Temperatura de chama
Calculadora interativa da temperatura teórica (adiabática) e prática de chama para misturas de gases industriais, com animação de um forno de reaquecimento.
TTC, TPC e os coeficientes K1, K2, K3
Ao queimar um combustível gasoso, a energia liberada aquece os produtos de combustão. A temperatura que esses produtos atingiriam em uma combustão perfeita, sem perdas, é a temperatura teórica (adiabática) de chama. Na prática, perdas por radiação, mistura imperfeita e geometria do ambiente reduzem essa temperatura para a temperatura prática de chama.
TTC — Temperatura teórica
Também chamada de temperatura adiabática de chama. É a temperatura que os gases de combustão atingiriam se toda a energia do combustível (PCI) e o calor sensível do combustível e do ar fossem usados para aquecer os produtos, sem nenhuma perda.
Calculada por balanço de energia: energia liberada = energia necessária para aquecer CO₂, H₂O, N₂ e O₂ em excesso até a TTC.
TPC — Temperatura prática
É a temperatura real observada na chama, sempre menor que a TTC, pois parte do calor se perde por radiação para as paredes e a carga e por turbulência e mistura imperfeita com o ar.
Calculada por TPC = TTC × K1 × K2 × K3, onde cada coeficiente representa um tipo de perda de rendimento pirométrico.
K1, K2, K3
K1 depende do PCI do gás: quanto mais pobre o gás, maior o K1 (0,78 para PCI < 1.000; 0,75 para PCI > 2.250 kcal/Nm³, com interpolação linear entre esses pontos).
K2 depende do espaço onde a chama se desenvolve (aberto, semi-fechado, fechado). K3 depende da turbulência do queimador.
Composições de referência e PCI de cada gás Tabela editável: altere a composição de qualquer gás e veja a temperatura de chama recalculada na calculadora abaixo
Composição volumétrica (%) de cada gás de referência. Todas as células de composição são editáveis: altere um valor para simular uma nova análise de gás. O PCI, a densidade, o calor específico, a coluna da mistura e a TTC/TPC são recalculados a cada dígito digitado.
Como o cálculo é feito
O motor de cálculo faz um balanço de energia de combustão componente a componente, e não apenas uma média simplificada.
- 1. Composição da mistura: cada um dos 10 componentes (CH₄, CO, H₂, CO₂, N₂, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂, O₂, C₃H₈) é a média ponderada da composição dos 6 gases de entrada pelos seus percentuais na mistura.
- 2. PCI de cada gás: calculado a partir do PCI padrão de cada componente puro (CH₄ ≈ 8.555; CO ≈ 3.018; H₂ = 2.575; C₂H₆ ≈ 15.280 kcal/Nm³ etc.), somado a uma pequena correção fixa por gás. Densidade e calor específico da mistura são médias ponderadas dos gases de entrada.
- 3. Ar estequiométrico: calculado componente a componente (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O; CO + ½ O₂ → CO₂; H₂ + ½ O₂ → H₂O etc.), considerando o teor de O₂ do oxidante (21% para ar atmosférico ou mais em enriquecimento com oxigênio) e o excesso de ar.
- 4. Produtos de combustão: CO₂, H₂O, N₂ e O₂ em excesso, a partir da estequiometria de cada componente.
- 5. Balanço de energia: a energia de entrada (PCI + calor sensível do combustível e do ar preaquecidos, referência 25 °C) é igualada à energia para aquecer os produtos até a TTC, com calores específicos médios que variam com a temperatura. A TTC é obtida por iteração numérica.
- 6. TPC = TTC × K1 × K2 × K3, conforme os coeficientes escolhidos.
Calculadora de temperatura de chama Ajuste a mistura de gases e as condições de combustão; a chama do forno responde em tempo real
% de cada gás na mistura 100%
Condições da combustão
Rendimento pirométrico
Forno de reaquecimento com chama animada
- TPC = TTC × K1 × K2 × K3
- K1 depende do PCI do gás: PCI < 1.000 kcal/Nm³ → K1 = 0,78; PCI > 2.250 kcal/Nm³ → K1 = 0,75; entre esses valores a curva é linear (valor sugerido automaticamente, mas editável).
- K2 depende do espaço onde a chama se desenvolve: aberto (forno de reaquecimento) K2 = 1; semi-fechado (câmara de combustão) K2 = 1,04; fechado (tubo radiante) K2 = 1,09.
- K3 depende do queimador: chama estável, sem turbulência exagerada, K3 = 1; chama muito turbulenta com forte recirculação dos gases, K3 entre 0,95 e 1.
Resumo
- A temperatura teórica de chama (TTC) vem de um balanço de energia: PCI do gás + calor sensível do combustível e do ar preaquecidos = calor necessário para aquecer os produtos de combustão.
- A temperatura prática de chama (TPC) é sempre menor que a TTC, pois considera perdas reais: TPC = TTC × K1 × K2 × K3.
- Preaquecer o ar de combustão (recuperadores e regeneradores) eleva a TTC e a TPC. Aumentar o excesso de ar reduz a temperatura de chama, pois dilui os produtos com ar em excesso.
- Enriquecer o oxidante com oxigênio (acima de 21%) reduz o N₂ inerte a aquecer e eleva a temperatura de chama para o mesmo combustível.
- Gases pobres (baixo PCI, como o GAF) atingem temperaturas de chama mais baixas que gases ricos (GN, H₂), a menos que o ar seja fortemente preaquecido. Por isso o preaquecimento é essencial em fornos que queimam gás de alto-forno.
- A composição de cada gás pode ser editada na tabela da seção 2 para simular novas análises de laboratório, atualizando todos os resultados.