DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE UMA CHAMA DE GLP PRÉ-MISTURADA PELA TÉCNICA DE EMISSÃO DO RADICAL CH UTILIZANDO ICCD

Luiz Gilberto Barreta*, Maria Esther Sbampato*, Dermeval Carinhana Junior*, Alberto Monteiro dos Santos*

*Instituto de Estudos Avançados, Centro Técnico Aeroespacial, São José dos Campos - SP

barreta@ieav.cta.br

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 3 apresenta a tela de comando da ICCD, com o espectro do radical CH na chama de GLP.

Na Figura 4 são apresentados um dos espectros obtidos, o gráfico de Boltzmann para o ramo R1 deste espectro e o espectro simulado no LIFBASE pra a temperatura de 2734 K. A temperatura obtida para a chama de GLP pelo ramo R1 foi de (2734±114) K (fenda de entrada de 0,01 nm). Espectros obtidos com diferentes fendas de entrada (0,02 nm e 0,002 nm) forneceram resultados concordantes, dentro do erro experimental. A temperatura adiabática de chama obtida para as condições de razão combustível/comburente (programa GASEQ) É DE 2999 K. Éesperado que a medição da temperatura de uma chama apresente temperatura um pouco abaixo da temperatura adiabática de chama, uma vez que esta é um limite máximo de temperatura para a queima do combustível nas condições experimentais.

INTRODUÇÃOA determinação da temperatura de uma chama fornece informações

importantes sobre a energia liberada como resultado das reações químicas que ocorrem no sistema. Transferências de calor por radiação, convecção e condução são dependentes dessa grandeza. A distribuição de temperaturas em uma câmara de combustão pode monitorar eventuais problemas no projeto e fornecer informações para a otimização da construção da mesma.

A emissão discreta espontânea de espécies presentes na chama é fruto das reações químicas que as produzem no estado excitado. Este fenômeno é conhecido como quimiluminescência. Medidas de quimiluminescência têm sido empregadas para monitoramento de oscilações do calor produzido em sistemas de combustão, monitoramento da razão de equivalência combustível/comburente, fornecimento de dados para modelos teóricos e mesmo para estas finalidades combinadas, sendo uma importante ferramenta para o controle ativo dos processos de queima. A emissão natural também é uma importante ferramenta na determinação da temperatura de chamas, através da análise de espectros dotados de resolução espectral ro-vibracional. A espectroscopia de emissão de radicais tem se apresentado como uma alternativa importante, tanto pelo seu caráter não intrusivo como também devido à relativa facilidade de obtenção dos dados experimentais.

Neste trabalho estudamos a emissão do radical CH* , na zona de reação de uma chama pré-misturada de GLP/Ar/O2 utilizando uma câmara ICCD para registrar os espectros. Para realização deste trabalho foi utilizado um queimador tipo pré-mistura específico para gases. A temperatura foi obtida através do gráfico de Boltzmann para a emissão [1,2]:

Figure 3: Tela de comando da câmara ICCD, mostrando o espectro de emissão do radical CH* na chama de GLP estudada (φ= 1,2).

Figure 4: Espectro do radical CH* tratado (linha de base e normalização da intensidade), gráfico de Boltzmann para o ramo R1 e comparação com espectro simulado pelo LIFBASE

kTE

SI J

JJ

´

"´

4.ln =⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ λ

onde λ é o comprimento de onda da radiação emitida, SJ´J”, o fator de Honl London para a transição, I, a intensidade da linha, EJ´ a energia rotacional do nível superior, k, a constante de Boltzmann e T, a temperatura rotacional.

PARTE EXPERIMENTAL

A montagem experimental e a foto da chama estudada estão mostradas nas Figuras 1 e 2.

O fluxo de gases foi controlado por rotâmetros calibrados. Foi fixada a vazão de 5,30 mmol.min-1 de GLP (propano + butano), 50 mmol.min-1 de O2 e 20,7 mmol.min-1

de N2, com uma razão de equivalência, φ, de 1,2 (chama rica em combustível)

Freqüentemente, dados de espectros de emissão de quimiluminescênciafornecem temperaturas rotacionais acima da temperatura adiabática de chama. Isso ocorre porque uma situação de não-equilíbrio está sendo observada [3], ou seja, a emissão de radiação ocorre antes que o equilíbrio entre os níveis rotacionais seja atingido. No caso do radical CH*, a região do espectro de emissão estudada apresenta-se, aparentemente, em uma situação favorável para a medição da temperatura, pois a reta obtida pelo gráfico de Boltzmann apresenta um bom coeficiente de correlação.

Figure 1: Montagem experimental.Figure 2: Chama de GLP estudada.

CONCLUSÕES

A utilização da análise do espectro de emissão do radical CH* para chamas de hidrocarbonetos na região do ramo R1 (R1(11) a R1(14) fornece dados de temperatura de chama com boa precisão e, quando o espectro é obtido com o uso de fibras ópticas e câmara intensificadora, é um método rápido para a determinação deste parâmetro.

REFERENCES

1- CARINHANA-JUNIOR, D., “Determinação de Temperatura de Chama por Espectroscopia de Emissão”, Tese de Doutorado, Instituto de Química, UNICAMP, 2006, 129 pp.2- KIM, J. S., CAPPELLI, M. ª, J. Appl. Phys., 84 (8), 4595-4602, 1998.3. ECKBRETH, ª C., “Laser Diagnostics for Combustion Temperature and Species”, 2nd ed., 1996.