Avaliação experimental da radiação térmica e geometria de múltiplas chamas não pré-misturadas de gás natural diluído com dióxido de carbono

Abstract

Combustão em plataformas offshore podem diminuir os gases poluentes lançados ao ambiente, mas ao mesmo tempo afetar negativamente as áreas de trabalho devido as condições de segurança na plataforma impostas durante a queima de gás natural. Por essa razão, um estudo experimental foi conduzido com bancada em escala laboratorial de múltiplas chamas laminares não pré-misturadas. O trabalho consiste de dois queimadores posicionados lado a lado com o intuito de avaliar a geometria da chama e radiação térmica através da variação da distância de separação entre os queimadores. Analisa-se os impactos na geometria de chama e a radiação térmica emitida pelas chamas impondo diferentes concentrações de combustível e diluente durante a combustão. Medições experimentais indicam que as chamas passam por quatro regimes morfológicos em devido a distância de separação: regime imerso sinuoso e imerso varicoso, regime simétrico sinuoso, regime alternado sinuoso e regime independente. O comprimento visível de chama é máximo quando as chamas estão imersas uma na outra no regime imerso sinuoso, distância de separação mínima, e este diminui gradualmente até se obter o valor de jato único na razão S/d igual a 10. Além disso, no regime alternado sinuoso o comprimento de chama torna-se menor que o comprimento de jato único devido a formação de vórtices na base das chamas. A diluição do combustível com CO2 mostrou que as chamas reduzem seu comprimento para quantidades crescentes de CO2 na mistura. Outro efeito da diluição é o de reduzir as oscilações das chamas e a razão S/d para jato único. Equações algébricas foram utilizadas para prever interação de múltiplas chamas e apresentam boa concordância quando se leva em consideração a vazão da mistura. A radiação térmica proveniente de duas chamas em interação tem seu máximo valor em regiões próximas a razão S/d de jato único. A diluição do combustível com CO2 reduz a intensidade de radiação emitida e incremento da vazão de combustível fazem com que a potência de chama aumente que, consequentemente, reduz a fração radiante das chamas. O modelo WMPS apresenta boa concordância para prever o fluxo de calor radiante de duas chamas.

Combustion in offshore platforms can diminish the gaseous polluents released to the atmosphere, but at the same time affect negatively working areas due to safety requirements during the combustion of natural gas. For this reason, an experimental study in lab-scale is taking in consideration to understand the interaction of diffusion flames. This work consist of two circular burners placed side-by-side to evaluate flame geometry and thermal radiation by varying the distance between the two burners. In addition, the impacts on flame geometry and thermal radiation is also evaluated by varying fuel flowrate and diluent on the mixture during combustion. Experiments shows that the flames will be in four different morphological regimes due to spacing: merged sinuous and varicose, symmetric sinuous, alternated sinuous and independent. Flame height is maximum when the flames are completely merged in the sinuous regime, where the separation distance in minimum and shorten until the flame reaches the single jet height in S/d equals to 10. Moreover, in the regime alternated sinuous the flame height is shorter than the single jet height to due vortex created on the base of the flame. Dilution of the fuel with CO2 shows that flame height is also shorten with the increase of diluent concentration. Another effect of dilution is the reduction in flame flickering and the ratio S/d for single jet. Algebric equations were used to predict multiple flames interaction and have good agreement when the flowrate of the mixture is taken into consideration. Thermal radiation from two flames interacting to one another have its maximum value on haft of the ratio S/d for single jet. Dilution of the fuel lessen radiation emitted by the flame and increments on fuel flowrate causes flame power to increase but flame radiation fraction to decrease. The WMPS model have good precision to predict flame radiant flux of two flames.