. The method consisted of using photodiodes, connected to an oscilloscope, to capture the passage of the flame. The oscilloscope reads the voltage variation resulting from the passage of the flame. The mixtures studied were ([50% CH4 + 50% H2] + Ar), (CH4 + Ar), (CH4 + 10% He + Ar) and ([15% CH4 + 85% H2] + 20% He + Ar ). In the first module, the flame speed grows almost linearly, the results are consistent with what is found in the literature and with tests performed previously on the same bench using a high-speed video camera. The results presented demonstrate maximum speeds of approximately 2 meters per second and present positive acceleration. The mixtures that are partially composed of Helium showed a lower maximum velocity than the other mixtures and showed the deceleration and inversion of the flame front even in the study interval of window 1.