Desempenho da fornalha utilizando lenha como combustível no

A influência do tempo de funcionamento da fornalha no aquecimento direto do ar pode ser observada na Figura 32.

0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00

Tempo (h)

Variação de temperatura (ºC)

Figura 32. Influência do tempo de funcionamento da fornalha na variação de temperatura do ar aquecido, em relação à temperatura do ar ambiente.

Assim como no sistema de aquecimento indireto, operando com 10 kg h^-1 de combustível, verificou-se uma tendência de estabilidade da variação da temperatura entre o ar aquecido e o ar ambiente.

O modelo que melhor se ajustou aos dados de variação de temperatura em função do tempo de funcionamento foi:

416 , 20 ) t ln(

1674 , 7

T = +

Δ R² = 0,8566 (82)

Pelo modelo gerado e seguindo a metodologia aplicada nos demais tratamentos, ou seja, variação menor que 1 ºC entre as temperaturas do ar aquecido e a do ar ambiente, o regime permanente seria alcançado após 7 horas

de funcionamento. Entretanto, em virtude de uma maior quantidade de dados para análise, o tempo de 5 horas de funcionamento foi considerado suficiente para que a fornalha estivesse operasse em regime permanente, sem inferir em erros significativos.

A variação de temperatura média alcançada para o regime permanente foi de 32,94 + 2,82 ºC. Pode-se perceber pela Figura 32, que a temperatura do ar aquecido apresentou-se instável, ocorrendo picos na temperatura, assim como no sistema de aquecimento indireto do ar, porém, no aquecimento direto do ar, a temperatura do ar aquecido apresentou desvio-padrão maior que no sistema indireto. Isso ocorreu pelo fato de os gases de combustão terem participação direta na temperatura do ar aquecido, uma vez que este consistiu na mistura entre o ar frio e os gases de combustão.

4.5.1. Análise da combustão e do ar aquecido no aquecimento direto

A temperatura média medida na câmara de combustão, foi de 468,55 + 38,56 ºC, menor que a obtida pelo aquecimento indireto para a mesma vazão de combustível e a temperatura média de saída dos gases, foi de 285,29 + 12,11 ºC, maior que a obtida pelo aquecimento indireto para a mesma vazão de combustível.

Esses fatos podem ser explicados em virtude do excesso de ar, que no aquecimento direto foi de 206,37 %, 51,28 % maior que no Tratamento L10i. Como relatado anteriormente, o aumento do excesso de ar diminui a temperatura na câmara de combustão, aumenta a velocidade dos gases em seu interior, diminuindo e, conseqüentemente, diminui o tempo de residência e de troca térmica com meio, fazendo com que a temperatura de exaustão aumente.

Mesmo trabalhando com sistema de aquecimento direto, o ar aquecido apresentou baixa concentração de monóxido de carbono. O valor médio medido pelo analisador de gases foi 3,07 + 4,25 ppm, valor abaixo da concentração máxima tolerável pelo homem, de 9 ppm para exposição de 8 horas, segundo a resolução da CONAMA n.º003 de 28/06/1990. Porém, o ar aquecido apresentou odor característico de fumaça apesar da sua não visualização na saída do sistema.

4.5.2. Perdas de calor no aquecimento direto do ar

A perda de calor referente à combustão química incompleta, calculada em função dos valores medidos pelo analisador de gases, foi muito pequena, de 0,1 %.

O fator que talvez tenha influenciado na redução dessa perda, quando comparada com a perda no Tratamento L10i, é o excesso de ar, que pode ter promovido uma maior turbulência e, conseqüentemente, melhor mistura com o combustível, beneficiando o processo de combustão.

A perda média para o ambiente por arrefecimento da fornalha, foi de 3,35 %, valor ligeiramente superior ao obtido no sistema indireto, e que pode ter ocorrido em virtude a maior temperatura na parte superior da fornalha (posição 3) (Apêndice “B”), motivada pela saída dos gases de exaustão nesta região.

Como percebe-se, as perdas de calor no sistema são muito baixas e apresentam comportamento semelhante as observadas no sistema de aquecimento indireto.

4.5.3. Eficiência térmica pelo método direto de cálculo

A eficiência média calculada foi de 89,77 + 7,36 %, considerando o tempo de funcionamento em regime permanente, este valor está ligeiramente superior aos valores encontrados na literatura para fornalhas a lenha, conforme MELO (1987) e GOMES (1988), citados anteriormente, e bem próximo dos valores obtidos com a fornalha a carvão vegetal (LOPES, 2002).

A maior eficiência encontrada é decorrente da pequena perda de calor para o ambiente, a qual está próxima dos valores encontrados em caldeiras modernas geradoras de vapor (CORTEZ e LORA, 1997 e VLASSOV, 2001).

4.5.4. Eficiência térmica pelo método indireto de cálculo

Para o cálculo da eficiência pelo método indireto, assim como no método direto, levou-se em consideração o período de funcionamento em regime permanente e a potência no eixo do ventilador para movimentação do ar aquecido.

O resultado encontrado foi de 96,5 %.

Assim como nos tratamentos usando aquecimento indireto do ar o valor da eficiência foi, aproximadamente, 6% maior que pelo método direto. Essa diferença

pode ter ocorrido, também, pela não contabilização das perdas nas cinzas e na queima mecânica incompleta e no trajeto da fornalha até o ponto de medição no ventilador. Outro fator que pode ter contribuído para a diferença são os em possíveis erros nas leituras das temperaturas do ar aquecido e do ar ambiente, como considerado anteriormente.

4.5.5. Contribuição dos gases de combustão e do trocador de calor na energia útil para o aquecimento direto do ar

Apesar de os gases de combustão serem misturados ao ar frio em seu aquecimento, verificou-se que em razão da configuração da fornalha, parte do calor transferido ao ar foi proveniente do trocador de calor. Assim, determinou-se a contribuição do trocador de calor na quantidade de energia transferida ao ar aquecido, realizando o balanço de energia do sistema, no qual o fluxo médio de energia térmica calculado, que saia da fornalha foi de 2.483,35 kJ min^-1.

Para calcular o fluxo médio de energia fornecido pelos gases ao ar aquecido, considerou-se o calor específico dos gases igual ao do ar aquecido.

A porcentagem de contribuição dos gases no fluxo de energia que saia da fornalha é apresentada na Figura 33.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0,0 0,8 1,7 2,5 3,3 4,2 5,0 5,8 6,7 7,5

Tempo (h)

Energia fornecida pelos gases (%)

Figura 33. Contribuição da energia fornecida pelos gases de combustão ao ar aquecido.

tempo, a porcentagem da energia cedida pelos gases diminuiu e, praticamente, se estabilizou em um valor médio próximo aos 29% para o regime permanente. O restante da energia cedida ao ar aquecido foi proveniente da troca térmica no trocador de calor, ou seja, aproximadamente 71%.

Esses números descrevem a alta eficiência obtida na fornalha, na qual, além da energia cedida pelos gases gerados, ocorre o aproveitamento da energia radiada pelas chamas, que aquecem a estrutura metálica, fazendo a troca térmica com o ar frio e resultando em uma perda mínima da energia fornecida; ao contrário das fornalhas convencionais, em que grande parte da energia radiada é perdida no aquecimento das paredes de alvenaria.

4.6. Desempenho da fornalha utilizando lenha associada à palha de café no