Estudo experimental da radiação térmica emitida por chamas laminares de difusão

Abstract

O presente estudo consiste na realização de medições experimentais da radiação térmica emitida por chamas laminares, produzidas a partir da combustão de gás natural veicular e ar ambiente. Para tanto, foi montada uma bancada contendo um queimador típico de chamas não pré-misturadas. Um sensor fotocondutor foi conectado a um osciloscópio, a fim de realizar as medições do fluxo de calor radiante da chama. Assim, foram realizadas medições na região do infravermelho em uma faixa do espectro de comprimento de onda, entre 1,5 e 4,8 m. A energia total emitida para o ambiente foi obtida a partir da integração do fluxo radiante, medido em diferentes configurações de chama, na área lateral de um cilindro virtual. Os resultados permitem quantificar a fração radiante e comparar com modelos descritos na literatura. Além disso, foram utilizados filtros ópticos espectrais passa-banda, centrados em 3,75 e 4,75 m, a fim de avaliar a contribuição da radiação térmica emitida pelas partículas de fuligem e pelo CO2 contido nos gases quentes produzidos a partir da reação do combustível. Os resultados das medições mostram que a fração de energia transferida pelo mecanismo de radiação térmica é responsável por cerca de 10% da energia química do combustível, por conseguinte, cerca de 2% desta quantidade de radiação emitida é proveniente das partículas de fuligem e cerca de 14% é devido ao CO2. Estes resultados são importantes para auxiliar no desenvolvimento de modelos numéricos, a fim de representar o perfil do fluxo radiante.

The present study consists of carrying out experimental measurements of thermal radiation emitted by laminar flames produced from combustion of natural vehicle gas and ambient air. Therefore, we built a workbench containing a non premixed flames typical burner. A intensity radiation sensor was connected to an oscilloscope in order to perform the measurements of the flow of radiant heat from the flame. Thus, measurements were made in the infrared spectral range, between 1,5 and 4,8 μm wavelength. The total energy emitted to the ambient has been obtained from the integration of the radiant flux, measured in different flame configurations, on the lateral area of a virtual cylinder. The results allow to quantify the radiant fraction and compare models described in the literature. Moreover, bandpass spectral optical filters were used, centered at 3.75 and 4.75 μm, in order to assess the contribution of thermal radiation emitted by the soot particles and the CO2 contained in the hot gases produced from the fuel reaction. The measurement results shows that the fraction of energy transferred by the mechanism of thermal radiation is accounted for about 10% of the latent energy of the fuel, therefore, approximately 2% of this radiation quantity is produced by soot particles and about 14% due CO2. These results are important to support numerical models development that represent the profile of the radiant flux.