No negócio de aquecimento de processos industriais, o termo “temperatura de chama” é muito usado. Não leva muito tempo até que você perceba que significa coisas diferentes para pessoas diferentes. Para alguns, é a temperatura da câmara de combustão que a chama ocupa. Para outros, significa a temperatura daquele jacto brilhante de gases que sai de um queimador. Para outros ainda, é um número citado com autoridade de um manual, enquanto outros lhe dirão que esse número nunca é visto na vida real. Na maioria das situações práticas, isso realmente não importa, desde que o equipamento de processamento térmico faça o trabalho. Da mesma forma, a vida seria mais fácil se todos tivessem um entendimento comum do conceito.
Bem, aqui vai. Mas primeiro, vou definir alguns termos que vou usar pelo caminho.
- Adiabático é um termo usado para descrever uma reação de combustão na qual todo o calor gerado é retido nos produtos da combustão — nenhum é perdido para o ambiente da chama.
- Dissociação é uma reação envolvendo a quebra de compostos químicos. No caso de combustão, estes são vapor de água e dióxido de carbono.
- Estequiométrica não é uma vodka importada. Ele descreve a mistura correta de ingredientes em uma reação química. Após a reacção ter terminado, não restarão ingredientes em excesso. Na combustão, a razão estequiométrica também é chamada de razão correta, ideal ou perfeita.
As temperaturas de chama publicadas nas tabelas do manual geralmente são temperaturas de chama adiabáticas para combustão na razão estequiométrica. A menos que especificado em contrário, são para combustível queimado no ar, com os ingredientes entrantes à temperatura ambiente. Altere a temperatura dos ingredientes ou o teor de oxigênio do ar, e você mudará a temperatura da chama adiabática. Se você procurar a temperatura da chama do gás natural no ar, você provavelmente encontrará um valor entre 3.400 e 3.600°F (1.871 e 1.982°C).
Isso não é muito preciso. Se todos os manuais concordam sobre as temperaturas do ar e do gás, o conteúdo de oxigénio do ar e a relação, como é que não conseguem fixar a temperatura mais perto do que isso? Fácil — porque a composição química do gás natural varia de lugar para lugar. Alguns ingredientes no gás queimam mais que outros. Se o gás contiver mais desses constituintes, terá uma temperatura de chama mais alta. Por outro lado, muitos gases naturais contêm pequenas quantidades de ingredientes inertes como nitrogênio e dióxido de carbono. Eles não contribuem nada para a combustão, e arrastam a temperatura das chamas para baixo. Para manter as coisas simples a partir daqui, vou assumir um gás natural com uma temperatura de chama adiabática de 3.600°F.
OK, é que a temperatura que você obtém se você operar nosso queimador na razão estequiométrica?
No. Por um lado, a dissociação irá derrubar alguns graus para fora do topo. A dissociação pode ser vista como uma espécie de combustão inversa. Você se dá a todo esse trabalho para misturar combustível e ar e queimá-los para produzir CO2 e vapor de água, apenas para descobrir que a temperaturas de chama realmente altas, alguns desses produtos de combustão se decompõem novamente em monóxido de carbono, hidrogênio e oxigênio, reabsorvendo a energia de combustão que eles emitiram quando foram formados. Abaixo de 2.800°F (1.538°C) de temperatura de chama, a dissociação não é significativa, mas a partir daí, mesmo pequenos aumentos de temperatura causam grandes saltos na taxa de dissociação. É uma situação clássica de Catch-22 — quanto mais perto você opera da estequiometria, mais quente a chama fica. Quanto mais quente a chama, maior a quantidade de dissociação, formando quantidades crescentes de produtos de combustão não queimados e um maior arrasto na temperatura da chama. Para o nosso gás natural, a temperatura da chama será de cerca de 1.899°C (3.450°F) após a dissociação fazer o seu trabalho sujo. A dissociação é uma das razões pelas quais as chamadas aplicações de combustão “on-ratio” são normalmente operadas com uma pequena quantidade de ar em excesso — ela impede a formação de grandes quantidades de monóxido de carbono.
Tudo bem, 3.450°F não é muito ruim. É com isso que temos que trabalhar, certo?
Desculpe, mas se você olhar para trás para a definição de combustão adiabática, você verá que ela assume que não se perde calor para o ambiente da chama, e isso não acontece no mundo real. Logo que o ar e o combustível começam a reagir e criar calor, e parte desse calor escapa para a câmara de combustão ou para o compartimento de aquecimento circundante e para todo o produto e acessórios que contém. É como um balde de água com um grande buraco no fundo. Não se pode enchê-lo porque está a perder água quase tão rapidamente como se deita.
Então qual é o resultado final da temperatura em equipamentos de aquecimento industrial?
Depende de vários factores. Queimadores que misturam e incendeiam o combustível e o ar rapidamente tendem a desenvolver temperaturas de chama mais altas, porque eles saltam um pouco mais rapidamente sobre a perda de calor para o seu ambiente. As temperaturas de chama tendem a ser mais altas em processos de alta temperatura porque o processo não suga o calor da chama tão rapidamente. A massa da câmara de combustão e a carga de trabalho exposta diretamente à chama também desempenha um grande papel. Quanto maior for essa massa, mais rapidamente ela puxará o calor para fora da chama. Quando tudo é dito e feito, é raro encontrar uma temperatura de chama muito acima de 3.250 a 3.300°F (1.788 a 1.816°C) em uma aplicação prática de combustão. Em aplicações de aquecimento industrial de baixa temperatura de interesse para a maioria dos leitores de Aquecimento de Processo, 3.000°F (1.649°C) pode ser tão bom quanto o obtido.
Vá para a Parte 2, “Temperatura de Chama: O que acontece com ela?”.