Queimadores são equipamentos destinados
à geração de calor a partir da queima de
combustíveis, forma de energia chamada
“química”. Isso porque os combustíveis,
compostos principalmente por átomos de
carbono e hidrogênio, sofrem uma reação
de oxidação com oxigênio (combustão)
resultando em dióxido de carbono e vapor
d’água superaquecido, além de outras
reações secundárias. A liberação de calor
pela combustão é a diferença entre a energia
interna contida nos reagentes e nos produtos da
combustão, também conhecida como variação
da entalpia.
A primeira classificação refere-se ao
combustível. Existem queimadores que somente
podem usar um determinado combustível,
como por exemplo, gás natural (GN) ou óleo
combustível, os quais constituem a grande
maioria destes equipamentos. Excepcionalmente
encontram-se queimadores que operam com
combustíveis sólidos pulverizados ou ainda em
mistura com óleos combustíveis. E existem
também, em menor número, queimadores que
admitem dois ou mais combustíveis. Os mais
conhecidos são os queimadores chamados
duais, que admitem o uso de dois combustíveis,
os quais evidentemente são bem mais caros
devido à sua complexidade. Exemplos são os
queimadores GN-GLP e os queimadores gásóleo.
A segunda classificação diz respeito ao
comburente (oxigênio). Ele pode ser fornecido
a partir do ar ambiente por conter 20,9% de
oxigênio (base volumétrica), insuflado em
baixas pressões por ventiladores ou em médias
pressões por ar comprimido. Esses queimadores
projetados para a queima com ar podem ainda
suportar algum grau de enriquecimento com
oxigênio, geralmente elevando o teor para
25% de oxigênio ou pouco mais. Outro tipo de
queimador é aquele projetado para operar com
oxigênio puro ou elevados teores, acima de 90%,
geralmente aplicados a processos térmicos de
alta temperatura (acima de 800°C). Existem
ainda queimadores especiais, projetados para
operar desde ar ambiente até oxigênio puro,
denominados “oxy-air burners”, o que permite
tirar o melhor proveito em todas as etapas
dos processos térmicos. Por exemplo, usar a
oxi-combustão na etapa da fusão de um metal,
onde a demanda térmica é intensa possibilitando
aumento de produtividade, e a queima com ar
ambiente na etapa de refino e espera quando tal
demanda é baixa.
A classificação seguinte refere-se à mistura
do combustível com o comburente, exigindo
a subdivisão em combustíveis gasosos e em
combustíveis líquidos.
Os queimadores a gases combustíveis
podem ser do tipo pré-mistura, onde o
gás e o comburente já saem misturados no
bocal dos queimadores, ou mistura na face
quando a mistura ocorre a partir do bocal.
Os queimadores de mistura na face tornam
impossível o retrocesso de chama para o
interior dos queimadores, mas torna-se difícil
minimizar o excesso de ar de combustão. E
existem ainda os queimadores de combustão
estagiada, onde diferentes fluxos de comburente
possibilitam alimentar a chama ao longo de
seu comprimento, sendo um dos artifícios para
reduzir as emissões de NOx.
Já os queimadores de combustíveis líquidos
necessitam de dispositivos que venham
atomizar o combustível de forma a possibilitar
sua gaseificação e craqueamento no trajeto da
chama, proporcionando a necessária intimidade
com o comburente para a reação de
combustão. Os principais princípios
aplicados para atomização são: súbita
descompressão por jato de alta pressão,
atomização centrífuga (copo rotativo),
atomização por fluido auxiliar (ar ou
vapor) e emulsão ar-óleo. O objetivo
para uma boa atomização é gerar
10 milhões de gotículas para cada
centímetro cúbico de combustível,
associando uma intensa turbulência com
o comburente.
Outra classificação refere-se à
disposição dos conjuntos de partes (ou
blocos) do queimador:
• Queimadores tipo monobloco,
onde todos os principais componentes
como ventilador, cabeçote de queima
e sistemas de controle mecânico e
eletroeletrônico estão agrupados em
único bloco. Esses queimadores são
geralmente aplicados em processos de
baixa e média temperatura, de modo
que o calor liberado pela chama e pela
câmara de combustão não venha a
danificar ou reduzir a vida útil de seus
componentes.
• Queimadores tipo duobloco,
no qual o ventilador e os sistemas de
controle eletroeletrônico estão afastados
do cabeçote de queima, o que permite
sua instalação em processos de alta
temperatura, inclusive possibilitando
a utilização do ar de combustão
preaquecido.
• Queimadores tipo duto, onde o
cabeçote de queima está instalado no
interior de um duto com a finalidade
de gerar gases quentes. A alimentação
do ar de combustão pode ser feita pelo
próprio ar que circula no duto, quando
as condições possibilitem comburente
suficiente, ou por alimentação
independente com ventilador externo.
Tais condições do ar se referem à
velocidade e ao teor de oxigênio.
Esses queimadores são geralmente
modulados, permitindo diversas
configurações geométricas na seção do
duto. O sistema de controle de potência
e demais componentes ficam instalados
fora do duto.
• Queimadores infravermelhos são
do tipo pré-mistura gás-ar apresentando
uma chama com formato de superfície,
geralmente plana ou cilíndrica, que
aquece uma malha metálica ou cerâmica
tornando-se radiante/convectiva. É
muito aplicada quando necessário o
aquecimento de superfícies por radiação.
E, finalmente, a classificação
dos queimadores pelos seus estágios
operacionais, podendo ser:
• Queimadores de estágio único,
onde opera com potência fixa, do tipo
“on-off” ou liga-desliga, geralmente
unidades de baixa potência raramente
superando 600 kW.
• Queimadores de duplo estágio,
operando em chama alta ou chama
baixa, considerados como potências
nominais da ordem de 800 a 2.000
kW. A seleção das potências ideais
seria aquela onde a demanda térmica
do processo variasse entre essas duas
chamas, evitando o desligamento do
queimador.
• Queimadores modulantes,
aqueles onde a alta potência varia
continuamente entre os valores mínimos
e máximos. As eficiências de combustão
mais elevadas, para cada caso, exigem a
modulação proporcional entre as vazões
de combustível e de comburente em
cada posição de potência, o que nem
sempre se verifica na prática.
(fonte: Industrial Heating)
