Medição da velocidade de queima laminar de biogás e gás de síntese através do método do fluxo de calor e comparação com mecanismos cinéticos

Abstract

A velocidade de queima laminar adiabática é um importante parâmetro da combustão que dita o comportamento de chamas pré-misturadas. Dos métodos disponíveis para a medição desse parâmetro, o método do fluxo de calor destaca-se pela simplicidade e precisão. No presente trabalho, esse método é utilizado para medir a velocidade de queima de biogás (modelado como CH4 com diferentes níveis de diluição com CO2) e de gás de síntese (modelado como uma mistura de CH4, H2, CO, CO2 e N2) em ar a 298 K e 1 atm. Tais gases são de crescente interesse para a sociedade em função de aspectos ambientais, porém, suas velocidades de queima não foram amplamente estudadas ainda. Os resultados obtidos são comparados com as previsões de cinco mecanismos cinéticos (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) a fim de avaliar a sua capacidade preditiva. Os resultados experimentais e numéricos das velocidades de queima de biogás e ar apresentam uma boa concordância e as incertezas encontradas foram condizentes com as relatadas na literatura. Os resultados experimentais desse gás foram parametrizados em uma correlação empírica de fácil utilização em modelos numéricos. As medições da velocidade de queima de gás de síntese e ar, por outro lado, apresentaram valores inferiores às previsões numéricas de todos os mecanismos estudados. Os dados experimentais da literatura, para a mesma mistura, diferem tanto em valores quanto em comportamento dos resultados do presente trabalho. Tal comportamento está provavelmente relacionado a alguma contaminação no CO utilizado, já que quando esse gás está presente observa-se uma chemi-luminescência não relatada na literatura.

The adiabatic laminar burning velocity is an important combustion parameter that dictates premixed flames characteristics. Among the measuring methods available in literature, the heat flux method stands out for its simplicity and accuracy. In the present work, this method is used to measure the adiabatic laminar burning velocity of biogas (modeled as CH4 with different dilution levels with CO2) and syngas (modeled as a CH4, H2, CO, CO2 and N2 mixture) in air at 298 K and 1 atm. Such gases are of growing society interest due to environmental aspects, however, their adiabatic laminar burning velocity have not been widely studied yet. The experimental results are compared to predictions of five kinetic mechanisms (GRI-Mech 3.0, Davis et al., Konnov, San Diego e USC Mech II) to evaluate their predictive capacity. Experimental and numerical results of biogas/air mixtures adiabatic laminar burning velocity show good agreement and the found uncertainties are in agreement with literature. Experimental results of this gas were fitted in an empiric correlation of simple numerical application. Experimental results of the laminar burning velocity of syngas/air, on the other hand, show lower values than the numerical predictions of all studied kinetic mechanisms. Literature available data for the same mixture differ both in values and behavior of the present work results. Such behavior is probably related to some contamination on the CO used since a chemi-luminescence not reported in literature can be noted when this gas is present.