CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS

Como o projeto de um bocal/orifício de um queimador industrial é essencial para uma mistura apropriada de combustível e ar de combustão, a contribuição deste trabalho foi desenvolver uma abordagem que considerasse também a situação física antes do início da interação combustível e oxidante, de modo a que o modelo desenvolvido compreende-se a modelagem do escoamento no orifício do queimador e a modelagem da combustão subseqüente, visando uma maior precisão nos resultados da simulação quando da análise de variações de pressão na entrada do queimador.

O escoamento turbulento através do orifício do queimador acoplado à combustão turbulenta foi simulado com sucesso através do código Fluent, pois houve concordância satisfatória entre os resultados da simulação numérica e os dados experimentais e empíricos de abordagem prática para projeto de queimadores. Isto validou mais uma vez também a aplicabilidade dos modelos de turbulência empregados. Os modelos k-_{Ԗ (standard, RNG and} Realizable) e RSM (Reynolds Stress Model) forneceram resultados muito próximos. A escolha do modelo tornou-se somente uma questão de esforço computacional. Neste ponto o modelo Realizable k-_{Ԗ é o recomendado, pois teve resultados um pouco mais próximos dos} experimentais, em relação ao Standard k-_{Ԗ, e requer muito pouco a mais de demanda} computacional.

Em relação ao modelo de combustão, os resultados simulados de temperatura apresentaram valores mais altos que as temperaturas medidas, o que de certa forma era esperado pelo uso do modelo de combustão EDM, pois neste modelo o efeito da cinética química é desprezado. Entretanto, as diferenças são aceitáveis considerando o propósito deste trabalho. O modelo EDM é largamente utilizado, como foi mostrado na seção 2, sendo uma ferramenta de pesquisa muito forte para investigar os efeitos de reações químicas diretas (sem necessidade de análise de espécies intermediárias) e cálculos de formação de fuligem. Os estudos apresentados na seção 2 demonstram os bons resultados do EDM com propósitos semelhantes a este trabalho.

Pode-se considerar que os resultados apresentados com relação à concentração de oxigênio no forno e formação de fuligem devido à variação de composição química do gás natural, apesar de serem qualitativos, são uma valiosa contribuição para se entender o que acontece nas condições reais de operação de fornos, mesmo porque levantamentos

experimentais ao longo do forno, das grandezas citadas, seriam muito difíceis de serem realizados. Como exemplo de contribuição, relata-se a explicação para a ocorrência de deposição de carbono, na região de saída dos queimadores delimitada pelos orifícios de gás natural, pela elevada taxa de formação de fuligem na região inicial da chama, indicada na simulação numérica para a linha de centro do queimador.

O cálculo do coeficiente de descarga do queimador, com os valores das variáveis obtidas pela simulação numérica, teve boa concordância com a fórmula empírica apresentada por Colannino (2006), o que ressalta a importância do uso da dinâmica dos fluidos computacional como ferramenta suporte para as atividades de dimensionamento de queimadores industriais.

Foi demonstrado o grande valor do uso, na prática industrial, do WIm – Índice de Wobbe modificado. Os resultados de perda de carga e pressão calculados para o gás de coqueria, pelo WIm a partir dos valores medidos de gás natural, tiveram boa concordância com os valores obtidos destas grandezas pela simulação numérica com gás de coqueria.

Para análise das conseqüências na operação de queimadores industriais através de computação fluidodinâmica, devido a variações na composição química do gás combustível, é necessário desenvolver uma modelagem que simule adequadamente o escoamento turbulento nos orifícios do queimador, além da modelagem da combustão turbulenta que ocorre a jusante do queimador.

7.1 Propostas para trabalhos futuros

- Estudo experimental e numérico para desenvolvimento de bocais capazes de promover a combustão sem chamas. O gás combustível ou no mínimo o ar de combustão devem ter altas velocidades e direção tal que em conjunto com uma câmara de combustão de dimensões apropriadas, criem um nível de recirculação que permita o desenvolvimento da combustão sem chamas. A combustão sem chama pode se estabelecer mesmo sem um elevado preaquecimento do ar de combustão, i.e., sem o uso de trocadores de calor regenerativos. Assim, o benefício da homogeneização de temperatura pode ser atingido em sistemas existentes sem grandes modificações.

- Incluir instrumentação detalhada no queimador regenerativo REGEMAT 250, de combustão sem chamas, e na câmara de combustão que permita medir as pressões imediatamente a montante dos bocais, no Laboratório de Combustão do INPE/UNESP Guaratinguetá, para que seja possível estudar os orifícios deste queimador.

- Criação de um protótipo de câmara de combustão com chama por difusão, visando obter resultados experimentais, para a validação de modelos de bocais/orifícios associados a modelos de combustão adequados para este tipo de chama.

- Realizar a análise da variação de qualidade do gás natural, estudando em função da variação da composição química permitida pela ANP, os parâmetros de combustão e intercambialidade de gases, tais como Índice de Wobbe, Índice de Combustão Incompleta, índice de Fuligem, e outros, e as consequências em queimadores industriais e turbinas a gás em termos de eficiência, segurança, danos ao equipamento, efeito na qualidade do produto envolvido e em espécies poluentes. Esta análise está diretamente relacionada às condições de operação dos queimadores e seus bocais/orifícios. Nos últimos anos institutos internacionais ligados à produção, distribuição e uso do gás natural têm estudado esta questão devido à preocupação com respeito à qualidade do gás, pois o transporte de gás através fronteiras internacionais tem crescido muito nos últimos anos, notadamente pelo rápido desenvolvimento do mercado mundial de gás natural liquefeito. Porém, muito poucos estudos têm sido publicados sobre esta questão e estudos de CFD podem dar uma grande contribuição a esta área, pois podem simular várias condições operacionais difíceis de realizar na prática.

- Estudo experimental e numérico para enriquecimento com oxigênio (OEC - Oxygen- Enhanced Combustion) injetado através de lança no queimador. Esta alternativa vem sido analisada e aplicada na siderurgia, também em fornos de reaquecimento, não para aumento de produção, mas como possibilidade de redução de consumo de combustível devido ao alto preço do GN nos últimos anos. A simulação numérica poderia predizer as alterações no perfil térmico do forno e, portanto, verificar se haveria necessidade de modificações no forno, como também determinar a melhor posição para se instalar a lança.