Queimadores De Óleo

Introdução

O queimador tem por finalidade obter calor através da queima dos combustíveis. Os combustíveis podem ser líquidos (óleo pesado e leve com diversas viscosidades), sólidos (carvão) ou gasosos (gás natural, gás de petróleo liquefeito, gás metano entre outros).

Em geral, o queimador é um dispositivo que faz com que exista o contato entre o combustível e o oxigênio num tempo e numa temperatura suficiente para que ocorra uma contínua ignição e uma combustão completa. Como a maioria das reações de combustão acontece preferencialmente na fase gasosa este processo é dependente do tempo, da temperatura e da turbulência, assim estes três T’s influenciam na velocidade de queima após a ignição do combustível.

Para que ocorra uma mistura uniforme do ar com o combustível é necessário que toda a partícula do combustível esteja em contato com o oxigênio. O aumento da turbulência, que pode ser gerada pelo queimador, contribui para esta mistura. Mas também existem outras duas fontes de energia para se obter uma mistura adequada, que são a perda de pressão do ar ao longo do queimador (tiragem disponível) e a energia de descarga do combustível na corrente do ar.

Para que a reação de combustão seja perfeita, esta é obtida através da mistura e queima de partes exatas de ar e combustível de forma que nada seja desperdiçado. A boa qualidade da mistura ar/combustível é importante para garantir que esta será uniforme ao longo da zona de queima.

Nos quesitos segurança e confiabilidade operacional são levadas em conta duas características importantes do queimador, ignição e estabilidade.

A ignição do combustível em um queimador é normalmente obtida pela aceleração da reação de oxidação através da introdução de uma fonte externa de calor em um ponto determinado (piloto) até que a própria reação libere uma quantidade de calor superior a perdida para a vizinhança. A menor temperatura possível para a manutenção da ignição é denominada “temperatura mínima de ignição da mistura ar/combustível”.

Já a estabilidade de um queimador depende de sua capacidade de manter o valor da temperatura mínima de ignição de uma mistura em algum ponto dentro do queimador, pois este valor está dentro do limite de flamabilidade. Esta condição deve ser mantida dentro de uma ampla faixa de taxas de queima e de relações ar/combustível independentemente da temperatura da vizinhança. Além disso, a velocidade de propagação da chama, que é função de muitas variáveis, tais como, a temperatura, a qualidade de mistura e a relação ar/combustível, deve ser equilibrada com a velocidade da mistura ar/combustível.

Os queimadores não devem ser considerados isolados do forno, pois alguns dependem da temperatura do meio (vizinhança) para manter a estabilidade. Para este tipo de queimadores instáveis é necessário se operar com taxas reduzidas ou com relações ar/combustível muito restritas até que o forno esteja aquecido à temperatura necessária para a manutenção da estabilidade.

O valor da temperatura após o início da combustão é o parâmetro que governa diretamente a velocidade ou tempo de queima quando os demais parâmetros são mantidos constantes. Para um determinado par inicial de temperatura de combustão e grau de turbulência, o que ocorre ao se aumentar a turbulência é o aumento das reações de combustão proporcionalmente, resultando na elevação da temperatura devido a diminuição da transferência de calor durante o processo de combustão. Desta forma, a queima de combustíveis se processa com uma determinada velocidade e em concordância com os três T’s da combustão.

A turbulência criada pelo combustível e pelo ar através do queimador e o consequente grau de mistura alcançado influenciam a temperatura e a velocidade de combustão. Os graus de turbulência e da mistura determinam o excesso de ar requerido pelo queimador. Por exemplo, um queimador projetado para alta perda de carga do ar tem normalmente melhor mistura que um queimador para tiragem natural, ao qual opera com baixas pressões de ar. O aumento no excesso de ar compensa a redução na qualidade de mistura e geralmente assegura que o oxigênio esteja presente em todas as partes da zona de combustão em quantidades suficientes para garantir a combustão total.

Uma vez que a ignição seja alcançada, o adequado projeto de um queimador deve garantir a manutenção da ignição mesmo quando em vizinhanças “frias” e a estabilidade do queimador. O projeto dos queimadores foi desenvolvido de forma a garantir a manutenção da ignição pela adição do seu próprio isolamento térmico (refratário isolante).

Componentes do Queimador

A forma como o combustível é descarregado para se obter a mistura ar/combustível é um dos parâmetros fundamentais do projeto de um queimador, pode-se utilizar um bocal simples ou múltiplos bocais para o combustível.

Combustíveis Utilizados

Como descrito inicialmente os combustíveis utilizados em um queimador pode ser líquido, sólido ou gasoso.

A queima de um ou outro combustível não é indiferente ao queimador, pois cada chama contem propriedades que influenciam na formação de poluentes, na potencia debitada e até no material e na dimensão do queimador.

O combustível sólido mais usado é o carvão, mas este é aplicado mais em termoelétricas. Devido a problemas ambientais, como a grande emissão de poluentes, a sua aplicação tende a diminuir.

No combustível gasoso, o gás tem geralmente uma liberação de calor mais rápida, seguido pelo óleo e pelo carvão, isto acontece devido à inexistência de volatilização. Apesar disso, a emissividade da chama de gás não é suficiente para manter um fluxo de calor elevado nas primeiras fases da reação, como os outros combustíveis, o que resulta num aumento de temperatura. As regiões de gases quentes expandem, preenchendo o volume da câmara de combustão, gerando emissividade suficiente para sustentar um fluxo de calor elevado, para que ao chegar ao final da câmara, 64% da energia térmica de entrada tenha sido transferido para as paredes.

Já o óleo tem uma liberação de calor inicial relativamente elevada, acompanhada da formação de fuligem, fator dominante na emissividade. Esta característica traduz-se num perfil do fluxo de calor com um maior pico para o óleo do que para o gás, pico esse que cai substancialmente depois de cerca de 1/3 do comprimento da câmara de combustão. No final da câmara 78% da carga térmica de entrada foi transferida para as paredes.