Otimização de queimadores a gás para aplicações em fornos residenciais
Queimadores a gás: aplicações domésticas / industriais de pequeno porte (restaurantes)
Queimadores tipo flauta e tipo coroa são os mais usados na indústria para aplicações em fornos residenciais e em várias aplicações de fornos de tamanho médio, por exemplo para restaurantes. O balanço energético do forno de aplicação doméstica / industrial dependerá fortemente do tipo de queimador e a capacidade do mesmo em misturar o combustível e o ar de forma eficiente para posteriormente ter a liberação de calor na chama. A Figura 1 mostra a câmaras de cocção e combustão de um forno a gás típico de aplicação doméstica.
Figura 1. Forno tipico para aplicações domesticas
A Figura 2 mostra um queimador tipo flauta, típico em aplicações de fornos residenciais. Aqui podem ser observados detalhes qualitativos geométricos do queimador, especialmente na região dos pórticos de saída de mistura gás / ar primário. A imagem de CFD mostra os campos de temperatura da fase gasosa na região da chama e parte da câmara de combustão.
Figura 2. Simulação de queimador tipo flauta resultados (1): Geometria e contornos de temperatura
Os Vídeos 1 e 2 mostram alguns resultados de CFD. Nestes videos pode ser observado o campo de escoamento na câmara de combustão desse forno residencial operando com gás GLP. É possível ver a zona de recirculação gerada ao lado do queimador em função da subida dos gases quentes produtos de combustão, gases que irão aquecer de forma direta a chapa que faz a divisão entre a câmara de combustão e a câmara de cocção.
Video 1. Simulação de queimador tipo flauta resultados (1): Campo de escoamento – plano vertical
Vídeo 2. Simulação de queimador tipo flauta resultados (1): Campo de escoamento – plano horizontal
A Figura 3 mostra campos de temperatura e velocidade dos gases nas duas câmaras de combustão. Nelas pode ser observado a admissão de ar primário pela grade inferior do forno, assim como passagem de gases da câmara de combustão para a câmera de cocção.
Figura 2. Campos de temperatura e velocidade nas duas câmaras do forno residencial
O vídeo 3 mostra a geometria em CAD usada na simulação numérica. Observe-se que, foi aproveitado a característica de simetria do forno, desta forma, somente a metade do forno foi simulada.
Vídeo 3. Geometria do forno para simulação em CFD – Simetria no plano vertical que corta o queimador, e câmaras do forno em duas metades.
O Vídeo 4 mostra os resultados de campo de escoamento nas duas câmaras do forno. Usando estes resultados e via pós-processamento de dados, podem ser observados vórtices, admissão de ar primário e secundário para o processo de combustão, assim como campos convectivos para cocção dos alimentos na câmara de cocção.
Vídeo 4. Campos de escoamento na câmaras de combustão e cocção do forno residencial.