UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROJETO DE GRADUAÇÃO
DIMENSIONAMENTO DE QUEIMADOR DE ÓLEO
LUBRIFICANTE USADO
GUILHERME CARVALHO SILVA
MOISÉS GREGÓRIO OLIVEIRA
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dimensionamento de queimador de óleo lubrificante usado, Notas de estudo de Cinemática
✓ Ensaio de densidade que será necessário para a realização do ensaio de viscosidade além de ser utilizado no dimensionamento do queimador;. ✓ Ensaio de ...
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 86
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO
CENTRO TECNOLÓGICO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
PROJETO DE GRADUAÇÃO
DIMENSIONAMENTO DE QUEIMADOR DE ÓLEO
LUBRIFICANTE USADO
GUILHERME CARVALHO SILVA
MOISÉS GREGÓRIO OLIVEIRA
VITÓRIA – ES
MARÇO/ 2005
GUILHERME CARVALHO SILVA
MOISÉS GREGÓRIO OLIVEIRA
DIMENSIONAMENTO DE QUEIMADOR DE ÓLEO
LUBRIFICANTE USADO
Parte manuscrita do Projeto de Graduação
dos alunos Guilherme Carvalho Silva e
Moisés Gregório Oliveira, apresentado ao
Departamento de Engenharia Mecânica
do Centro Tecnológico da Universidade
Federal do Espírito Santo, para obtenção
do grau de Engenheiro Mecânico.
i
DEDICATÓRIA
Aos alunos do Curso de Engenharia Mecânica da UFES.
ii
AGRADECIMENTOS
Agradecemos ao Professor Sérgio Leite Lopes por ter proposto esse projeto. Aos Professores Elias Antônio Dalvi e Rogério Ramos pela colaboração em vários estágios desse trabalho. Aos nossos pais e irmãos por acreditarem na realização deste sonho. Aos demais familiares e amigos pelo incentivo.
v
- Figura 1 - Secador de Café. LISTA DE FIGURAS
- Figura 2 - Utilização da madeira como combustível na secagem do café.
- Figura 3 - Montagem da Experiência de Densidade.
- Figura 4 - Gráfico comparativo da Densidade dos óleos.
- e (c) cilindro Figura 5 - Representação esquemática dos viscosímetros rotativos: (a) disco, (b) cone-disco
- Figura 6 - Representação esquemática do viscosímetro (a) Capilar e de (b) Stokes.
- Figura 7 - Representação esquemática do Viscosímetro de Saybolt.
- padrão. Figura 8 - Representação Esquemática do Método de Saybolt utilizando as temperaturas
- Saybolt. Figura 9 - Representação esquemática dos tubos universal e furol utilizados pelo método de
- Figura 10 - Representação esquemática do Viscosímetro Rewood.
- Figura 11 - Representação esquemática do Viscosímetro Engler.
- Figura 12 - Representação das etapas de medição no Viscosímetro Cinemático.
- Figura 13 - Viscosímetro de Höppler.
- utilizadas. Figura 14 - (a) Representação esquemática do ensaio, (b) Montagem do ensaio, (c) Esferas
- Figura 15 - Rheo-Viscosímetro.
- Figura 16 - Banho termostático.
- Figura 17 - Cubetas.
- Figura 18 - (a) Braço de alavanca graduado, (b) Vareta porta-esfera.
- Figura 19 - Gráfico da Viscosidade Dinâmica x Temperatura.
- Figura 20 - Gráfico da Viscosidade Cinemática x Temperatura.
- Figura 21 - Calorímetro.
- Figura 22 - Adequação do local para o Calorímetro..............................................................
- Figura 23 - Fixação do cilindro de oxigênio.
- Figura 24 - Cadinho reformado.
- Figura 25 - Abastecimento da camisa isolante do calorímetro.
- Figura 26 - Banho Calorimétrico.
- Figura 27 - Estrutura interna da bomba calorimétrica.
- Figura 28 - Água destilada para saturação. iv
- Figura 29 - Seqüência de preparação da amostra de ácido benzóico.
- Figura 30 - (a) Amostra pronta para queima, (b) Bomba fechada.
- Figura 31 - Introdução de Oxigênio........................................................................................
- Figura 32 - Bomba no interior do banho calorimétrico.
- Figura 33 - Painel do Calorímetro.
- Figura 34 - Curva Calorimétrica.
- Figura 35 - Curva característica da queima do ác. benzóico.
- Figura 36 - Curva característica da queima da amostra 6 do ác. benzóico.
- Figura 37 - (a) Grafite na forma de bastão, (b) Grafite em pó................................................
- Figura 38 - Curvas características da queima dos óleos (a) Usado, (b) Novo.
- Figura 39 - Representação esquemática de ponto de fulgor com método COC.
- Figura 40 - (a) Superfície Lisa, (b) Imã.
- Figura 41 - Filtragem do óleo usado.
- Figura 42 - Absorção do óleo durante filtragem
- Figura 43 - Representação esquemática do atomizador.
- Figura 44 - Gráfico df x mf.....................................................................................................
- Figura 45 - Gráfico MMD x mf.
- Figura 46 - Gráfico MMD x Tf para algumas vazões de combustível.
- Figura 47 - Gráfico df x Tf para algumas vazões de combustível.
- Figura 48 - Gráfico MMD x Toar para algumas vazões de combustível.
- Figura 49 - Gráfico df x Toar para algumas vazões de combustível.
- Figura 50 - Gráfico MMD x ratm para algumas vazões de combustível................................
- Figura 51 - Gráfico df x ratm para algumas vazões de combustível.
- Figura 52 - Atomizador Dimensionado em milímetros.
- Tabela 1 - Resultado Comparativo da Densidade dos óleos................................................... LISTA DE TABELA
- Tabela 2 - Viscosidade do óleo novo à 22°C pelo Método da Proveta.
- Tabela 3 - Resultados da viscosidade dos óleos padrões à 40°C............................................
- Tabela 4 - Escolha da cubeta para medição de viscosidade.
- Tabela 5 - Medição de viscosidade do óleo novo à 40°C.
- Tabela 6 - Medição de viscosidade do óleo novo à 50°C.
- Tabela 7 - Medição de viscosidade do óleo novo à 60°C.
- Tabela 8 - Medição de viscosidade do óleo novo à 70°C.
- Tabela 9 - Medição de viscosidade do óleo novo à 80°C.
- Tabela 10 - Medição de viscosidade do óleo usado à 40°C.
- Tabela 11 - Medição de viscosidade do óleo usado à 45°C.
- Tabela 12 - Medição de viscosidade do óleo usado à 50°C.
- Tabela 13 - Medição de viscosidade do óleo usado à 55°C.
- Tabela 14 - Medição de viscosidade do óleo usado à 60°C.
- Tabela 15 - Medição de viscosidade do óleo usado à 65°C.
- Tabela 16 - Medição de viscosidade do óleo usado à 70°C.
- Tabela 17 - Medição de viscosidade do óleo usado à 75°C.
- Tabela 18 - Medição de viscosidade do óleo usado à 80°C.
- Tabela 19 - Medição óleo novo com Rheo-Viscosímetro a 22° C.
- Tabela 20 - Amostras de Ácido Benzóico.
- Tabela 21 - Constantes obtidas com a queima das amostras de ácido benzóico.
- Tabela 22 - Plano de Ação.
- Tabela 23 - 2º Amostragem de Ác. Benzóico.
- Tabela 24 - Resultado obtido da constante com a 2º análise da queima do ác. benzóico
- Tabela 25 - Resultado da análise do grafite.
- Tabela 26 - Resultado da análise de PCS do óleo novo.
- Tabela 27 - Resultado da análise de PCS do óleo usado.
- Tabela 28 - Dados de PCS e PCI de alguns hidrocarbonetos
- Chigier (1974).................................................................................................................. Tabela 29 - Recomendações para projeto de atomizador tipo y , segundo Mullinger e
- Tabela 30 - Planilha de dimensionamento do Atomizador.....................................................
- RESUMO SUMÁRIO VI
- 1 O QUEIMADOR.................................................................................................
- 1.1 Introdução
- 1.2 Definição
- 1.3 Princípio de Funcionamento
- 1.4 Queima de Combustíveis Líquidos
- 2 LEGISLAÇÃO PERTINENTE
- 2.1 Análise Jurídica
- 3 CARACTERIZAÇÃO DO ÓLEO LUBRAX TOP TURBO 15W40.............
- 3.1 Ensaio de Densidade
- 3.1.1 Densidade
- 3.1.2 Descrição do Experimento
- 3.1.3 Conclusão
- 3.2 Ensaio de Viscosidade
- 3.2.1 Viscosidade
- 3.2.1.1 Viscosidade Dinâmica dos Líquidos
- 3.2.1.2 Coeficiente de Viscosidade Dinâmica
- 3.2.1.3 Viscosidade Cinemática
- 3.2.1.4 Coeficiente de Viscosidade Cinemática
- 3.2.2 Viscosímetros
- 3.2.2.1 Viscosímetros mais Usados para Lubrificantes
- 3.2.3 Experimento de Viscosidade
- 3.2.3.1 Objetivo
- 3.2.3.2 Descrição do Experimento
- 3.2.3.3 Conclusão vii
- 3.3 Ensaio de Poder Calorífico
- 3.3.1 Poder Calorífico
- 3.3.2 Calorímetro
- 3.3.2.1 Esquema Básico do Calorímetro
- 3.3.2.2 Instalação
- 3.3.2.3 Metodologia de Preparação da Amostra
- 3.3.3 Experimento do Poder Calorífico
- 3.3.3.1 Objetivo
- 3.3.3.2 Descrição do Experimento
- 3.3.3.3 Conclusão
- 3.4 Ensaio do Ponto de Fulgor
- 3.4.1 Ponto de Fulgor
- 3.4.2 Cleveland Open Cup (COC)
- 3.4.3 Experimento do Ponto de Fulgor
- 3.4.3.1 Objetivo
- 3.4.3.2 Descrição do Experimento
- 3.4.3.3 Conclusão
- 3.5 Ensaio de Partículas Magnéticas
- 3.5.1 Objetivo
- 3.5.2 Descrição do Experimento
- 3.5.3 Conclusão
- 3.6 Ensaio do Teor de Sólidos
- 3.6.1 Objetivo
- 3.6.2 Descrição do Experimento
- 3.6.3 Conclusão
- 3.7 Ensaio de Espectrometria
- 3.7.1 Objetivo
- 3.7.2 Descrição do Experimento
- 3.7.3 Conclusão
- 4 DIMENSIONAMENTO DO QUEIMADOR DE ÓLEO viii
- 4.1 Atomizador Tipo y
- 4.2 Cálculo do Atomizador
- 4.3 Comentário dos Resultados...............................................................................
- 5 CONCLUSÃO
- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................
quantidade de resíduos (aldeídos, cetonas, benzenos), além de apresentar instabilidade da queima (variação da temperatura), necessidade de mão de obra para abastecimento da câmara de combustão, incentivo ao desmate e dificuldade em ser adquirida já que são utilizadas 36 toneladas por mês para a secagem do café. Figura 2 - Utilização da madeira como combustível na secagem do café. O Decreto de Lei n° 153/2003 de 11- 07 - 2003, que estabelece regime jurídico da gestão de óleos usados, em seu artigo 20°, permite a valorização energética de óleos lubrificantes usados desde que devidamente autorizado e respeitando os níveis de emissões, sem prejuízos das demais legislações aplicáveis [2].
1 O QUEIMADOR
1.1 Introdução
Desde os tempos mais remotos que se tem verificado uma busca incessante do fogo por parte do homem, que se tornou numa dependência. A fonte de calor encontrada era utilizada inicialmente para aquecer, cozinhar e iluminar. Estas necessidades básicas permanecem atualmente e outras foram surgindo, acompanhando o progresso e o desenvolvimento da sociedade. As técnicas que existem hoje são muito diferentes das rudimentares que se precederam, e a dependência do fogo é hoje ainda maior. Agora é também necessário satisfazer a indústria e o comércio, e claro, o conforto doméstico tão apreciado. Os fornos industriais, a geração de energia elétrica e as caldeiras utilizadas para o aquecimento dos lares, são fortes exemplos da sua aplicação. Também os combustíveis têm vindo a mudar, pois a preocupação com o meio ambiente e a
poluição emitida por este tipo de equipamentos tem vindo a aumentar [3].
1.2 Definição
Um queimador é um equipamento que mediante o processo de combustão, tem por fim realizar a transformação de energia química de um combustível em calor. O combustível pode ser líquido, gasoso ou sólido. Além de providenciar o calor, o queimador controla também a temperatura de saída e pressão, e é essencial que a queima de combustível seja eficiente para que o consumo de combustível seja reduzido. O queimador tem também um papel preponderante na estabilização de chama, promovendo:
- Recirculação (interna ou externa) dos gases da chama de modo a aquecer a mistura ar/combustível;
- Turbulência da mistura;
- Atomização (pulverização) correta de combustível;
os queimadores de potencia fixa) é apenas reduzida aumentando novamente quando é necessária mais potência [4].
1.4 Queima de Combustíveis Líquidos
A queima de combustíveis líquidos se processa nos seguintes estágios sucessivos:
- Atomização, onde o combustível é desagregado, por processos mecânicos, em pequenas gotículas;
- Vaporização, onde o combustível atomizado passa para a fase gasosa, através do calor conduzido da chama para as gotas;
- Mistura, onde o combustível, na fase gasosa, é misturado com o comburente, constituindo a mistura inflamável;
- Combustão, na qual a mistura inflamável queima produzindo reações exotérmicas. Desses estágios, o mais crítico e importante é a atomização, que visa o aumento da superfície específica do combustível facilitando sua vaporização, condição indispensável à sua íntima mistura com o comburente [5]. A atomização envolve a formação de películas e/ou ligamento na proximidade do atomizador e posteriormente de gotículas. Este passo é de grande importância, e uma boa atomização é essencial para o processo de combustão. Ela é fortemente influenciada pela geometria e diâmetro do atomizador, assim como pelas propriedades do líquido, do fluído de atomização, velocidade relativa dos mesmos, assim como pelas condições (temperatura, umidade, entre outros) do meio circundante [3]. É considerado, como eficiente, uma atomização que pulverize 1cm³de combustível em cerca de 10.000.000 gotículas (diâmetro médio de 60μm), aumentando a superfície específica em mais de 200 vezes [5].
2 LEGISLAÇÃO PERTINENTE Antes do dimensionamento do queimador, se fez necessário averiguar a legislação que permita o reaproveitamento do óleo lubrificante usado como fonte de energia.
2.1 Análise Jurídica
Decreto-Lei n.º 153/ de 11 de Julho Operações de gestão de óleos usados : A realização de operações de armazenagem, tratamento e valorização energética de óleos usados depende da obtenção de uma autorização prévia (Art. 15º, n.º 1 ), exceto para a sua armazenagem nos locais de produção (Art. 15º, n.º 2), só podendo ser levadas a cabo por operadores que possuam um número de registro, a atribuir pelo Instituto dos Resíduos ( Arts. 16º, n.º 1, 17º, n.º 1, 18º, n.º 1, 19º, n.º 1 e 20º, n.º 1 ); a valorização interna de óleos usados depende de uma autorização específica, a conceder pelo Instituto dos Resíduos ( Art.15º, n.º 3); estas autorizações só podem ser concedidas se tiverem sido adaptadas todas as medidas adequadas à proteção da saúde e do ambiente (Art. 15º, n.º 4 ). Os operadores de regeneração de óleos usados devem assegurar-se que os óleos de base resultantes dessa operação não são substâncias perigosas (Art. 19º, n.º 2 ), sendo possível regenerar óleos usados que contenham PCB (Bifenil Policlorinado ), desde que os PCB sejam destruídos durante a operação de regeneração (Art. 19º, n.º 3)[2].
3.1 Ensaio de Densidade
3.1.1 Densidade
É a relação entre massa de um determinado volume de produto, à temperatura "t" pela massa de igual volume de água destilada, a uma dada temperatura. Com base no princípio de que todo corpo mergulhado em um líquido desloca um volume igual ao do líquido deslocado, mede-se a densidade de um aparelho chamado densímetro, este tem haste graduada, dando leitura direta. A densidade de um lubrificante, analisada juntamente com outras características, dá informações significativas acerca do óleo novo[6].
3.1.2 Descrição do Experimento
O objetivo da análise de densidade está no fato de que esses dados serão de grande importância para o dimensionamento do queimador além de ser necessário para a realização do ensaio de viscosidade. Os aparelhos utilizados para medição da viscosidade do óleo Lubrax Top Turbo 15W40 usado e novo foram: ✓ Banho do viscosímetro; ✓ Termômetro; ✓ Resistência elétrica; ✓ Proveta de 100 ml; ✓ Termostato; ✓ Densímetros; ✓ Suporte para o termômetro;
Figura 3 - Montagem da Experiência de Densidade. O experimento consistiu em tomar uma amostra de 65 ml de óleo Lubrax Top Turbo 15w tanto usado quanto novo numa proveta e inseri-los num banho contendo água, sendo avaliado, primeiramente, a densidade do óleo novo e em seguida a do usado (Figura 3). Nesse banho era realizado o controle de temperatura através de um termostato que controlava o aquecimento da água por uma resistência elétrica. Foram feitas medições nas temperaturas de 40ºC a 80ºC de ambas as amostras (Tabela 1) com uma variação de 5ºC na escala. O ajuste fino foi feito com um termômetro preso à um suporte e mergulhado parte deste no óleo de forma que sua temperatura estivesse no valor desejado. Densímetros de valores que variavam de 0,820 a 0,880 e 0,880 a 0,940 foram utilizados no experimento. Sendo que a amostra de óleo novo foi caracterizada somente com o primeiro densímetro e na de óleo usado foi utilizado o primeiro na faixa de temperatura de 50º C a 80ºC e o segundo de 40º e 45ºC.