AnÃ¡lise Experimental de uma Fornalha a Lenha de Fluxo Co ...

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48 FIGURA 04 – RELAÇÃO CO/NO X Fonte: BURD 6 (1992) apud PINHEIRO e VALLE (1995) 2.3 FORNALHAS Esta seção apresenta uma discussão sobre fornalhas, definição, classificação e mecanismos de funcionamento quanto ao fluxo de gases. Também serão apresentadas algumas experiências realizadas com fornalhas a lenha. 2.3.1 Definição e critérios de seleção A fornalha é a unidade destinada a converter a energia química do combustível em energia térmica (e.g. BAZZO, 1995). É o local onde se queima o combustível. Consta de duas partes principais: a grelha, onde ocorre a pirólise (ou volatilização), com a liberação dos voláteis e a combustão do coque; e câmara de combustão, onde ocorrem as reações do ar de combustão com os voláteis emitidos na pirólise (PÊRA, 1996). O volume de uma câmara de combustão deve ser suficiente para garantir uma combustão eficiente. Volumes pequenos podem implicar em combustão parcial com presença de material ainda combustível nos gases que deixam a fornalha. Por outro lado, volumes grandes representam maior superfície de irradiação, implicam em menores temperaturas na câmara, dificultando a ignição das partículas de combustível. 6 BURD, V. Squeezing Clean Energy from Boilers and heaters. Chemical Engineering., v.99, n.3 , p.145-150, 1992
49 Segundo Pêra (1996), as fornalhas podem ser classificadas de acordo com a queima e o tipo de combustível. As fornalhas de queima sob suporte utilizam combustíveis sólidos a granel ou picados, ou moídos grosseiramente. As fornalhas de queima em suspensão são usadas para combustíveis pulverizados, ou gaseificados, finamente divididos. No presente trabalho, o combustível em estudo é a lenha, e por isso será utilizada a primeira alternativa. A queima sob suporte é também chamada de contra-corrente ou queima na camada. O combustível é carregado por cima, permanece nas barras da grelha, e o ar move-se por baixo, atravessando toda a camada. Porém, existe também o fluxo cocorrente, ou também chamado downdraft, onde o combustível e os gases fluem no mesmo sentido. No item 3.3.2 é apresentada uma melhor discussão do assunto. Na queima sob suporte em fluxo contra-corrente, pedaços do combustível fresco caem por cima da camada e recebem o calor do fluxo de baixo dos gases incandescentes e também do fluxo de calor de radiação acima da camada. À medida que cresce a temperatura do pedaço de combustível, ocorrem processos de decomposição de substâncias orgânicas e saída de voláteis. Nesta saída, os combustíveis sofrem grandes alterações das suas propriedades. Estes se tornam mais porosos, aparecem fissuras na estrutura da superfície, tornando-a rugosa. Assim termina a formação do coque. É um processo rápido e se completa em uma camada fina de um pedaço de combustível (e.g. VLASSOV, 2001). À medida que os voláteis são liberados para a câmara de combustão, o carbono do coque começa a reagir com o oxigênio, iniciando assim a combustão do coque. A zona de queima do coque é dividida pela altura em duas zonas: inferior e superior. A primeira é chamada zona do oxigênio, por apresentar grande quantidade desse gás. A reação principal desta zona é a de formação do dióxido de carbono, e o papel do oxigênio é predominante. No final dessa zona a concentração do oxigênio é quase nula. A zona superior é chamada de zona redutora, por nela ocorrerem reações redutoras com a formação do monóxido de carbono. Nela só são possíveis as seguintes reações de combustão do carbono:
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