ÓLEO COMBUSTÍVEL VERSUS GÁS NATURAL – DIFERENÇAS DE COMBUSTÃO

Á partir da década de 1980, houve uma intensa substituição de combustível à base de óleo BPF para o gás natural para queima em caldeiras. À partir daí e ainda hoje, começou aparecer uma alta frequencia de vazamento de água no espelho traseiro de caldeiras Flamatubulares, que foram projetadas para usar óleo combustível e “adaptadas” para a queima de gás natural.

A causa desses “vazamentos” era geralmente, atribuídas ao tratamento químico da água, porém, os internos das caldeiras apresentavam-se isentos de incrustação. Então, foi necessário estudar criteriosamente os energéticos primários e suas relações com o gerador de vapor para diagnosticar as causas e as ações preventivas, e a conclusão aparsentamos a seguir:

O gás natural em base massa, tem um poder calorífico na ordem de 20% maior que o óleo combustível, mas quando comparamos em base volume, o óleo combustível tem uma ordem de grandeza maior que mil vezes o do gás natural, pois o 1,0 kg de gás natural ocupa 1,3 m³ e 1,0 kg de óleo combustível, com densidade igual a 0,95 e atomizado, continua ocupando o volume de 1,053 dm³.

Quando a combustão ocorre em um ambiente confinado, que é o caso de fornos; caldeiras ou outros equipamentos, é fundamental considerar os seguintes fatores:

– o volume e velocidades dos gases manuseado – a temperatura – a velocidade e forma da chama, que influenciam diretamente na troca de calor no equipamento – a distribuição dos pontos de troca e consequentemente, a concentração de “pontos quentes”, que irão variar para o mesmo equipamento dependendo apenas, do combustível utilizado, uma vez que o projeto e a montagem são únicos.

Considerando-se a soma dos volumes de ar que entram para a combustão para cada tipo de combustível, temos que, o volume do gás natural é aproximadamente 10 % maior que o volume do óleo combustível e como a velocidade dos gases é a relação entre o volume e a área, e a área de passagem de gases no equipamento é fixa, então a velocidade dos gases também é de aproximadamente 10 % superior para o gás natural, o que diminui a eficiência de troca térmica da caldeira, exigindo assim, um consumo maior na mesma proporção de combustível para a mesma produção de vapor, ou seja: se o tempo de contato dos gases com a superfície de troca é 10 % menor, o consumo de combustível será 10 % maior, e com isso teremos as seguintes consequências:

– aumentam-se as perdas – aumenta-se o comprimento da chama – modifica-se o perfil da aplicação do calor, criando-se “pontos quentes” que não foram previstos no projeto inicial para o óleo.

Assim, as partes menos refrigeradas, como espelhos; áreas de mandrilhamento e de soldas, que estarão sujeitas à empenos e esforços térmicos não previstos, serão muito mais afetadas, como apresentado nas fotos abaixo:

A temperatura da chama do gás natural (1.600 ºC) é muito mais alta que a temperatura da chama do óleo (1.200 ºC) e a radiação é proporcional à quarta potência do diferencial de temperatura. Como grande parte da troca térmica ocorre por radiação e a energia trocada por radiação é diretamente proporcional à potência dissipada num intervalo de tempo e à área irradiada, que é fixa, e inversamente proporcional ao quadrado da  distância entre o ponto de irradiação e o ponto irradiado, que também é fixo, e projetado para chama de óleo combustível, vemos que a única variável é a potência dissipada.

Desta forma, a potência dissipada na câmara de combustão quando se usa gás em substituição ao óleo combustível para se obter o mesmo resultado, é pelo menos 20 %  maior que a suportada pelo equipamento (efeitos velocidade e temperatura de chama).

As fotos abaixo apresentam as chamas de uma caldeira flamotubular em operação, que foi o objeto deste estudo (2002):

A consequência dessas tensões térmicas pode ser verificado nas trincas da pedra refratária frontal, mostrado abaixo:

Aqui faço um agradecimento ao meu professor e amigo, eng.º Paulo Fernando da Costa Pereira, que me incentivou e colaborou para este estudo e diagnosticar esse problema e buscar as soluções para nossos clientes.

Este é um conceito básico que espero esclarecer esse tema, mas participe de nosso fórum e traga suas perguntas e dúvidas.

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