Apost-SISTEMAS DE COMBUSTÃO II

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Sistema de Combustão II 
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Sumário 
 
CAPÍTULO 01 .......................................................................................................................... 3 
1. GASES DA COMBUSTÃO..................................................................................................3 
1.1 ANÁLISE DOS GASES DE COMBUSTÃO...................................................................3 
1.2 ANÁLISE DE ORSAT .........................................................................................................3 
1.3 ANALISADORES CONTÍNUOS.............................................................................................8 
1.3.1 Analisadores de oxigênio(O2) ................................................................................8 
1.3.2 Analisador de óxido de zircônio (ZrO2) ou zircônia ................................................8 
1.3.3 Analisador com campo magnético .......................................................................11 
CAPÍTULO 02........................................................................................................................13 
2. CÁLCULOS DA COMBUSTÃO ........................................................................................13 
2.1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................13 
2.2 AR NECESSÁRIO A COMBUSTÃO .....................................................................................14 
2.3 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS ....................................................................................15 
2.4 CORREÇÃO DOS VOLUMES PELA PRESSÃO E TEMPERATURAS ........................................16 
2.5 COMPOSIÇÃO DOS GASES DE COMBUSTÃO ....................................................................17 
2.5.1 Composição em Base Seca.................................................................................18 
2.6 COMBUSTÃO DE MISTURAS GASOSAS ............................................................................18 
2.7 CALCULO DO EXCESSO DE AR........................................................................................18 
2.7.1 Relação H/C e Excesso de Ar..............................................................................19 
CAPÍTULO 03........................................................................................................................20 
3. QUEIMADORES................................................................................................................20 
3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS QUEIMADORES...................................................................20 
3.1.1 Tipos fundamentais de queimadores são: ...........................................................21 
3.1.2 Quanto ao uso de combustíveis:..........................................................................21 
3.1.3 Quanto a mistura ar/gás: ......................................................................................21 
3.2 TIPOS DE QUEIMADORES – CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES .................................21 
3.2.1 Queimador sem pré-aeração................................................................................21 
3.2.2 Queimadores com Pré-Aeração - Atmosféricos ou Ar Induzido ..........................22 
3.2.3 Queimadores Mecânicos ......................................................................................23 
CAPÍTULO 04........................................................................................................................38 
4. CONVERSÃO DE EQUIPAMENTOS ...............................................................................38 
4.1 PRINCIPAIS ASPECTOS PARA CONVERSÃO DE EQUIPAMENTOS A GÁS. ...........................38 
4.1.1 Introdução .............................................................................................................38 
4.2 PRINCIPAIS PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS DE UM GÁS.........................................39 
4.2.1 Densidade de um Gás..........................................................................................39 
4.2.2 Poder Calorífico ....................................................................................................40 
4.2.3 Número de Wobbe................................................................................................40 
4.2.4 Temperatura de Chama........................................................................................40 
4.2.5 Limite de Inflamabilidade ......................................................................................41 
4.2.6 Velocidade de Chama...........................................................................................41 
4.2.7 Número de Aeração..............................................................................................42 
4.3 INTERCAMBIALIDADE DOS GASES COMBUSTÍVEIS ............................................43 
4.3.1 Definição ...............................................................................................................43 
4.3.2 Classificação dos gases combustíveis.................................................................43 
4.3.3 Gases Não Intercambiáveis..................................................................................44 
4.4 FATORES QUE INFLUENCIAM NA ESTABILDADE E ASPECTOS DAS CHAMAS .......................44 
4.5 INFORMAÇÕES SOBRE PROJETO DE QUEIMADORES.........................................................45 
4.6 TIPOS DE ORIFÍCIOS OU INJETORES ................................................................................45 
4.6.1 Orifício Fixo ...........................................................................................................45 
4.6.2 Orifício Ajustável ...................................................................................................46 
4.6.3 Orifício Universal (cap) .........................................................................................46 
4.7 DIMENSIONAMENTO DOS ORIFÍCIOS OU INJETORES DOS QUEIMADORES ..........................47 
4.7.1 dimensionamento do Orifício pela Fórmula..........................................................47 
4.7.2 Correção da densidade relativa............................................................................48 
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4.8 CONVERSÃO ..................................................................................................................49 
4.8.1 Definições..............................................................................................................49 
4.8.2 Conversão de equipamentos a gás GLP para gás natural ..................................50 
4.8.3 Conversão de Equipamentos Domésticos e Comerciais.....................................50 
4.8.4 Conversão de equipamentos dotados com..........................................................51 
4.9 EQUIVALÊNCIA DE COMBUSTÍVEIS...................................................................................51 
CAPÍTULO 05........................................................................................................................52 
5. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................52 
5.1 MEDIÇÃO DA POTÊNCIA TÉRMICA....................................................................................53 
5.2 MEDIÇÃO DO RENDIMENTO TÉRMICA ..............................................................................53 
5.3 RESUMO DA NORMA FRANCESA NFD – 32-725 .............................................................54 
5.4 RESUMO DA NORMA DA ABNT NBR 10542 ...................................................................54 
5.4.1 Rendimento térmico em %: ..................................................................................54 
CAPÍTULO 06........................................................................................................................556. ESPECIFICAÇÃO E SELEÇÃO DE QUEIMADORES E ACESSÓRIOS DO SISTEMA 
DE COMBUSTÃO..................................................................................................................55 
6.1 INFORMAÇÕES BÁSICAS PARA ESPECIFICAÇÃO E SELEÇÃO DE QUEIMADORES E 
ACESSÓRIOS ........................................................................................................................55 
6.2 PARÂMETROS GERAIS PARA A ESPECIFICAÇÃO E SELEÇÃO DE QUEIMADORES E 
ACESSÓRIOS ........................................................................................................................55 
6.2.1 Queimadores.........................................................................................................55 
6.2.2 acessórios MECÂNICOS......................................................................................55 
6.2.3 acessórios ELETROMECÂNICOS:......................................................................56 
CAPÍTULO 07........................................................................................................................56 
7. AVALIAÇÃO DE SISTEMAS DE COMBUSTÃO .............................................................56 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .....................................................................................57 
 
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CAPÍTULO 01 
 
1. GASES DA COMBUSTÃO 
 
1.1 Análise dos gases de combustão 
 
A percentagem real de excesso de ar fornecido ao equipamento é uma informação 
das mais importantes para o controle e a operação de fornos e caldeiras. A forma mais 
precisa de determinar esse percentual é a análise dos gases de combustão que saem do 
sistema. Esta análise está intrinsecamente relacionada à determinação dos teores de O2 
e CO2 em base seca. Com estes teores, podemos determinar o excesso de ar e a 
eficiência do equipamento, parâmetros essenciais para sua boa operação. 
Um sistema de combustão no qual calor é produzido pela queima de um 
combustível pode ser considerado como um processo que tem combustível e ar como 
alimentação e gases de combustão como descarga (figura abaixo). 
 
 
Figura 1.1.1 - Processo de combustão 
 
 
Praticamente todos os combustíveis usados são hidrocarbonetos que contêm os 
elementos hidrogênio e carbono, muito embora alguns combustíveis tenham em sua 
composição outros constituintes que não são usualmente importantes para o processo de 
queima. O hidrogênio, na queima, forma vapor de água; o carbono dá origem a dióxido de 
carbono (CO2) ou a uma mistura de dióxido e monóxido de carbono (CO). O ar contém 
nitrogênio e oxigênio. O nitrogênio não toma parte do processo, exceto pela formação 
eventual de pequenas quantidades de óxidos de nitrogênio (NOx). A maior parte dos 
constituintes do exausto de um sistema de combustão são mesmo vapor d’água, CO2, 
CO, N2 e O2 (este proveniente do excesso de ar não utilizado no processo). Nem todos os 
constituintes estão presentes em todos os momentos. 
A análise dos gases do exausto pode ser realizada com o uso de analisadores 
contínuos ou de amostragem periódica. A amostra deve ser tomada tão proximamente da 
saída da câmara de combustão quanto possível, para reduzir erros causados por 
infiltração de ar. Alguns analisadores contínuos medem o teor de O2 e indicam ou 
registram os resultados. Outros medem o teor de CO2 e ainda existem os que determinam 
a presença de combustíveis, dos quais o principal é CO mas também podem estar 
incluídos alguns combustíveis não queimados em estado gasoso. Se um analisador 
contínuo não estiver disponível, uma amostra de gás pode ser retirada e analisada com o 
emprego de um analisador de Orsat. Algumas considerações sobre esses métodos de 
análise são apresentadas a seguir. 
 
1.2 Análise De Orsat 
 
O analisador de Orsat determina a percentagem volumétrica de O2, CO2 e CO no 
exausto. O percentual remanescente é assumido ser N2, mais uma pequena quantidade 
combustível 
ar 
(O2 + N2) 
(H e C) 
Sistema de combustão 
gases de combustão 
(CO2+ H2O + O2 + N2) 
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não condensada do vapor de água presente na amostra. O teor de cada um dos gases 
analisados pode oferecer indicações úteis. 
Por exemplo, a presença de CO indica combustão incompleta. Por sua vez, o teor 
de CO2 medido na base da chaminé, associado à medição de temperatura no mesmo 
ponto, é a forma mais prática e rápida de se determinar o calor perdido através dos gases 
de combustão. 
Sabemos que o excesso de ar reduz a percentagem de CO2 presente nos gases de 
combustão, pois, para o mesmo volume de CO2 (regulado pela estequiometria do 
processo de combustão completa), teremos aumentado o volume total dos gases. É 
necessário controlar este excesso de ar; caso contrário, o ar que não participa da queima 
tende a retirar calor da chama. 
A Figura 1.2 mostra a relação entre o excesso de ar e o teor de CO2, CO e O2 para 
a queima de óleo; para gás natural, o excesso percentual de ar pode ser determinado a 
partir da Figura 6.3, desde que não exista CO presente no exausto. O teor de CO2 está 
relacionado ainda ao rendimento da combustão (em termos de aproveitamento do calor 
gerado) e à perda de calor associada à descarga dos gases na exaustão, conforme 
mostra o gráfico da Figura 6.4. Quanto maior o teor de CO2, menos ar em excesso se tem 
e melhor é o rendimento, por causa da menor perda de calor pela exaustão. Quando a 
temperatura na base da chaminé aumenta, esse efeito se torna ainda mais drástico. 
 
 
 
Figura 1.2.1 – Excesso de ar em função da composição do exausto, na queima de 
óleo combustível. 
 
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Figura 1.2.2 – Excesso de ar em função dos teores de O2 e CO2, na queima de GN. 
 
 
 
Figura 1.2.3 – Rendimento da combustão e perda dos gases na base da chaminé, 
em relação ao percentual de CO2 e à temperatura da chaminé. 
 
A análise de Orsat se baseia na variação de volume que sofrem certos compostos 
ao absorver CO, CO2 e O2 contidos nos gases de combustão. O equipamento (Figura 6.5) 
consta de uma bureta, três tubos de absorção, um frasco de vidro graduado para 
indicação de nível, tubos de conexão de vidro e mangueiras. A análise é feita tomando-se 
100 ml de uma amostra do gás em um frasco de vidro graduado, realizando em seguida a 
absorção de CO2, O2 e CO com soluções de hidróxido de potássio (KOH), ácido pirogálico 
(C6H6O3) e cloreto de cobre I (CuCl), nesta ordem, anotando-se a redução do volume de 
gás em cada absorção. O gás residual é o N2, que não é absorvido pelas soluções. 
 
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Figura 1.2.4- Analisador de Orsat 
 
A análise de Orsat tem limitações quanto à sua precisão, repetibilidade e 
reprodutibilidade. Os erros apresentados são causados pelos seguintes fatores: 
 
- sensibilidade do resultado da análise à maneira de executá-la; 
- temperatura de amostragem do gás; 
- variações na temperatura ambiente (? 1?C ? 1% de erro); 
- saturação dos reagentes (principalmente o ácido pirogálico); 
- tempo de absorção insuficiente; 
- vazamentos nas válvulas dos reagentes; 
- tempo de drenagem da amostra insuficiente. 
 
Mesmo usando-se reagentes novos, executando-se a medição com boa técnica e 
sem vazamentos no equipamento, a análise de Orsat pode apresentar desvios de ?0,1% 
para o CO2 e ?0,5% para o O2. Em laboratório, sob condições controladas e com um 
aparelho de boa qualidade, essa análise pode oferecer informações analíticas de boa 
precisão; porém, o uso de aparelhos portáteis de Orsat no campo é altamente 
questionável quanto à precisão. 
Para aplicar quantitativamente os resultados da análise, consideramos que, a partir 
da relação estequiométrica da reação de combustão, pode-se deduzir a seguinte equação 
prática: 
100
CO) 5,0(O N 2682,0
CO 0,5 O
 ar de excesso %
22
2 ?
??
?
? 
 
onde O2, CO e N2 são, respectivamente,os teores (percentuais em volume) de 
oxigênio, monóxido de carbono e nitrogênio nos gases de combustão. 
Em muitos casos, CO pode estar ausente ou muito baixo por causa de altos níveis 
de excesso de ar. Por exemplo, a análise de Orsat do exausto de um forno a gás natural 
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indica a seguinte composição: O2 = 9,8%; CO2 = 6,2% e 
CO = 0%. Então, determina-se o teor de N2 e de excesso de ar da forma abaixo: 
 
% N2 = 100 % – (9,8% + 6,2% + 0%) = 84% 
 
100
0) 5,0(9,8 84 2682,0
0 0,5 9,8
 ar de excesso % ?
????
??
? = 77% 
 
Esse valor pode ser comparado com o que se determina a partir do gráfico da 
Figura 6.3, verificando-se uma boa coincidência. É um valor muito alto para um forno que 
queima gás natural, e a possibilidade de reduzir esse excesso de ar deve ser investigada. 
Um outro exemplo proporcionará maior familiaridade com este procedimento de 
cálculo. Considere-se um forno que queima gás de coque, cuja análise do exausto indica 
a presença de 2,1% de O2, 10% de CO2 e 0% de CO. Daí, 
 
% N2 = 100 % – (2,1% + 10% + 0%) = 87,9% 
 
100
0) 5,0(2,1 87,9 2682,0
0 0,5 2,1
 ar de excesso % ?
????
??
? = 9,8% 
 
Este resultado é aceitável para um forno a gás de coque, e se verifica que não é 
aplicável o gráfico da Figura 6.3, pois aqui o combustível não é GN. 
Em um forno a gás natural com deficiência de ar, a equação levará a um valor 
negativo. Seja, por exemplo, uma análise que indica 0% de O2, 11% de CO2 e 2% de CO 
nos gases de combustão. Então, 
% N2 = 100 % – (0% + 11% + 2%) = 87% 
 
100
2) 5,0(0 87 2682,0
2 0,5 0
 ar de excesso % ?
????
??
? = – 4,1% 
 
Isto significa que 4% menos do que o ar teórico requerido para a combustão 
completa estão sendo fornecidos aos queimadores. Se o equipamento permitir, o CO 
deve ser reduzido pelo aumento do suprimento de ar. 
 Ocasionalmente, CO ocorre mesmo com excesso de O2. Isso é usualmente 
uma indicação de uma mistura pobre e imperfeita entre o combustível e o ar. Às vezes, 
melhores resultados podem ser obtidos pelo ajuste dos dampers do queimador, de forma 
a criar mais turbulência para levar a uma melhor mistura combustível/ar. Em outros casos, 
pode ser necessário refazer a montagem do sistema. 
 Existe uma maneira de checarmos os valores de O2 e CO2 obtidos pela 
análise de Orsat, visto que há também uma relação estequiométrica entre O2, CO2 e a 
razão H/C (mássica) do combustível, dada pela seguinte expressão: 
 
2
22
CO
)O 0,422(CO 8,865
 H/C razão
??
? 
 
Com os valores de O2 e CO2 da análise, poderemos calcular a razão H/C e 
comparar com o valor dessa razão no combustível, que é conhecida. Se as duas razões 
forem muito diferentes, saberemos que os valores dos teores de O2 e CO2 estão errados. 
Para o primeiro exemplo citado acima, do forno a GN (O2 = 9,8%; CO2 = 6,2%, CO 
= 0% e N2 = 84%), teremos: 
 
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2,6
9,8) 0,422(6,2 8,865
 H/C razão
??
? ? 0,34 
 
A razão H/C do gás natural, tomado como sendo 90% de metano e 10% de etano, 
dá: 
 
(4/12) ? 0,9 + (6/24) ? 0,1 = 0,325 
 
 
Uma razoável aproximação entre os resultados leva-nos a inferir que a análise de 
Orsat, neste caso, está correta. 
Outros analisadores operados manualmente, como os medidores de CO2 tipo 
"Firyte", são disponíveis para a medição da composição dos gases da combustão. São 
mais simples de usar e podem ser úteis para um cruzamento de dados com as análises 
realizadas pelo analisador de Orsat ou por outros equipamentos. 
 
1.3 Analisadores Contínuos 
 
1.3.1 Analisadores de oxigênio(O2) 
 
Os analisadores contínuos de oxigênio são instrumentos muito importantes 
utilizados no controle da combustão, face ao custo dos combustíveis e ao aumento obtido 
na eficiência do forno, quando os sinais dos analisadores são usados para controlar a 
relação ar/combustível. Dois tipos de analisadores são muito utilizados: 
 
- analisador de óxido de zircônio - baseado no princípio da célula eletroquímica; 
- analisador com campo magnético - baseado no caráter paramagnético do 
oxigênio. 
 
1.3.2 Analisador de óxido de zircônio (ZrO2) ou zircônia 
 
Alguns materiais cerâmicos, tais como o óxido de zircônio, são eletrólitos sólidos 
que conduzem eletricidade a alta temperatura através do movimento de íons de oxigênio 
(figura a seguir). Esta capacidade pode ser usada para medir oxigênio em uma mistura 
gasosa. 
 
 
 
Figura 1.3.2.1– Condutividade elétrica em materiais cerâmicos. 
 
 
A célula analítica consta de um disco de zircônia montado dentro de um aquecedor, 
entre duas câmaras contendo, respectivamente, o gás a ser analisado e um gás de 
referência, usualmente ar (Figura 6.7-a). A temperatura é controlada geralmente por 
controladores eletrônicos de ótima estabilidade, utilizando-se termopares ou termo-
resistências como sensores junto à célula. Se a célula assim construída for mantida numa 
temperatura suficientemente elevada (~ 700 °C), a cerâmica se torna um condutor 
eletrolítico devido a mobilidade dos íons de oxigênio constituintes do óxido. As superfícies 
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opostas do disco são revestidas de platina porosa, que constituem assim os dois 
eletrodos da célula. Se houver uma diferença na concentração de oxigênio dos dois lados 
do disco, é gerada uma voltagem entre os eletrodos (Figura 6.7-b). 
 
 
 
Figura 1.3.2.2 – (a) Montagem do disco de zircônia; 
 (b) Geração de voltagem entre os eletrodos. 
 
 Para o uso, essa célula é instalada sobre um diafragma flexível em um corpo 
rígido, o que o torna resistente tanto a choques térmicos quanto mecânicos (Figura 6.8). 
 
 
 
Figura 1.3.2.3 – Instalação da célula de ZrO2. 
 
A célula de zircônio pode ter também a forma de um tubo de ensaio, sendo que a 
atmosfera de referência fica geralmente na parte interna (Figura 6.9-a). A amostra é 
captada por meio de uma sonda (Figura 6.9-b) que, eventualmente, possui um filtro de 
partículas na extremidade localizada dentro da tubulação que transporta os gases de 
combustão. Sob ação de um ejetor operado a ar comprimido, a maior parte da amostra 
circula em um circuito de alta velocidade, retornando ao processo geralmente no mesmo 
local da captação. Uma parte pequena da amostra é desviada deste circuito e circula pela 
parte externa da célula de zircônio, onde ocorrerá a análise. Todo o bloco onde se situa a 
célula é mantido, por meio de um forno elétrico, a uma temperatura constante e 
controlada. 
 
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Figura 1.3.2.4 – (a) Célula de óxido de zircônio em forma de tubo de ensaio; 
 (b) diagrama do sistema analisador. 
 
Quando os dois eletrodos estiverem em contato com gases na mesma pressão 
normal e com diferentes teores de oxigênio, sendo um conhecido (gás de referência), o 
teor de oxigênio do outro gás (amostrado na chaminé) será indicado diretamente pela 
tensão de saída da célula sensora (Figura 6.10-a). 
A voltagem desenvolvida pela célula é amplificada por circuito eletrônico de alta 
impedância de entrada, que a converte em um sinal padronizado (por exemplo 4 a 20 
mA). Este circuito geralmente incorpora uma seção linearizadora, que garante uma escala 
linear em termos de concentração de oxigênio na amostra (Figura 6.10-b). 
 
 
Figura 1.3.2.5 – (a) Medição do teor de oxigênio; 
 (b) escala linearizada. 
 
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A equação de Nernst, que rege o funcionamento de toda célula eletroquímica, 
estabelece que o sinal de saída da célula sensora (relacionado à condução dos íons de 
oxigênio) é dado por: 
 
)gás(P
.)ref(P
 n T kE
2
2
O
O
s ?? 
 
onde PO2 (ref.) é a pressão parcial (ou a concentração) de O2 no gás de referência 
(normalmente, o ar) e PO2 (gás) é a pressãoparcial (ou a concentração) de O2 na amostra 
gasosa. A temperatura T é da ordem de 1500 °F (816 °C). 
 A técnica baseada no ZrO2 é uma forma robusta e precisa de medição de 
O2. É usada na análise de gases de combustão, por exemplo, em estações de produção 
de energia, onde misturas gasosas quentes e agressivas são normais e onde tempos de 
resposta extremamente rápidos são imprescindíveis. 
 
1.3.3 Analisador com campo magnético 
 
O oxigênio é um dos poucos gases paramagnéticos e pode ser atraído por um 
campo magnético, enquanto que muitos outros gases, por serem diamagnéticos, não 
sofrem tal atração. Essa propriedade paramagnética do O2 é usada para obter medidas 
rápidas e precisas do teor de oxigênio em misturas gasosas. Aplicações típicas incluem o 
uso em plantas de processo de gases industriais químicos, petroquímicos e 
farmacêuticos. 
Como o paramagnetismo não pode ser determinado diretamente, utilizam-se 
métodos baseados em outros fenômenos físicos relacionados às propriedades 
magnéticas do O2. Tais fenômenos são descritos sucintamente a seguir: 
 
1. um corpo quente colocado em um meio gasoso paramagnético – que, por sua 
vez, está submetido a um campo magnético externo – faz surgir uma convecção 
termomagnética (“vento magnético”) que provoca o seu esfriamento; 
2. um corpo, sob a ação de um campo magnético externo, pode sofrer um 
deslocamento pela ação de um gás paramagnético; 
3. o gás paramagnético, quando se acha sob a ação de um campo, sofre alteração 
em sua condutividade térmica e em sua viscosidade. 
 
Com respeito a esses fenômenos que servem de base para o funcionamento dos 
aparelhos, os analisadores magnéticos de gás se dividem em quatro grupos: a) 
termomagnéticos; b) magnetomecânicos; c) magnetocondutimétricos; d) 
magnetoviscosimétricos. No presente texto, serão examinados apenas os dois primeiros, 
por serem os de emprego mais comum. 
Os analisadores termomagnéticos se fundamentam na utilização do efeito de 
convecção termomagnética dos gases paramagnéticos, que surge em presença de um 
campo magnético e de um corpo aquecido, que dá origem a um gradiente térmico. 
Pode-se fazer uma analogia entre a convecção termomagnética e a convecção 
térmica natural. Esta última surge ao lado de uma superfície quente rodeada de um gás 
em um campo gravitacional. Quando um determinado volume gasoso entra em contato 
com a superfície quente, o gás se aquece, sua temperatura aumenta em comparação ao 
restante da massa gasosa e sua densidade diminui. Como conseqüência da diferença de 
densidade entre as partículas aquecidas e as partículas frias do gás, surge uma força sob 
cuja ação as partículas aquecidas se dirigem para cima, ou seja, em sentido contrário ao 
da força gravitacional. O lugar desse volume que se eleva é ocupado por outras partículas 
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frias que também se aquecem e ascendem. O surgimento e a intensidade da convecção 
natural são determinados pelas condições térmicas do processo e dependem do tipo de 
fluido, da diferença de temperatura entre o fluido e a superfície quente e do espaço 
disponível para que esse processo se desenvolva. 
No analisador termomagnético (Figura 6.11), o gás sob análise (o efluente do 
sistema de combustão, por exemplo), que flui continuamente por um duto, é aspirado para 
a câmara medidora em forma de anel (2), a qual contém um tubo de vidro (1). No tubo, 
encontra-se um ímã (4) que gera um campo magnético, que vai atrair o oxigênio presente 
no efluente (se houver). Dois filamentos idênticos (3a e 3b) são enrolados por fora do tubo 
de vidro. Estes filamentos formam dois lados de uma ponte de Wheatstone e são 
aquecidos pela corrente elétrica que os atravessa. O filamento 3a é colocado entre os 
pólos do ímã. O filamento 3b apenas envolve o tubo de vidro, não estando sob a 
influência do campo magnético. O gás se aquece ao entrar em contato com o filamento, e 
o oxigênio eventualmente presente reduz sua suscetibilidade magnética (conforme prevê 
a Lei de Curie). Com isso, o gás aquecido, não sendo mais “suscetível”, deixa de sofrer 
atração magnética e é expelido das proximidades do campo pela nova amostra de gás frio 
(e mais paramagnético) que entra a partir do duto. Forma-se então, pelo tubo de vidro, um 
fluxo contínuo que se move no sentido contrário ao da força magnética. Esse fluxo, 
conhecido, como já foi citado, por “vento magnético”), esfria o filamento 3a, mais do que 
3b. A intensidade da convecção, que depende do valor da suscetibilidade do gás, é 
determinada pela variação da resistência elétrica do filamento, provocada pelo seu 
esfriamento, o que desequilibra a ponte. A medida da variação da resistência elétrica é 
feita pela ponte: este desequilíbrio produz uma tensão proporcional à concentração de O2 
na amostra de gás. Esta tensão é amplificada e mostrada no indicador local. 
 
 
 
Figura 1.3.3.1 – Esquema da câmara medidora de um analisador termomagnético. 
 
 
Numa mistura gasosa, a variação da resistência será tão mais intensa quanto 
maior a concentração de O2. Pode-se construir uma curva de calibração a partir de 
amostras gasosas de concentração conhecida. É preciso ter em conta ainda que a força 
de atração que atua sobre a substância paramagnética diminui com o aumento da 
temperatura. 
Por seu turno, a análise de um equipamento magnetomecânico se baseia nos 
seguintes passos (vistos na Figura 6.12): 
 
 
 
 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 13
1. quando um campo magnético é criado, qualquer molécula de oxigênio presente 
será atraída para a parte mais forte do campo; 
2. duas esferas de vidro cheias de nitrogênio são montadas sobre uma suspensão 
rotatória dentro de um campo magnético; 
3. um espelho é localizado na parte central da suspensão; luz é lançada sobre o 
espelho e, quando refletida, atinge um par de fotocélulas; 
4. o oxigênio presente na amostra a ser analisada, atraído pelo campo magnético, 
deslocará as esferas com N2, causando a rotação da suspensão; as fotocélulas 
detectarão o movimento, gerando um sinal; 
5. o sinal gerado é passado a um sistema de retroalimentação (feedback), que 
fará passar uma corrente no filamento montado sobre a suspensão; isso 
causará um efeito motor que levará a suspensão à sua posição inicial; 
6. a corrente que flui pelo filamento, e que será medida, é diretamente 
proporcional à concentração de O2 na mistura gasosa sob análise. 
 
 
 
 
Figura 1.3.3.2 – Seqüência de operação de um analisador 
magnetomecânico de O2. 
 
 
Cromatógrafos a gás 
 
São um meio bastante poderoso para a determinação da composição de qualquer 
mistura gasosa, e em particular das misturas efluentes dos sistemas de combustão. 
Baseia-se na separação dos constituintes da amostra entre duas fases, uma estacionária 
e outra móvel, esta constituída de um fluido que percola através da fase estacionária, 
fixada em um tubo longo chamado coluna cromatográfica. 
Por se tratar de um estudo bastante aprofundado, necessitando de um tratamento 
à parte, a cromatografia a gás não será abordada neste texto. 
 
 
CAPÍTULO 02 
 
2. CÁLCULOS DA COMBUSTÃO 
 
2.1 Introdução 
 
A combustão pode ser definida como a combinação rápida do oxigênio com os 
elementos combustíveis, com liberação de energia luminosa e calorífica. 
Há nos combustíveis apenas três elementos de importância para a combustão: o 
carbono, o hidrogênio e o enxofre. Este ultimo é de menor valor como fonte de energia, 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 14
mas sua importância é grande quando levamos em conta os aspectos de corrosão e 
poluição. 
As reações de combustão destes elementos podem ser representadas através das 
seguintes equações: 
 
 
C + O2 CO2 + 8.100 kcal/kg (combustão completa) 
C + 2
1 O2 CO2 + 2.400 kcal/kg (combustão incompleta) 
H2 + 2
1 O2 HO2 + 34.100 kcal/kg 
S + O2 SO2 + 2.200 kcal/kg 
 
 
Como vemos pelas reações acima,as reações de combustão de hidrogênio e 
carbono são altamente exotérmicas. 
 
2.2 Ar Necessário a Combustão 
 
Nos processos de combustão, o oxigênio necessário à mesma é obtido do ar 
atmosférico, cuja composição aproximada em peso e em volume encontra-se na tabela 
abaixo: 
 
 O2 N2 
 
Em peso 
 
Em volume 
 
 
23,2% 
 
21% 
 
76,8% 
 
79% 
 
Outras propriedades do ar seco são: 
 
- peso molecular médio = 28,97; 
- volume especifico = 085 m3 / kg (a25°C). 
 
Na porcentagem de N2 estão incluídos os gases inertes, como argônio, CO2, Kr, 
Ne e Xe. 
A quantidade mínima de ar que fornece o oxigênio suficiente para a combustão 
completa do carbono, hidrogênio e enxofre, é chamada de ar teórico ou estequiométrico. 
Devido a ineficiências na fase de mistura do combustível com o ar, nem todo ao ar 
estequiométrico vai participar da reação de combustão, pois não estará intimamente 
misturado com o combustível. Em conseqüência, haverá falta de ar e a combustão será 
incompleta, levando a formação de CO e fuligem (C não queimado). 
Para se evitar esta combustão incompleta, costuma-se operar na pratica com uma 
quantidade adicional de ar, acima da necessidade estequiométrica, que chamamos de ar: 
 
excesso de ar = ar real – ar teórico 
 
A quantidade de ar realmente fornecida é expressa em termos de percentagem de 
excesso de ar. Assim, 50% de excesso de ar significa que o ar é realmente fornecido 
numa quantidade 50% maior que o ar teórico. 
Considerando que o ar contém 21% de O2 em volume e 23,2% de O2 em peso, 
podemos concluir que: 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 15
1. volume de ar necessário a combustão = 4,76 x volume de O2; 
2. volume de N2 = 3,76 x volume de O2; 
3. massa de ar = 4,31 x massa de O2; 
4. massa de N2 = 3,31 x massa de O2. 
 
2.3 Cálculos Estequiométricos 
 
Nos cálculos estequiométricos a combustão, é importante ressaltar que as 
substâncias sempre reagem segundo as proporções dos seus pesos moleculares. 
Consideremos, por exemplo, as reações de combustão completa do carbono e do 
hidrogênio contidos num óleo combustível. 
 
C + O2 CO2 
H2 + 2
1 O2 H2O 
 
Os pesos atômicos do H, C e O, são 1, 12 e 16, respectivamente. Daí podemos 
calcular os pesos moleculares: 
 
C = 12 
H2 = 2 x 1 =2 
O2 = 2 x 16 = 32 
H2O = 2 x 1 + 16 = 18 
CO2 = 12 + 2 x 16 = 44 
 
Portanto, cada 12g de C (1 mol) reagem com 32g de O2 (1 mol) para formar 44g de 
CO2 (1 mol); e cada 2g de H2 (1 mol) reagem com 16g de O2 ( 2
1 mol) para formar 18g de 
H2O (1 mol). 
 
No caso da combustão do gás metano (CH4), teremos: 
 
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 
P.M = 16 P.M = 32 P.M = 44 P.M = 18 
 
Neste caso, cada 16g de CH4 (1 mol) reagem com 2 x 32 = 64g de O2 (2 moles) 
para formar 44g de Co2 e 2 x 18 = 36g de H2O (2 moles). 
Quando estão envolvidos gases nas reações químicas, pode-se relacionar as 
massas com seus volumes, bastando utilizar a conhecida “Hipótese de Advogadro”, para 
qualquer substância no estado gasoso, o volume ocupado por 1 mol é sempre igual a 
22,4 litros, quando medidos nas CNTP (O°C e 1 atm). 
Deste modo, utilizando-se a reação da combustão do metano, teremos as 
seguintes proporções entre massas e volumes: 
 
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 
 1 mol 2 moles 1 mol 2 moles 
22,4 litros 44,8 litros 22,4 litros 44,8 litros 
16g 2 x 32g 44g 2 x 18g 
 
Para o cálculo de qualquer massa ou volume, basta, portanto fazer uma “regra de 
três” entre as quantidades conhecidas e as quantidades procuradas. 
 
 
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Exercício1 - Qual o peso e o volume de oxigênio (teórico) necessário para queimar 1 kg 
de um óleo combustível contendo 90% C e 10% H2 ? 
 
Resposta: 3,2 kg O2 ou 2,24 Nm3 de O2 (medido nas CNTP). 
 
 
Exercício 2 - Qual o volume de ar teórico para a queima anterior? 
 
Resposta: 10,67 Nm3 de ar (CNTP). 
 
 
Exercício 3 - Considerando que esteja sendo utilizado um excesso de ar de 15% sobre 
teórico, qual o volume de ar necessário a queima de 1kg do óleo? Qual o volume de 
nitrogênio e de excesso de oxigênio? 
 
Resposta: a) 12,27 Nm3 ar 
 b) 9,69 Nm3 N2 
 c) 0,34 Nm3 O2 
 
 
A partir das equações de combustão do C, H e S podem ser desenvolvidas 
fórmulas para o cálculo da massa e do volume de oxigênio teórico: 
 
- Kg de O2 teórico/kg comb. = 2,667C + 8H2 + 1S 
- Nm3 de O2 teórico/kg comb. = 1,867C + 5,6H2 + 0,7S 
 
Onde C, H2 e S são as frações (%100) de carbono, H2 e enxofre em peso no 
combustível, obtidas a partir das analises de laboratório. 
 
Para o calculo do ar teórico utilizamos os fatores de conversão citados 
anteriormente, ou seja: 
 
- m3 ar = 4,76 x m3 O2 (ou em mol); 
- kg ar = 4,31 x kg O2. 
 
Obs.: Se o combustível já contém oxigênio (ex.: álcool), da demanda de O2 para a 
combustão completa deve ser subtraído o O2 presente no combustível. 
 
 
Exercício 4- Repetir o Exercício 1 utilizando as fórmulas apresentadas. 
 
 
2.4 Correção dos Volumes pela Pressão e Temperaturas 
 
Na prática, o volume dos gases não é medido nas CNTP (temperatura de O°C e 
pressão de 1 atm), e sim nas condições ambientes. 
Para corrigir o volume CNTP para as condições reais, deve-se utilizar a “equação 
dos gases perfeitos”: 
 
Po Vo = p1 V1 ? V1 = Vo x po x T1 
 To T1 p1 To 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 17
Onde: 
 
Vo – volume do gás na pressão absoluta po = 1 atm = 760 mmHg = 1,033 kgf/cm2 e na 
temperatura absoluta To = 273°K (equivalene a O°C); 
 
V1 – volume do gás medido na pressão absoluta p1 e temperatura absoluta T1 (em °K). 
 
 
Exercício 5 – Com relação ao Exercício 3, qual o volume de ar requerido para a 
combustão do óleo, sabendo-se que a temperatura ambiente é de 27°C e a pressão 
atmosférica nesta cidade é de 740 mmHg? 
 
Resposta: 13,85 m3 
 
 
2.5 Composição dos Gases de Combustão 
 
Numa combustão completa, todo o carbono é transformado em CO2 e todo o 
hidrogênio forma H2O (vapor d’água). Além disso, deve ser considerada ainda a presença 
do nitrogênio que faz parte do ar mas permanece inerte e sai nos gases de combustão. 
Como a queima apenas com o ar teórico nunca é completa, trabalha-se com 
excesso de ar, e neste caso também aparece nos gases de combustão o oxigênio 
utilizado em excesso. 
Teremos, portanto, nos gases de combustão a presença de CO2, H0O, N2 e O2. Se 
o combustível contiver enxofre, aparece também SO2 e SO3 nos gases, além da presença 
de CO ocasionada pela queima incompleta de parte do carbono. 
Para resolver problemas sobre gases de combustão, deveremos calcular 
individualmente os volumes de cada gás produzido, além do N2 e O2 (excesso) presentes 
no ar, e apresentar a composição da mistura sob a forma percentual. 
Os volumes de CO2, H2O e SO2 podem ser calculados em função da analise do 
óleo combustível (%C, %H2, %S) pelas expressões: 
 
- Nm3 CO2/kg com. = 1,867 . C 
- Nm3 H2O/kg com. = 11,2 . H2 
- Nm3 SO 2/kg com. = 0,70 . S 
 
 
Exercício 6 – Quais os volumes (medidos nas CNTP) e qual a composição do gás de 
combustão formado pela queima de 1 kg de óleo combustível (90% C, 10% H2), admitindo 
15% de excesso de ar? 
 
Resposta: CO2 = 1,68 Nm3 (13,1%) 
 H2O = 1,12 Nm3 (8,7%) 
 N2 = 9,69 Nm3 (75,6%) 
 O2 = 034 Nm3 (2,6%) 
 Total = 12,83 Nm3 (100%) 
 
O resultado deste exercício evidencia nitidamente a importância de se procurar 
manter o excesso de ar no mínimo possível, pois o maior componente do gás de 
combustão é o nitrogênio atmosférico, que consome muita energia para ser aquecido 
desde a temperatura ambiente até a temperatura dos gases, em detrimento da eficiência 
global da combustão. 
Sistema de Combustão II 
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2.5.1 Composição em Base Seca 
 
Como a análise dos gases de combustãoé feita absorvendo-os em soluções 
aquosas (Orsat), a água formada não entra na composição. Diz-se que este tipo de 
composição é em “base seca”. 
 
Para calcular em base seca, basta somar as porcentagens em bases úmida sem 
incluir a água e redistribuir as porcentagens. 
 
 
Exercício 7 - Apresentar a composição volumétrica do Exercício 6 em base seca. 
 
Resposta: 14,35% CO2; 82,80% N2; 2,85% O2 
 
 
2.6 Combustão de Misturas Gasosas 
 
A análise dos combustíveis gasosos fornece uma composição em volume dos 
gases que compõem a mistura. 
Os cálculos seguem o mesmo procedimento apresentado para o óleo combustível, 
devendo ser calculado o ar teórico e os gases formados na combustão para cada gás de 
mistura. 
 
 
Exercício 8 – Um gás tem a seguinte composição volumétrica: 
 CH4 (metano) 80% 
 C2H6 (etano) 20% 
 
Calcular: 
 
1. volume de oxigênio teoricamente necessário para a queima de 10 Nm3/h desse 
gás; 
2. volume de ar com excesso de 10%; 
3. volume e composição dos gases formados na combustão com excesso de ar. 
 
Obs.: As reações de combustão completa são: 
 
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 
C2H6 + 
2
7
O2 2CO2 + 3H2O 
Resposta: a) 23 Nm3/h O2 
 b) 120,45 Nm3/h ar 
 c) 131,45 Nm3/h gás de combustão, contendo 9,1% CO2, 16,75% H2O, 72,4% 
 N2 e 1,75% O2. 
 
2.7 Calculo do Excesso de Ar 
 
Conhecendo-se as % O2 e CO2 nos gases de combustão (Análise de Orsat), 
ambas em base seca, podemos obter a % excesso de ar utilizada na combustão. 
 
 
 
Sistema de Combustão II 
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Exercício 9 – Um óleo combustível é queimado num forno gerando um gás de combustão 
com a seguinte analise de Orsat: 13,4% CO2 e 3,6% O2. 
 
Calcular a % excesso de ar. 
 
Resposta: Considerando 100 Nm3 do gás de combustão seco, teremos 13,4 Nm3 CO2, 
3,6 Nm3 O2. 
 
Este nitrogênio que sai nos gases é o mesmo que entra no ar. Como ele representa 
79% do ar, teremos: 
 
- volume de ar que entrou = 
79,0
0,83
 = 105,06 Nm3 ar; 
 
- volume de O2 que entrou = 0,21 x 105,1 = 22,06 Nm3 O2. 
 
 
Como saíram 3,6 Nm3 O2, significa que o O2 teórico = 22,06 – 3,6 = 18,16 Nm3 O2. 
 
Excesso de O2 (ou de ar) = 
46,18
6,3
 x 100 = 19,5% 
 
 
2.7.1 Relação H/C e Excesso de Ar 
 
Conhecendo-se a relação R = H/C do combustível, pode-se calcular a relação peso 
de ar/peso de combustível necessária a combustão completa: 
 
.Comb
Ar
 (peso) = 
R
R
?
?
1
)31(5,11
 
 
Se a queima é feita com excesso de ar, a análise de Orsat indicará uma 
composição %CO2 = b e %O2 = c, em base seca. 
O excesso de ar (em relação ao ar teórico ou estequiométrico) pode ser calculado 
pela fórmula: 
%E.A. = 
)31( Rb
c
?
 x 100% 
 
 
Além disso, b e c estão relacionados com R, de acordo com: 
 
R = 
b
cb )(422,0865,8 ??
 
 %H2 = 
1?R
R
 X 100% 
 
 %C = 100 - %H2 
 
 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 20
Substituindo a expressão de R na fórmula de cálculo do excesso de ar (E.A.), 
resulta: 
 
%E.A. = 
)2%(%.%266,0
2%%
22
2
COON
COO
??
?
 x 100% 
 
 
Exercício 10 – Calcular a % excesso de ar e a composição do combustível, conhecendo 
a análise de Orsat apresentada no Exercício 9, ou seja, 13,4% CO2 e 3,6% O2.] 
 
Resposta: a) %E.A. = 19,5% 
 b) R = H/C = 0,126 (em peso) 
 
Obs.: Esta relação R corresponde a um combustível contendo 88,8% C e 11,2% H2. 
 
 
Exercício 11 – Calcular o excesso de ar e a composição do combustível, sabendo-se que 
a análise de Orfat dos gases da combustão completa apresenta os valores: 14,35% CO2 e 
2,85% O2 (em base seca). 
 
Resposta: a) %E.A. = 14,9% 
b) R = H/C = 0,112, correspondente a um combustível contendo 90% C e 
10% H2 (ver Exercícios 6 e 7). 
 
 
Como já mencionado anteriormente, a operação sem excesso de ar é indesejável, 
pois leva a combustão incompleta, por ser impraticável a homogeneização perfeita entre o 
ar e o combustível. A combustão incompleta apresenta as seguintes desvantagens: 
 
- O combustível não libera todo o calor possível de fornecer, ou seja, é 
desperdiçado o calor da combustão do CO a CO2, (5700 kcal/kg C ou 2440 
kcal/kg CO), o que leva a um maior consumo de combustível; 
- Aumenta a formação de fuligem, principalmente quando se queima óleo 
combustível. 
 
Por outro lado, o excesso de ar desnecessário também é indesejável, pois quanto 
maior for a quantidade de ar que deve ser aquecida pela chama, menor será a 
temperatura resultante na mesma, o que leva a uma menor troca de calor por radiação e 
como conseqüência, diminui a eficiência do forno (fração de calor liberado na combustão, 
que é aproveitado), além de reduzir a capacidade do mesmo. 
O desejado será operar o forno com o menor excesso de ar, que possibilite a 
obtenção de uma combustão completa. 
 
 
CAPÍTULO 03 
 
3. QUEIMADORES 
 
3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS QUEIMADORES 
 
Como é do nosso conhecimento a definição de queimado, vamos ver algumas 
maneiras de classificá-los. 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 21
Embora a classificação dos queimadores tenha sido normalizada pela internacional 
Gás Union (IGU), para efeitos didáticos, vamos estabelecer a seguinte maneira para 
classificá-los : 
 
3.1.1 Tipos fundamentais de queimadores são: 
 
- Queimadores atmosféricos 
- Queimadores de circulação forçada: Queimadores Monoblocos 
Queimadores Duoblocos 
 
 3.1.2 Quanto ao uso de combustíveis: 
 
- Queimadores que funcionam com gases de diferentes naturezas ou 
queimadores multigás; 
- Queimadores que podem funcionar com vários combustíveis; 
- Queimadores que funcionam com um único combustível. 
 
3.1.3 Quanto a mistura ar/gás: 
 
- Queimador sem pré-aeração. Não tem entrada para o ar primário; 
- Queimador com pré-aeração. Tem entrada para o ar primário – também 
conhecido como Atmosféricos ou Ar Induzido; 
- Queimadores Mecânicos: Queimador com Gás Induzido pelo ar 
- Queimadores com Mistura na Câmara de Combustão: Monoblocos ou 
Duoblocos 
 
3.2 TIPOS DE QUEIMADORES – características e aplicações 
 
3.2.1 Queimador sem pré-aeração 
 
O jato de gás que sai do queimador não recebe ar primário, se alarga a medida que 
se distancia do orifício .As moléculas de combustível da periferia queimam e se 
combinam com as moléculas de oxigênio vizinhas.O hidrogênio do hidrocarboneto se 
difunde mais rápido que o carbono para formar HzO e o carbono se solidifica em forma de 
partículas incandescente,que queimam na parte terminal da chama,dando origem a 
luminosidade da chama. 
Algumas características para aplicação deste tipo de queimador: 
 
- Necessita de grandes câmaras de combustão; 
- Não deve haver contato da chama com as paredes, para evitar depósitos de 
carbono; 
- Pressão de funcionamento de 10 a 100 mbar acima provoca ruido e 
deslocamento de chama; 
- A distância entre orifício vizinhos comporta dois limites: um para assegurar o 
interacendimento e um limite mínimo para assegurar a oxigenação da chama. 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.1.1 - Queimador sem pré-aeração 
Sistema de Combustão II 
Centro de Tecnologias do Gás – CTGÁS 22
3.2.2 Queimadores com Pré-Aeração - Atmosféricos ou Ar Induzido 
 
São aqueles que utilizam o gás para arrastar parte do ar necessário para a 
combustão (ar primário), sendo o restante retirado do ambiente em que está localizado. 
A pressão do gás no orifício do injetor é relativamente baixa, sendo de 70 a 100 
mmca, para gás manufaturado de 150 a 280 mmca, para gás natural e GLP. 
São normalmente utilizados em equipamentos onde a temperatura de trabalho é 
relativamente baixa entre 200°C e 400°C, como no aquecimento de tanques abertos com 
soluções para revestimento eletrolítico, desengordurantes, geradores de água quente, 
aquecimento de condutos que transportam metal fluído (por ex. chumbo), etc. 
Com o desenvolvimento de queimadores atmosféricos de alta pressão, (figura 
abaixo) que chegam a utilizar gás a pressões de 2,0 bar, consegue-se aumentara 
quantidade de ar na mistura, possibilitando sua utilização em trabalhos de temperatura 
mais elevadas como fusão de matérias (alumínio, chumbo), fornos de tempera, 
recozimento, etc. 
Devido suas características, os queimadores atmosféricos são aplicados onde 
existe depressão na fornalha, não necessitando de ventilador para ar de combustão, pois 
a alta pressão do gás (1,5 a 2 kgf/cm2) força a entrada do ar por efeito “Venturi”, ou ainda 
em pequenos sistemas de combustão, sendo muito comum em sistemas domésticos, 
como fogões, fornos, aquecedores à gás, nestes casos a baixa pressão de gás ( 10 a 30 
mbar ) 
 
 
 
Figura 3.2.2.1 - Queimador atmosférico Pilotpak® Maxon 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema de Combustão II 
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Figura 3.2.2.2 - Queimadores atmosféricos com mistura prévia. 
 
 
3.2.3 Queimadores Mecânicos 
 
3.2.3.1 Queimador com Gás Induzido pelo ar 
 
Se o ar é utilizado para arrastar o gás, a mistura estabelecida pode ser 
estequiométrica, dando como resultado uma combustão intensa e chama razoavelmente 
curta, fazendo com que seja adequado a trabalhos em temperaturas elevadas (figura 
abaixo). 
Esse tipo de queimador utiliza normalmente ar de combustão fornecido por 
ventilador a pressão em torno de 70mbar. 
 
Funcionamento básico: 
 
 O ar passa pelo tubo misturador, cria uma depressão no trecho "A", arrastando o 
gás que está disponível a pressão zero, que é conseguida por intermédio de um regulador 
de pressão zero. 
 
Esse tipo de queimado é muito utilizado na indústria no setor de vidro, nos pontos 
de alimentação das prensas de frascos. 
Uma outra variante deste tipo de queimador é o mostrado na figura abaixo, onde a 
regulagem do conjunto é feita pela pressão do ar injetado. 
 
 
 
 
Sistema de Combustão II 
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Figura 3.2.3.1.1 - Misturador de gás induzido economizador de ar. 
 
 
3.2.3.2 Queimadores com Mistura na Câmara de Combustão 
 
Queimadores com gás e ar sob pressão 
 
São queimadores onde o ar e o gás são levados sob pressão com regulagens 
independentes de vazão, sem que um dos fluídos influa sobre o outro. 
A homogeneização é efetuada por turbulência na saída da caixa de combustão ou 
no seu interior por dispositivos especiais. 
Um comprimento reto de canalização deve ser sempre prevista na saída deste 
queimador de maneira a restabelecer um perfil de velocidade homogêneo e permitir a 
completa mistura dos gases e, assim manter regular o comprimento da chama e evitar 
ruído na combustão ou apagamento súbito da chama. Esses tipos de queimadores tem 
grande aplicação na indústria em equipamentos tipo: estufas, fornos de tratamento 
térmico, potes fusão, etc. Veja as figuras abaixo: 
 
 
 
 
 
 
 
 Misturador sem indução. Esquema da caixa de mistura. 
 
 
 
 
Sistema de Combustão II 
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Figura 3.2.3.3.1.1 -
Queimador Monobloco 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Queimadores sem mistura prévia com escoamento convergente do ar e do gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Queimador sem mistura prévia com difusor variável para regular o comprimento da 
chama. 
 
 
3.2.3.3 Queimadores de Circulação Forçada 
 
3.2.3.3.1 Queimadores Monoblocos 
 
São queimadores que possuem um ventilador de baixa pressão já incorporado, 
formando um único conjunto. Sua cabeça de mistura é bastante simples, o que o impede 
de trabalhar em grandes faixas de variação de potência, sobre risco de extinção ou 
deslocamento de chama. 
Em sua maioria possuem corpo em alumínio fundido. As 
partes em contato com a chama são em chaparia leve, sendo o ar 
de combustão elemento fundamental na refrigeração de todo o 
conjunto. 
No painel de comando fixado junto ao queimador, são 
alojados o programador de chama, transformador de ignição e relé 
ou contator de acionamento do motor do ventilador. 
Os componentes da linha de gás, destinadas ao controle e 
segurança, devem atender integralmente os requisitos da norma 
NBR-12313 de Setembro de 2000. 
 
Sistema de Combustão II 
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Este tipo queimador tem uma gama muito grande de aplicações industriais e 
comerciais. 
A estabilização de chama deste tipo de queimador é baseada na indução de 
fenômenos de turbulências aleatórias que provoca velocidades variáveis no escoamento, 
tendo alguns pontos, velocidades muito baixas. 
Essa turbulência pode ser criada por efeito giratório; efeito de arrasto e 
deslocamento do escoamento por diversos dispositivos como discos, diafragmas, cone, 
alargamento brusco da parede do queimador. Veja as duas figuras anteriores. 
 
Aplicação 
 
Normalmente são aplicados em processos de “baixa temperatura”, em câmaras de 
combustão não pressurizadas, como caldeiras de vapor e aquecedores de fluido térmico. 
Sua aplicação em secadores e estufas exige cuidados especiais em relação ao 
“resfriamento” da chama e conseqüente formação de monóxido de carbono, que além de 
ser tóxico, comprova uma combustão incompleta. 
 
Requisitos para aplicação 
 
Os principais pontos para seleção de queimadores Monoblocos são: 
 
Temperatura da Câmara 
 
A temperatura da câmara de combustão não deverá ser elevada, sob risco de 
danos ao queimador, no caso de interrupção da ventilação por falta de energia elétrica. 
Uma temperatura máxima recomendada seria em torno de 350 a 400ºC. 
 
Faixa de Regulagem 
 
A faixa de regulagem exigida pelo processo não pode superar uma variação 
superior a 1:4 ou 1:5 aproximadamente, ou em outras palavras, se considerarmos que a 
potência máxima exigida pelo processo é de 100 kW, a potência mínima do queimador 
não poderá ser inferior a 20 ou 25 kW. 
 
Pressão da Câmara 
 
A pressão da câmara de combustão deverá ser baixa o suficiente para que o 
ventilador do queimador consiga insuflar a quantidade de ar necessária para a queima 
completa do combustível. Esta pressão normalmente não supera 100 mm.c.a ( 10mbar ). 
 
Requisitos de Atmosfera 
 
A construção típica de queimadores monoblocos não permite o controle preciso da 
relação ar/gás, e desta forma não há como garantir a composição da atmosfera formada 
pelos gases residuais de combustão. 
Em linhas gerais, estes queimadores trabalham com excesso de ar grande o 
suficiente para garantir a queima total do combustível, não sendo possível estabelecer 
uma queima estequiométrica ou redutora. 
 
 
 
 
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Potência Térmica 
 
Em função da potência, será definido o tamanho do queimador. 
 
3.2.3.4 Queimadores Duoblocos 
 
São queimadores completos, com sistema de controle de gás e ar já incorporados 
em um único conjunto, além de sistema de supervisão de chama e ignição que em geral é 
feito por um queimador piloto. 
São construídos em chaparia de aço carbono soldadas e pintadas. 
Possui uma caixa de ar com dimensões avantajadas de forma a garantir a 
homogeneidade nos suprimento de ar para o bocal de mistura, proporcionando desta 
forma uma chama estável e com geometria definida. 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.4.1 - Queimador Série GT Gastec 
 Queimador Homworthy 
 
 
Aplicação 
 
Se destinam basicamente a processos de média temperatura e de grandes 
capacidades ( acima de 1.500.000kcal/h ), como caldeiras, aquecedores de fluido térmico, 
geradores de gases quentes com câmara refratada, etc. 
Podem ser fornecidos com caixa de ar ou em caso de conversões de caldeiras 
podem se utilizar da caixa de ar do próprio equipamento quando existente. 
O ar de combustão é fornecido por ventilador independente, o que possibilita sua 
aplicação em câmaras com pressão negativas ou positivas, utilizando ventiladores 
dimensionados para estas condições. 
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 Figura 3.2.3.4.2 - Caldeira Flamo TubularAquecedor de Fluido Térmico 
 
 
Requisitos para aplicação 
 
Na aplicação destes queimadores devem os principais pontos abaixo deverão ser 
avaliados: 
 
Pressão da Câmara de Combustão 
 
O dimensionamento do ventilador de combustão deverá prever a máxima pressão 
da câmara de combustão e o volume de ar necessário na máxima liberação de potência 
do queimador. 
 
Faixa de Regulagem 
 
A faixa de regulagem exigida pelo processo deve ser verificada para que haja a 
correta seleção do queimador, bem como de todas as demais válvulas que compõe o 
sistema de combustão. A rangeabilidade típica destes equipamentos é de 1:5 
 
Conversão de Equipamentos 
 
O seu emprego em conversões de equipamentos já existentes é bastante difundido 
podendo ser acoplado com certa facilidade em calderias e geradores de gases quentes. 
Para a fixação do queimador ao processo, deverá ser verificado as dimensões do 
bocal que receberá o queimador e dimensões internas da câmara de combustão. 
Em geral um levantamento fotográfico do equipamento a ser convertido dá 
subsídios para que o fornecedor destes queimadores possam garantir sua operação e 
instalação. 
 
Potência Térmica 
 
Em função da potência térmica exigida pelo processo, será definido o tamanho do 
queimador. 
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3.2.3.5 Queimadores para processos de Alta Temperatura 
 
Ao contrário dos queimadores monoblocos, o painel de comando é o ventilador são 
montados separadamente do corpo principal. 
Em função disto, diversos queimadores podem ser alimentados por um único 
ventilador e comandados por um único painel central instalado em local estratégico. 
Possuem geralmente o corpo em Ferro Fundido ou expessas chapas de aço 
soldadas. As partes em contato com a chama não são menos espessas e muitas vezes 
fabricadas em Aço Inoxidável Refratário, o que confere uma resistência a temperaturas de 
até 900ºC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.5.1 - Queimador BIC Kromschroeder 
 
 
Para aumentar a eficiência em processos de alta temperatura, queimadores deste 
tipo podem trabalhar com ar de combustão pré-aquecido até 450ºC e em câmaras de 
combustão com temperaturas superiores a 1600ºC, devendo porém haver nestes casos a 
permanência constante do ar de combustão, mesmo que em capacidade reduzida. 
Queimadores projetados com esta finalidade permitem a leitura e o controle das 
vazões de ar e gás com precisão, garantindo a presença de oxigênio na câmara de 
combustão dentro de padrões pré-estabelecidos. 
A ignição pode ser direta por centelhamento ou indireta através de queimador 
piloto, sendo este último menos indicado por questões de custo. 
A faixa de regulagem típica destes queimadores é de 1:10 sendo em modelos 
especiais 1:100 ou superior. 
Graças a diferentes cabeças de mistura (turbuladores) e diferentes formatos de 
blocos refratários montados junto ao queimador, é possível de se ter formatos 
diferenciados de chama com características bem definidas em função do processo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.5.2 - Queimador BIO Kromschroeder 
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Segue abaixo alguns formatos de blocos refratários e respectivos formatos de 
chama. 
 
Bloco Cônico Aberto - Indicado para chamas curtas e de baixa 
velocidade 
 
Bloco Cilíndrico - Proporciona chama longas ou extra-longa, em função 
do turbulador utilizado. 
 
Bloco Cônico Fechado - Devido à restrição da seção de descarga, gera 
uma chama de alta velocidade. 
 
Bloco de Chama Plana - Em conjunto com o adequado turbulador, 
produz uma chama plana que permanece rente ao bloco, e paralela à 
face interna do forno 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.5.3 - a) Queimador com chama 
 b) Queimador com chama 
c) Queimadores com tubo de carbeto de média velocidade 
de alta velocidade com chama de alta velocidade. 
 
 
Aplicações especiais como, por exemplo, em tubos radiantes, não há bloco 
refratário. Nestes casos, o prolongamento do tubo de chama cumpre a função de 
conformação da chama. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.5.4 - Aplicação em tubos radiantes 
 
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Aplicação 
 
São utilizados geralmente em processos de alta temperatura onde há a 
necessidade de uma correta relação ar/gás a fim de se manter uma atmosfera interna do 
forno sob padrões pré-estabelecidos, que garantirá o aumento de eficiência do sistema, a 
estabilidade de temperatura e principalmente manterá o nível de oxigênio dentro dos 
limites exigidos pelo processo. 
Aplicações típicas com queima direta na câmara de processo são: Fundição de 
ligas não ferrosas, geradores de gases, forjas, fornos de tratamento térmico pesados, 
fornos cerâmicos, etc. Em queima indireta, sua utilização é bastante difundida em forno 
de campânula, muflados e fornos aquecidos por tubos radiantes com ou sem 
recuperadores de calor. 
 
 
Requisitos para aplicação 
 
Os principais pontos para seleção destes queimadores são: 
 
Temperatura da Câmara 
 
Caso a temperatura da câmara de combustão seja superior a 900ºC, atenção 
especial deve ser dada ao sistema de ar de combustão afim de garantir a contínua 
alimentação do queimador, para sua perfeita refrigeração. 
 
Faixa de Regulagem 
 
A faixa de regulagem exigida pelo processo deve ser verificada para que haja a 
correta seleção do modelo de queimador, bem como de todas as demais válvulas que 
compõe o sistema de combustão. 
 
Homogeneidade de Temperatura 
 
A homogeneidade de temperatura dentro de fornos pode ser obtida através da 
recirculação forçada por meio de meios mecânicos ou através do jato gerado pelos 
queimadores. Para a seleção destes queimadores, devemos saber qual seria a forma 
mais eficiente e viável, em função das dimensões da câmara, disposição da carga, 
temperatura de trabalho, etc e qual a variação máxima aceitável de temperatura nas 
diversas partes da carga. 
 
Pressão da Câmara 
 
Apesar destes queimadores poderem trabalhar com altas pressões de câmara de 
combustão, este dado é essencial para o dimensionamento do sistema de controle e 
principalmente do ventilador de ar de combustão. 
 
Requisitos de Atmosfera 
 
Para o correto dimensionamento e seleção do sistema de controle do queimador, é 
necessário sabermos quais as exigências quanto à composição da atmosfera do forno, 
principalmente quanto ao nível de oxigênio exigido dentro do forno. 
 
 
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Potência Térmica 
 
Em função da potência, será definido o tamanho do queimador. 
 
 
 
Figura 3.2.3.5.5 – Queimador de Alta Velocidade BIC Kromschroeder 
 
 
3.2.3.6 Queimadores de alta velocidade 
 
Neste caso o formato do bloco refratário é que restringe o diâmetro de saída do 
mesmo, aumentando a velocidade de exaustão. 
A velocidade de saída da chama fica em torno de 80 a 200 m/s, produzindo uma 
chama curta e com altíssima velocidade, provocando uma movimentação muito grande 
dos gases de exaustão dentro do forno e, aumentando consideravelmente a transferência 
de calor por condução e convecção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3.2.3.6.1 - Queimador com Mistura no Bocal Tipo Alta Velocidade 
 
3.2.3.7 Queimadores com chama longa 
 
Neste tipo de queimador, o ar e o gás são supridos à baixa pressão, sendo que o 
ar é o agente que irá comandar a mistura.O gás praticamente é requerido à pressões 
muito baixas (10 a 50 mmCA) e o ar à pressões em torno de 200 a 400 mmCA. A mistura 
é feita com velocidades muito baixas (regime laminar), retardando desta maneira a 
mesma e produzindo uma chama longa, também chamada de chama de difusão. Este tipo 
de chama é muito requerido em fornos metalúrgicos e siderúrgicos, onde a radiação é a 
principal parcela de transferência de calor e, alongando-se a chama aumenta-se a 
superfície radiante da mesma. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.2.3.7 - Queimador com característica de chama longa 
 
 
3.2.3.8 Queimadores para Geração de Ar Quente 
 
O gás natural é o combustível fóssil mais 
amigável em termos de emissões e oferece a grande 
vantagem de aquecimento direto eficiente de 
produtos, descentralizando a geração de calor em 
todos os tipos de aplicações. 
Ao lado do vapor, o ar é o elemento mais 
comum em uso na indústria para transporte e 
distribuição plena de calor. O aquecimento de ar 
direto é uma aplicação muito importante e seu desenvolvimento é de grande interesse na 
indústria. 
Queimadores especificamente projetados para o aquecimento direto de ar em 
movimento podem aquecer ar ambiente em casas de ar desde 50°C até reaquecimento 
de gases de exaustão de turbina a 1000°C. 
Tanto ar ambiente fresco como também gases de processo recirculado podem ser 
aquecidos diretamente misturando os gases quentes do produto da combustão com o ar 
ou gases de processo, que produz uma alta eficiência. 
A mistura dos produtos de combustão com ar requer atenção especial, e algumas 
regras básicas devem ser seguidas, como por exemplo, somente misturar o ar frio com 
os gases quentes proveniente da chama após o término completo do ciclo de combustão. 
Na geração de ar quente, diferentes tipos de queimadores com esta finalidade 
podem ser utilizados em função do processo e no caso de instalações a serem 
convertidas, em função das características de cada equipamento. 
Em linhas gerais a geração de ar quente pode ser feita através de: 
 
- Câmaras de combustão refratadas 
- Câmaras de combustão em aço resistente ao calor 
- Caixas de ar 
- Queimadores de duto 
 
Alguns queimadores para geração de ar quente a temperaturas elevadas exigem 
câmaras refratadas e possuem mistura ar/gás no bocal, e frente de chama circular que 
normalmente requer maior energia para a mistura especialmente para aquecer baixos 
gradientes de temperatura. 
 
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Figura 3.2.3.8.1 - Queimador em câmara Refratada 
 
Processos com temperaturas inferiores a 600°C podem operar com queimadores 
com mistura no bocal projetado para operar em fluxo de ar sem necessidade de câmara 
de combustão. Ale.m disto possuem grande faixa de regulagem (até 1:40) com garantia 
de baixas emissões de CO podendo operar em zonas de grande depressão ou 
pressurizadas. Outro recurso na aplicação de secagens é a possibilidade de operar com 
ar de combustão fixo, o que confere grande poder de extração de umidade da carga. 
 
 
 
Figura 3.2.3.8.2 - Queimador ovenpak® 
 
Devido ao seu cone de mistura de ar, permite a queima do gás com grandes 
excessos de ar com altíssima eficiência, podendo ser aplicado no aquecimento direto ou 
indireto. 
 
 
 
Figura 3.2.3.8.3 a) Aquecimento Direto 
 b) Aquecimento Indireto 
 
 
Em muitos casos queimadores de duto podem ser aplicados podem ser montados 
diretamente no fluxo de ar a ser aquecido, o que proporciona transferência de calor 
uniforme e não requer ventilador de ar de combustão, pois retira o oxigênio necessário 
para a combustão diretamente do ar de processo a ser aquecido. 
Estes queimadores são geralmente aplicados em processos que não tenha 
recirculação de gases 
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São de fácil aplicação operação e manutenção e devido ao seu projeto modular, 
permite fácil configuração em função do espaço disponível. Pode ser usado em dutos em 
depressão ou pressão positiva. Possuem chama curta requerendo menor espaço para a 
chama. 
 
Aplicação 
 
Estes tipos de queimadores são empregados na geração de ar quente para 
aquecimento ou secagem, como ramas, spray e flash dryers, capotas, secadores de 
grãos, cabines de pinturas, climatização de ambientes, incineração de gases e estufas em 
geral. 
 
Requisitos para aplicação 
 
Apesar destes queimadores serem ricos em detalhes construtivos, sua aplicação é 
bastante simples, sendo que os principais pontos para seleção destes queimadores são: 
 
Faixa de Regulagem 
 
A faixa de regulagem exigida pelo processo deve ser verificada para que haja a 
correta seleção do modelo de queimador, bem como de todas as demais válvulas que 
compõe o sistema de combustão. 
 
Local de Instalação 
 
A correta escolha do local de instalação irá garantir uma melhor eficiência de 
aquecimento, menor custo de instalação e melhor acesso para manutenção. 
 
Potência Térmica 
 
Em função da potência térmica exigida pelo processo, será definido o tamanho do 
queimador, limitada à máxima potência suportada pelo tubo radiante. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3.2.3.9.1 – 
Queimador LBE 
Figura 3.2.3.9.2 - 
Queimador Recuperativo 
 
3.2.3.9 Queimadores Recuperativos 
 
São queimadores projetados para recuperar 
parte do calor dos gases de exaustão, com o objetivo 
principal de aumentar e eficiência do sistema de 
combustão e com isto reduzir o consumo de 
combustível. São indicados para fornos com câmaras 
de combustão aquecidas acima de 600ºC, temperatura 
em que se tornam economicamente viáveis. 
A economia de combustível proporcionada por 
queimadores recuperativos pode chegar a 30%, 
dependendo da tecnologia utilizada e da temperatura da 
câmara de combustão. 
Podem igualmente ser alimentados por um único ventilador e comandados por um 
único painel central instalado em local estratégico. 
Possuem geralmente o corpo em Ferro Fundido. As partes em contato com a 
chama não são menos espessas e muitas vezes fabricadas em Aço Inoxidável Refratário, 
o que confere uma resistência a temperaturas de até 900ºC. O tubo de chama em 
algumas versões podem ser em carbeto de silício. 
O controle deste queimadores é bastante simples, porém a qualidade de mistura 
ar/combustível é de fundamental importância. 
A ignição é na sua maioria por centelhamento e o controle pode ser modulante, 
dois estágios ou liga/desliga, em função da aplicação. 
 
Aplicação 
 
São equipamentos de alta eficiência que se 
destinam à aplicação em processos de alta 
temperatura. 
Podem ser instalados diretamente na câmara de 
trabalho, contudo sua aplicação mais comum no Brasil 
é em tubos radiantes, onde a câmara de trabalho do 
forno é aquecida indiretamente através de tubos 
radiantes. 
Nestes casos, por exigência do processo, a 
combustão é feita dentro do tubo radiante, afim de não 
haver a interferência ou contaminação da atmosfera do 
forno. 
Os gases de exaustão com temperaturas 
elevadas devido à baixa eficiência de troca de calor, passam pelo corpo do queimador 
que pré-aquece o ar de combustão e reduz a temperatura dos gases exauridos, 
aumentando assim a temperatura da chama e aumentado a eficiência do sistema de 
combustão. O dimensionamento dos tubos radiantes e a seleção 
do queimador requerem cuidados especiais, a fim de se garantir a máxima vida útil dos 
tubos. 
Com base nas dimensões da câmara de trabalho, nas características da carga e 
formas de homogeneização requerida pelo processo, deve-se selecionar o formato do 
tubo radiante que podem ser do tipo I, P ou duplo P. 
 
 
 
 
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Queimador em Tubo Radiante tipo P 
 
Queimadorem Tubo Radiante tipo I 
 
Queimador em queima direta 
 
 
Requisitos para aplicação 
 
Os principais pontos para seleção destes queimadores são: 
 
Temperatura da Câmara 
 
Em função da temperatura da câmara de combustão poderá ser definido o modelo 
de queimador. 
 
Faixa de Regulagem 
 
A faixa de regulagem exigida pelo processo deve ser verificada 
para que haja a correta seleção do modelo de queimador, bem como 
de todas as demais válvulas que compõe o sistema de combustão. 
 
Homogeneidade de Temperatura 
 
A homogeneidade de temperatura dentro de fornos pode ser 
obtida por convecção, através da recirculação forçada por meio de 
meios mecânicos ou através do jato gerado pelos queimadores. Para 
a seleção destes queimadores, devemos saber qual seria a forma 
mais eficiente e viável, em função das dimensões da câmara, 
disposição da carga, temperatura de trabalho, etc e qual a variação 
máxima aceitável de temperatura nas diversas partes da carga. 
 
Geometria da Câmara 
 
Com os dados de geometria da câmara, posicionamento da carga, recirculação da 
atmosfera de trabalho do forno, local de instalação e características dos tubos radiantes, 
será verificada a dimensão e potência máxima possível de se instalar em cada tubo 
radiante e qual deve ser a quantidade. 
 
Potência Térmica 
 
Em função da potência térmica exigida pelo processo, será definido o tamanho do 
queimador, limitada à máxima potência suportada pelo tubo radiante. 
 
 
 
 
 
3.2.3.10 Queimadores mistos óleo/gás (duais) 
 
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São queimadores que podem operar com 
combustíveis líquidos e gasosos, alternativamente ou 
simultaneamente. Os princípios de funcionamento e 
atomização são os mais variados possíveis e 
englobam os tipos já descritos anteriormente. 
 
 
 
 
 
Exemplo de 
queimador dual (misto): 
 
 
 
 
Queimador MAXON série Multifire para queima de gás e óleo diesel 
 
 
 
CAPÍTULO 04 
 
4. CONVERSÃO DE EQUIPAMENTOS 
 
4.1 Principais Aspectos para Conversão de Equipamentos a Gás. 
 
4.1.1 Introdução 
 
As características de combustão ou de queima de um gás fornecido a um sistema 
de distribuição devem ser observados para que sua aplicação seja segura e satisfaça o 
consumidor em suas necessidades. 
Os equipamentos devem ser projetados e ajustados para dar um comportamento 
satisfatório a queima do gás normalmente fornecido. 
Um novo gás ou um gás fora de especificação apresentará um comportamento não 
satisfatório no que se refere a queima, e isto poderá acarretar as seguintes 
conseqüências: 
 
a) O calor fornecido ao equipamento poderá ser muito alto ou muito baixo; 
b) Os queimadores aerados poderão apresentar fenômeno de retorno de chama 
ou excesso de barulho; 
c) A chama poderá desprender-se do queimador (“lift”); 
d) O equipamento onde é queimado gás poderá apresentar combustão 
incompleta; 
e) Fuligem poderá aparecer em alguns equipamentos. 
 
A origem deste comportamento insatisfatório está condicionado as propriedades 
dos gases; o sistema de combustão e o projeto do equipamento. 
As mais importantes propriedades dos gases que afetam as características de 
combustão são: poder calorífico; densidade; velocidade de chama e número de aeração. 
As duas primeiras influem no calor fornecido ao equipamento e são combinados na forma 
do número de Wobbe. 
 
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4.2 Principais Propriedades e Características de um Gás 
 
As propriedades do gás que afetam o comportamento de sua queima em um 
equipamento são conhecidas pelo termo geral de "CARACTERÍSTICAS DE 
COMBUSTÃO". 
Observam-se alterações na performance da queima de um gás quando ocorrer 
fatos como: 
 
- Ao equipamento está sendo fornecido gás insuficiente ou em excesso 
provocando falta de calor ou desperdício de calor. 
- Os queimadores aerados apresentam "retomo de chama" ou excesso de 
barulho. 
- Os queimadores apresentam “descolamento da chama”. 
- A combustão incompleta poderá ocorrer produzindo monóxidos de carbono, 
aldeídos, e fuligem como produtos de combustão. 
- Assim, espera-se de um queimador a gás que após sua instalação de forma 
correta, esse proporcione resultados satisfatório e seguro por um período 
razoável de tempo. 
 
Para que isto possa ocorrer é necessário que o queimador tenha sido projetado de 
forma a satisfazer as principais propriedades e características de um gás que abaixo 
relacionaremos: 
 
- Densidade Relativa; 
- Poder Calorífico; 
- Número de Wobbe; 
- Temperatura de Chama; 
- Limite de Inflamabilidade; 
- Velocidade de Chama; 
- Número de Aeração. 
 
4.2.1 Densidade de um Gás 
 
Também conhecida como densidade relativa é uma das propriedades físicas 
importantes no dimensionamento de queimadores, de tubulações e com influência na 
queima dos gases. 
Como já sabemos, a densidade relativa de um gás é a relação entre a massa deste 
e a massa de igual volume de ar atmosférico nas mesmas condições de temperatura e 
pressão. 
 
Importância: 
 
No que diz respeito à segurança dos locais onde se utilizam gases combustíveis, o 
estudo dos problemas de ventilação deve ser executados em função da densidade destes 
gases. 
Quanto ao dimensionamento de tubulações, dimensionamento de queimadores, 
fenômenos de combustão, sua influência é grande, pois intervem nos cálculos de: 
 
a) perda de carga em tubulações; 
b) número de Wobber; 
c) vazão dos injetores de gás; 
d) número de aeração; 
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e) intercambialidades de gases. 
 
Exemplos de densidades de alguns gases: 
 
TIPOS DENSIDADE ABSOLUTA 
(Kg/m3) 
DENSIDADE RELATIVA 
GN 0,775 0,60 
GÁS NAFTA 0,74 0,58 
GLP 2,29 1,77 
 
4.2.2 Poder Calorífico 
 
De uma maneira geral, o poder calorífico do gás representa a qualidade de calor 
liberado na combustão completa por unidade de volume ou massa deste. 
Esta propriedade vezes a vazão do gás é que define a potência térmica de um 
queimador, ou seja, a quantidade de calor liberada por unidade de tempo pelo queimador. 
Então, variações no poder calorífico representa variações na potência do queimador, o 
que interfere diretamente na quantidade de calor liberado pelo queimador, alterando desta 
forma os parâmetros de transferência de calor do queimador para o equipamento. 
 
4.2.3 Número de Wobbe 
 
Na prática, a qualidade de calor fornecida é inversamente proporcional a raiz 
quadrada da densidade e diretamente proporcional com o poder calorífico de um gás 
combustível a pressão constante, sendo expresso pela fórmula: 
 
d
Pc
densidade
caloriferopoderw ?? 
 
Esta expressão é conhecida como número de Wobbe e/ou índice de Wobbe. Ela 
representa o calor fornecido quando um gás é queimado a uma pressão constante. 
Sob pressão constante, um gás com baixa densidade fui em maior quantidade 
através de um orifício do que um gás com densidade mais elevada. Assim, se a 
densidade decresce, o calor liberado pelo queimador aumentará. A quantidade de calor 
desenvolvida por um queimador a gás em um dado tempo é determinada por quatro 
fatores: 
 
- Diâmetro do orifício de saída do gás; 
- A pressão diferencial através do orifício; 
- Poder calorífico do gás; 
- Densidade do gás. 
 
Estas variações são importantes e devem ser consideradas quando se estuda a 
intercambialidade de sistemas de queima. 
 
4.2.4 Temperatura de Chama 
 
É a temperatura teórica máxima alcançada pelos produtos de combustão em 
condições adiabáticas. Na prática, estas temperaturas não são obtidas