Estudo experimental da queima de biodiesel em regime de combustão sem chama visível

Edson Orati Silva¹; Anton Skyrda Veríssimo¹; Ana Maura Araujo Rocha²; Ely Vieira Cortez²; Fernando de Souza Costa²; Hélcio José Izário³; João Andrade Carvalho¹

¹ Universidade Estadual Paulista, Campus de Guaratinguetá, Departamento de Energia; ² Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Laboratório Associado de Combustão e Propulsão; ³ Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de Lorena, Departamento de Engenharia Química

doi:10.20906/CPS/CON-2016-1099

Resumo

A combustão é a principal fonte de energia e de emissão de poluentes. Os gases do efeito estufa são responsáveis pelo aquecimento global, enquanto que os óxidos de nitrogênio (NOx) causam a destruição da camada de ozônio e as chuvas ácidas. A combustão sem chama visível é uma tecnologia usada para reduzir as emissões de NOx e o consumo de combustíveis, resultando em menores emissões de carbono. Segundo Weber et al. (2005), a tecnologia pode operar com combustíveis sólidos, líquidos e gasosos em diversas aplicações. O objetivo desta pesquisa é desenvolver uma bancada de testes em escala de laboratório para estudar o regime de combustão sem chama visível, utilizando combustíveis líquidos, em particular, o biodiesel metílico derivado de óleos vegetais residuais. A pesquisa consistiu no projeto e na construção de uma câmara de combustão, baseada no trabalho de Veríssimo et al. (2011), e de um sistema de injeção de combustível com o uso de uma bomba de engrenagens, bem como na realização dos experimentos. O biodiesel foi pulverizado com um atomizador mecânico-centrífugo do tipo cone oco, sendo este de uso comercial. O tamanho de gotas do spray foi medido com o uso da técnica de difração a laser em diferentes temperaturas e pressões de injeção para simular a operação do sistema de combustão com o ar pré-aquecido. O sistema de combustão operou à pressão atmosférica com uma carga térmica de 14 kW e uma densidade energética de 3,68 MW/m³. O coeficiente de recirculação interna dos produtos de combustão esteve na faixa entre 2,05 e 2,49, dependendo das condições de operação, que são definidas pela vazão mássica de ar e pela temperatura de pré-aquecimento do ar. O spray de biodiesel foi injetado à pressão de 10 bar e 40°C. Durante a operação do sistema em elevados excessos de ar, as observações visuais indicaram que os contornos da chama não foram distinguidos, os ruídos sonoros foram reduzidos, as emissões de fuligem foram eliminadas e as emissões de NOx e monóxido de carbono (CO) foram significativamente reduzidas com o

Palavras-chave: Combustão sem chama visível; Biodiesel; Emissão de poluentes; Atomizador mecânico-centrífugo; Redução de CO2