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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/13377| Tipo: | Dissertação |
| Título: | Efeitos do dióxido de carbono do biogás na combustão de filtração |
| Título em inglês: | Effects of carbon dioxide from biogas in filtration combustion |
| Autor(es): | Ferreira, Plácido Gonçalves |
| Orientador: | Barcellos, William Magalhães |
| Palavras-chave: | Engenharia mecânica;Biogás;Combustão;Gases - Emissão |
| Data do documento: | 2015 |
| Citação: | FERREIRA, P. G. Efeitos do dióxido de carbono do biogás na combustão de filtração. 2015. 109 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. |
| Resumo: | A utilização do biogás, com elevadas concentrações de dióxido de carbono (CO2) em sua composição, em sistemas térmicos de combustão convencionais pode resultar em instabilidades na reação, levando a uma diminuição da velocidade de propagação da frente de chama (onda de combustão), ocasionando inclusive a sua extinção. Além disso, este contaminante pode aumentar os índices de gases poluentes na exaustão, tais como: monóxido de carbono (CO), hidrocarbonetos não queimados (HC), óxidos de nitrogênio (NOx), dentre outros. Por esta razão, esta pesquisa tem como objetivo demonstrar a eficácia da "Combustão de Filtração" (CF) em lidar com os combustíveis de baixo poder calorífico, como o biogás. CF é uma tecnologia não-convencional capaz de produzir emissões ultrabaixas de CO, HC e NOx. O aparato experimental empregado nessa pesquisa consistiu de um queimador poroso, constituído de esferas cerâmicas (alumina) que preenchem a câmara de combustão, onde trocadores de calor estão inseridos nas extremidades dessa matriz porosa. A CF possibilitou, inclusive, a aplicação de um sistema de escoamento recíproco, que alternou periodicamente a direção do escoamento dos gases na câmara. A combustão de filtração recíproca permitiu a operação com diversos combustíveis e proporciona um processo de combustão estável com a distribuição de temperatura em perfil trapezoidal, com picos de temperatura entre 1300 e 1600 K. Neste contexto, o presente estudo experimental buscou identificar e analisar os efeitos do dióxido de carbono na CF, o que engloba eficiência de extração de energia, emissões, estabilidade da reação, e limites de inflamabilidade, utilizando várias misturas ar-combustível, alterando tanto a concentração de CO2 na composição do biogás como a razão de equivalência (RE), tendo como gás de referência o metano técnico. Os resultados apontaram benefícios significativos da reversão sobre o processo de combustão, permitindo a operação em uma ampla faixa de razão de equivalência (0,1<Ф<1,0), e alcançando uma eficiência de extração de energia acima de 90%, com emissões ultrabaixas de CO e NOx (abaixo de 1 ppm). Em contrapartida, quando o queimador operou em apenas um sentido do escoamento, foi possível perceber uma redução no limite de inflamabilidade à medida que foi incrementado o teor de CO2 na composição do biogás |
| Abstract: | The use of biogas, with high concentrations of carbon dioxide (CO2) in its composition, in thermal systems of conventional combustion can result in combustion instabilities, leading to a decrease of the flame front propagation velocity, resulting even to the flame extinction. In addition, this contaminant can increase greenhouse gas levels in the exhaust, such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC), nitrogen oxides (NOx) among others. Thus, this research aims to demonstrate the effectiveness of "Filtration Combustion" (FC) to deal with fuels of low heat content, such as biogas. CF is a non-conventional technology capable of producing ultra-low emissions of CO, HC and NOx. The experimental apparatus used in this research consists of a porous burner constituted of ceramic spheres (alumina) that fill the combustion chamber, where heat exchangers are inserted at the porous matrix ends. The FC allows even the application of a reciprocating gas flow system, which periodically switches the direction of the gas flow in the chamber. The reciprocal filtration combustion allows the operation with several fuels and providing a stable combustion process with temperature distribution on trapezoidal profile, with temperature peaks between 1300 and 1600 K. In this context, the present experimental study tries to identify and to analyze the effects of carbon dioxide in FC, which covers energy extraction efficiency, emissions, reaction stability, and flammability limits using several air-fuel mixtures, altering both the CO2 concentration in the biogas composition as the equivalence ratio (ER), in which the technical methane is taken as the reference gas. The results have pointed out significant benefits of the reversal on the combustion process, allowing operation in a wide equivalence ratio range (0.1 <Ф <1.0), and achieving energy extraction efficiencies above 90%, with ultra-low CO and NOx emissions (below 1 ppm). However, when the burner operates on only flow direction, it is possible to realize a drastic reduction of the flammability limit, as the CO2 content in the biogas composition is increased. |
| URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13377 |
| Aparece nas coleções: | DEME - Dissertações defendidas na UFC |
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