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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Leila Ribeiro dos Santos
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Linnert, Harrald Victor (Presidente)
Barreta, Luiz Gilberto
Martins, Cristiane Aparecida
Ribeiro, Mauro Carlos Costa
Tiedemann, Peter Wilhelm
Título em português
Medições de temperaturas de chamas de etanol utilizando fluorescência induzida por laser
Palavras-chave em português
Combustão
Etanol
Fluorescência induzida por laser
Resumo em português
Métodos convencionais para o estudo da combustão são geralmente métodos intrusivos (por exemplo, uso de termopares para medida da temperatura da chama), que acarretam distúrbios na queima (efeitos térmicos, catalíticos ou aerodinâmicos). As técnicas de diagnóstico utilizando lasers, além de serem não intrusivas, possuem uma alta resolução temporal e espacial que permite mapear a zona de combustão e identificar em cada ponto da chama os diversos estados em que se formam os radicais transientes. Neste trabalho foi estabelecida a técnica de fluorescência induzida por laser, LIF - "Laser Induced Fluorescence" - do radical OH para a determinação da temperatura em chamas de etanol/Oxigênio/ar. Esta técnica é bastante utilizada em outros países, mas no Brasil é inédita. Para o início dos estudos, foi construído um queimador para queima de combustíveis líquidos, produzindo chamas pré-misturadas. Foram testados esquemas de emissão de LIF (309,5 nm-311,5 nm) e de excitação de LIF, esta em duas regiões de absorção do radical OH A2'sigma''seta'X2 'pi' (0,0) (303 nm e 309 nm) e A2'sigma'seta'X2'pi'(1,0) (278 nm - 280 nm). Os melhores resultados foram obtidos pelo método de excitação de LIF na região das transições S21(1) - S21(13) da banda A2'sigma'X2'pi' (1,0), utilizando o gráfico de Boltzmann. Foram feitas medições em chamas de etanol em várias posições ao longo do seu eixo longitudinal, acima do queimador, e para vazões com razões de equivalência =1,0 = 1,4 e = 0,82. Os resultados foram comparados com os obtidos pela técnica da linha reversa utilizando um sal de sódio e apresentaram dados concordantes dentro dos erros experimentais. As temperaturas obtidas ao longo de 55 mm da chama de etanol variaram de 2008 K +- 40 K a 2246 K +- 90 K para razão de equivalência = 0,82; de 2198 K +- 65 K a 2295 K +- 127 K para razão de equivalência = 1,0 e de 1905 K +- 64 K a 2238 K +- 155 K para razão de equivalência = 1,4. Chamas de GLP também foram estudadas em 3 posições ao longo de 15 mm da chama com razões de equivalência, 1,0; 1,5 e 0,87. As temperaturas variaram de 2423 K +- 102 K a 2622 K +- 106 K para razão de equivalência = 0,87; de 2441 K +- 110 K a 2631 K +- 100 K para razão de equivalência = 1,0 e de 2403 K +- 109 K a 2605 K +- 124 K para razão de equivalência = 1,5. O presente estudo mostrou que a técnica de LIF é adequada para o mapeamento da temperatura de chamas, tanto de combustíveis gasosos quanto líquidos. As temperaturas obtidas apresentaram um desvio experimental menor do que 8 %.
Título em inglês
Temperature Measurements in Ethanol Flames Using Laser Induced Fluorescence
Palavras-chave em inglês
Combustion
Ethanol
Laser Induced fluorescence
Resumo em inglês
Conventional methods for the study of combustion are usually intrusive methods (for example, the use of thermocouples to measure flame temperatures), which might disturb the burning process (thermal, catalytic or aerodynamic effects). The diagnostics techniques using lasers, in addition to being non-intrusive, have high temporal and spatial resolution. They allow the “mapping” of in which the combustion zone and the identification, at each point of the flame, the various states in which the transient radicals are formed. In this work, the technique of Laser Induced Fluorescence (LIF) was used. This technique is based on the spectral emission from the OH radical species for the determination of the temperature in ethanol/oxigênio/air flames. This technique is largely employed in other countries, but in Brazil it has not been employed to study combustion processes. In the first step of our studies, a liquid fuel burner was constructed, producing premixed flames. Experimental setups for LIF emission (309,5 nm - 311,5 nm) and excitation, in two regions of the OH radical absorption spectrum A-X (0,0) (303 nm and 309 nm) and A-X (1,0) (278 nm - 280 nm) were tested. The best results were obtained by excitation in the region of the transitions S21(1) - S21(13) of the A-X (1,0) band, using the plot of Boltzmann. Measurements in ethanol flames at different positions along the burner vertical axis were obtained, and for flowsrates with equivalence ratios 1.0; 1.4 and 0.82. The results were compared with those obtained with the sodium line-reversal technique and agree within the experimental error values. The temperature values measured throughout a 55 mm distance above the burner in the ethanol flame varied from 2008 K ± 40 K to 2246 K ± 90 K for equivalence ratio 0.82; from 2198 K ± 65 K to 2295 K ± 127 K for equivalence ratio 1.0 and from 1905 64 K ± to 2238 K ± 155 K for equivalence ratio 1.4. Mixture of propane/butane flames were also studied in three positions throughout a 15 mm distance above the burner for equivalence ratios,equivalence ratio 1.0 equivalence ratio = 1.5 and equivalence ratio 0.87. The temperatures measured varied from 2423 K ± 102 K to 2622 K ± 106 K for equivalence ratio 0.87; from 2441 K ± 110 K to 2631 K ± 100 K for equivalence ratio 1.0 and from 2403 K ±109 K to 2605 K ±124 K for equivalence ratio 1.5. The present study shows that the LIF technique is suitable for “mapping” flame temperatures of gaseous as well as liquid. The temperatures measured showed experimental deviations lower than 8 %.
 
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Data de Publicação
2006-11-30
 
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