5.2 Resultados obtidos
5.2.5 Resultados obtidos para a estimativa das eficiências de 1ª Lei
A Tabela 5.5 mostra os dados calculados para estimativa do desempenho do queimador infravermelho em função das condições estabelecidas nos ensaios experimentais. Como citado na metodologia, procurou-se estudar o calor transferido da placa de alumínio para o ambiente e assim realizar uma compreensão analítica desse desempenho a partir do cálculo das eficiências da 1ª Lei da Termodinâmica.
Nos cálculos efetuados das potências e estimativa das eficiências do queimador infravermelho foram considerados os seguintes aspectos: área da placa de alumínio igual a 0,0712 m2, massa da placa de alumínio = 0,199 kg e o calor específico do alumínio Cp (500 K) = 997 J/kg.K.
Tabela 5.5. Estimativa das eficiências do queimador infravermelho
Parâmetros Ensaio 01 GLP Ensaio 02 GLP + 10% BO25 Condições
Poder calorífico inferior
(kJ/kg)a 48.150 45.294
Regime permanente Potência térmica do
combustível (kW) 4,10 4,25
Fluxo de calor por convecção
e radiação (kW) 0,36 0,47
Eficiência da 1ª Lei da
Termodinâmica (%) 8,7 11,0
a Considerando 1 kg de combustível
Apesar do poder calorífico, para o combustível híbrido, ter diminuído em 5,9% comparado ao do GLP, a potência térmica foi elevada em 3,6%, em função de um aumento da massa de combustível injetado.
As quantidades de calor transferido por convecção e radiação para o ambiente, aumentaram em 31,2% em virtude do aumento das temperaturas envolvidas nos respectivos ensaios. Isso acabou influenciando na elevação dos valores de eficiência do queimador infravermelho, resultando num ganho energético útil de 26,7%.
Capítulo 6
Conclusão
Capítulo 6 - Conclusão
A metodologia experimental adotada nos ensaios atendeu aos objetivos propostos, possibilitando a obtenção de resultados concretos a cerca do desempenho do queimador infravermelho funcionando com o combustível híbrido GLP/BO25.
Os valores obtidos da viscosidade e poder calorífico do bio-óleo da pirólise da biomassa de serragem de madeira, realizada no Laboratório de Biomassa e Biocombustíveis da UFRN, mostraram-se condizentes com os dados apresentados por Oasmaa e Czernik (1999).
A diluição aumentou somente em 11% o poder calorífico do bio-óleo, porém permitiu diminuir em 75,4% a viscosidade do fluido, melhorando a atomização. Desta forma, os resultados apresentam dados consistentes para análise dos parâmetros.
O bico injetor projetado para realizar a atomização do BO25 com o ar comprimido atendeu ao objetivo proposto. Visualmente não foi verificada a presença de coque na matriz cerâmica do queimador, comprovando assim que o processo de atomização foi eficiente.
Quando se utilizava BO25 que estava armazenado a mais de 15 dias, foi observado que o bico entupia em algumas oportunidades, indicando que o bio-óleo, mesmo diluído com álcool etílico absoluto, apresentou reações de polimerização e problemas de aumento na sua viscosidade.
Depois dos testes realizados, foi possível a adição de 10% de bio-óleo diluído no queimador infravermelho utilizado. Esta adição propiciou a elevação da temperatura na placa de 231ºC, obtidos da queima somente com GLP, para 281ºC quando combinada com a atomização de BO25. Isso se deve a melhora da oxidação da queima de combustíveis híbridos devido ao excesso de ar da atomização do bio-óleo.
O aumento das temperaturas envolvidas nos ensaios permitiu que houvesse um incremento de 31,2% nas quantidades de calor transferido por convecção e radiação, além de
um ganho energético útil de 26,7%, em função da elevação dos valores de eficiência do queimador infravermelho.
Nos ensaios realizados com índice de adição de BO25 abaixo de 10% ocorreram problemas de entupimento do bico injetor projetado. Enquanto que acima de 10%, os problemas enfrentados foram de entupimento na câmara de combustão, em função da precipitação de combustível líquido, causando o retorno de chama na mesma e chama acima do substrato cerâmico.
Propõem-se, como sugestão para trabalhos futuros, os seguintes itens:
Associar a diluição do bio-óleo com álcool etílico absoluto com um pré-aquecimento, com objetivo de diminuir ainda mais a viscosidade.
Testar outros bio-óleos, resultado de pirólise de outras biomassas, inclusive o extrato ácido, na bancada de testes desenvolvida neste estudo.
Instalar no sistema de alimentação do bio-óleo, uma válvula agulha mais precisa na regulagem do fluxo de ar comprimido, melhorando a regulagem de injeção do bio-óleo.
Instalar válvula de controle de pressão na linha de alimentação do ar comprimido, como forma de eliminar qualquer problema de variação da regulagem do bico injetor de bio- óleo.
Analisar as emissões dos principais gases de exaustão geradas pela queima da mistura de GLP e bio-óleo;
Realizar uma análise da eficiência do queimador infravermelho pela 2ª Lei da Termodinâmica, além de uma análise exergética para verificação das eficiências úteis considerando as perdas de energia presentes no sistema.
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Anexo A
A Tabela A.1 apresenta propriedades de bio-óleos obtidos a partir da pirólise da biomassa de madeira.
Tabela A.1. Propriedades de bio-óleos da pirólise da biomassa de madeira
Bio-óleo
(biomassa base seca) (biomassa base úmida) Bio-óleo
Formula empírica CH1,3O0,47 CH1,3O0,47 + 0,27H2O Composição química C (%) 57,3 46,5 H (%) 6,3 7,2 O (%) 36,2 46,1 S (%) 0,02 0,02 N (%) 0,18 0,15 Cinzas (%) <0,01 <0,01 Teor de umidade (%) 0 18,9 PCS (MJ/kg) 22,3 18,7 PCI (MJ/kg) 21,2 17,4 Densidade (kg/m3) ~1,25 ~1,15–1,2 Potássio (ppm) 2,7 Sódio (ppm) 7,2 Cálcio (ppm) 2,2 Cloro (ppm) 7,9 Alumínio (ppm) 2,6 Titânio (ppm) <0,2 Vanádio (ppm) 0,002 Manganês (ppm) 0,063
Anexo B
- Poder calorífico Inferior (PCI) do GLP (Liquigás, 2010). PCI = 11.500 kcal/kg
- Massa específica do GLP (15,6ºC e 1 atm) (Liquigás, 2010). q = 2,1 kg/m3
A Tabela B.1 apresenta propriedades de diversos gases puros que compõem o GLP.
Tabela B.1. Propriedades de diversos gases do GLP (a 15ºC e 1 atm)
Su bs tâ nc ia F ór m ul a P es o M ol ec ul ar D en si da de [k gf /m 2 ] V ol um e es pe cí fi co [m 3 /k g] D en si da de R el at iv a [A r – 1] Limite de Inflamabilidade
[% gás no ar] Temp. adiab.
chama [ºC] Inferior Superior Metano CH4 16,042 0,680 1,472 0,554 5 15 1918 Etano C2H6 30,068 1,286 0,778 1,049 3 12,5 1949 Propano C3H6 44,094 1,916 0,522 1,562 2,1 10,1 1967 n-Butano C4H10 58,120 2,534 0,395 2,067 1,86 8,41 1973 Isobutano C4H10 58,120 2,534 0,395 2,067 1,8 8,44 1973 Série Olefinas Eteno C2H6 28,052 1,194 0,837 0,974 3,422 14,807 2343 Propeno C3H6 42,078 1,778 0,562 1,450 3,422 14,807 2254 Buteno C4H10 56,104 2,371 0,422 1,934 3,422 14,807 2221 Iso-Buteno C4H10 56,104 2,371 0,422 1,934 3,422 14,807 n/d
Anexo C
Tabela C.1. Especificações técnicas do controlador de temperatura Controlador e indicador digital de temperatura Tholz®
(1) Display, indica normalmente a temperatura. Quando em programação indica o mnemônico do parâmetro ou valor a ser programado.
(2) Led, indica o estado da saída de controle S2.
(3) Tecla de programação. Utilizada para acessar ou avançar a programação dos parâmetros. (4) Tecla de incremento. Quando em programação é utilizada para incrementar o valor do
parâmetro em ajuste.
(5) Tecla de decremento. Quando em programação é utilizada para decrementar o valor do parâmetro em ajuste.
(6) Led, indica o estado da saída de controle S1.
(7) Led, indica o estado do temporizador. Quando intermitente indica que o temporizador esta ativo. Quando ligado indica que a contagem do tempo foi concluída.
Gerais Caixa plástica tipo ABS.
Acesso à programação protegido por senha. Display de LED vermelho com três dígitos.
Dimensões Peso aproximado: 200g.
Dimensões: 48 x 48x 95 mm.
Recorte para fixação em painel: 42,5 x 42,5 mm. Sensor de temperatura Termopar tipo J: -50 a 760ºC
Alimentação Tensão: 220Vca
Saída de controle MDH001N-XXXV-P299.
Saída de controle 1: Saída à relé: máx. 5A, carga resistiva.