thumb|upright=1.5|Arzător industrial de gaz cu introducere forțată a aerului al unui cazan de încălzire. Melcul alb conține ventilatorul, iar partea gri spre cazan este zona de introducere a gazului natural. Un arzător pentru combustibil gazosPopa, 1986, p. 597–610 este un dispozitiv care produce o flacără, prin amestecarea prealabilă sau nu a unui gaz combustibil – cum ar fi gaz natural, propan, acetilenă, biogaz, gaz de aer, gaz de apă, gaz de cocserie, gaz de furnal etc. – cu un oxidant, cum ar fi aerul ambiant sau oxigenul furnizat, permițând aprinderea și arderea.

De obicei flacăra este folosită pentru căldura, radiațiile infraroșii sau lumina vizibilă pe care le produce. Unele arzătoare, cum ar fi faclele de gaz industriale, elimină prin ardere gazele inflamabile nedorite sau nefolositoare. Unele arzătoare funcționează pentru a produce negru de fum.

Descriere Uzual oxidantul este aerul atmosferic, care conține 21 % oxigen. Dopă modul în care realizează amestecul dintre combustibil și aer, arzătoarele obișnuite pentru combustibili gazoși pot fi: difuzive, cu autoaspirație și cu introducere forțată a aerului.

Arzătoarele difuzive sunt simple țevi cu orificii prin care gazul combustibil iese în atmosfera înconjurătoare. După aprindere flacăra progresează pe măsură ce oxigenul difuzează în zona flăcării. Aceste arzătoare au puteri foarte mici și aplicații limitate. Erau folosite la vechile aparate pentru determinarea viscozității lichidelor prin metoda Engler.

Arzătoarele cu autoaspirație funcționează pe principiul ejectorului. Exemple sunt becul Bunsen, becul Teclu și arzătoarele aragazelor. Gazul combustibil, care trebuie să aibă o presiune mai mare decât cea atmosferică, este fluidul motor, iar aerul necesar arderii este fluidul antrenat. Dacă arzătorul poate aspira tot aerul necesar arderii, se spune că este de tip ejector. Aceste arzătoare pot realiza flăcări cinetice pure. Dacă arzătorul nu poate aspira tot aerul necesar arderii, ci doar o parte, sunt de tip semiejector. Restul oxigenului necesar arderii provine din jurul flăcării prin difuzie din aerul necesar arderii, deci ele relizează flăcări mixte, cu un front de flacără cinetic și o anvelopă difuzivă în jur.

thumb|Arzătorul semiejector al unui aragaz Faptul că un arzător cu autoaspirație este de tip ejector sau semiejector depind strict de compoziția gazului combustibil.

Arderea metanului are loc după reacția chimică stoechiometrică:Popa, 1986, p. 560 + 2 → + 2 Deci 1 volum de CH4 necesită 2 volume de O2, adică 2/0,21 = 9,5 volume de aer. Un ejector poate antrena cel mult 5,5 volume de fluid pentru un volum de fluid motor, deci arzătoarele cu autoaspirație nu pot realiza flăcări pur cinetice pentru metan. Similar, nici pentru alte hidrocarburi gazoase.

Arderea oxidului de carbon are loc după reacția chimică stoechiometrică: + 0,5 → Deci 1 volum de CO necesită doar 0,5 volume de O2, adică 0,5/0,21 = 2,4 volume de aer. Deoarece un ejector poate antrena acest volum de aer pentru un volum de CO, se pot realiza arzătoare cu autoaspirație pentru CO, care pot realiza flăcări pur cinetice.

O aplicație în acest sens sunt arzătoarele de gaz de cocserie, care conține 33 % CO și restul gaze inactive. Volumul de aer necesar arderii este în acest caz comparabil cu cel al gazului de cocserie, deci se pot realiza arzătoare cu autoaspirație cu flăcări cinetice pentru gaz de cocserie, nefiind necesare ventilatoare de aer.

Arzătoarele cu introducere forțată a aerului sunt echipate cu ventilatoare, care au un oarecare consum de energie electrică. Însă aceste arzătoare pot fi realizate pentru puteri foarte mari, cu conducerea focului conform necesităților. Totalitatea arzătoarelor cazanelor industriale sunt de acest tip.

Arzătoarele tehnologice și suflaiurile sunt toate arzătoare cu introducere forțată a oxidantului, folosind fie ventilatoare, fie presiunea din buteliile de stocare a oxigenului.

Temperaturile flăcărilor unor combustibili gazoși Combustibil și oxidant Temperatura flăcării Propan cu aer 1980 °C Butan cu aer 1970 °C Lemn cu aer (normal nu se atinge în sobe) 1980 °C Acetilenă cu aer 2550 °C Metan cu aer 1950 °C Hidrogen cu aer 2111 °C Propan cu oxigen 2800 °C Acetilenă cu oxigen 3100 °C Propan-butan cu aer 1970 °C Cocs cu aer (furnal) 1900 °C Cianogen (C2N2) cu oxigen 4525 °C Dicianoacetilenă (C4N2) cu oxigen (cea mai mare temperatură) 5000 °C

Temperaturile de mai sus sunt date în următoarele ipoteze: flacăra este adiabatică; aerul din jur este la 20 °C, 1 bar; arderea este stoechiometrică și completă (fără funingine, cu flacără cât mai albastră); viteză de ardere cât mai mare (viteza nu influențează temperatura, dar pierderile da); benzile spectrale afectează culoarea flăcării; radiația este cea a corpului negru (aspectul culorii numai din cauza căldurii); atmosferă afectează temperatura flăcării și culoarea datorită proprietăților ei.

Limite de inflamabilitate și temperaturi de autoaprindere ale unor combustibili gazoși Limită deinflamabilitateinferioară [%] Limită deinflamabilitatesuperioară [%] Temperatură deautoaprindere Gaz natural 4,7 15 482–632 °C Propan 2,15 9,6 493–604 °C Butan 1,9 8,5 482–538 °C Acetilenă 2,5 81 305 °C Hidrogen 4 75 500 °C Amoniac 16 25 651 °C Oxid de carbon 12,5 74 609 °C Etilenă 3,4 10,8 490 °C Mai sus atmosfera ambiantă este la 20 °C.

Puteri calorifice ale unor gaze Gaz Putere calorifică[MJ/m3N] Gaz natural (metan) 35–43 Propan 95,8 Amestec propan–butan 90–120 Butan 120,1

Aplicații Arzătorul pe gaz are multe aplicații, cum ar fi lipirea, brazarea și sudarea, aceasta din urmă utilizând oxigen în loc de aer pentru a produce o flacără mai fierbinte, necesară pentru topirea oțelului. Laboratoarele de chimie utilizează arzătoare Bunsen alimentate cu gaz natural. În mediul casnic și comercial, arzătoarele de gaz sunt utilizate în mod obișnuit în aragaze și plite. Pentru topirea metalelor cu puncte de topire de până la 1100 °C (cum ar fi cuprul, argintul și aurul), se poate utiliza un arzător de propan cu autoaspirare a aerului. Pentru temperaturi mai ridicate, uzual se folosește acetilena în combinație cu oxigenul.

Arzătoarele de gaz cu ardere incompletă sunt folosite pentru descompunerea gazului natural în vederea producerii negrului de fum conform reacției: + → C + 2

Se pot realiza arzătoare combinate pentru combustibili gazoși și lichizi, pentru combustibili gazoși și praf de cărbune sau chiar pentru toate cele trei tipuri de combustibili arse simultan.

Imagini

Lectură suplimentară Nicolae Pănoiu, Cazane de abur, București: Editura Didactică și Pedagogică, 1982 Corneliu Ungureanu ș.a., Combustibili, instalații de ardere, cazane, Timișoara: Editura „Politehnica”, 2006, ISBN 973-9389-21-0 Pocket Guide to Fire and Arson Investigation, second edition, FM Global, Table 1, 2, and 3 Gas burner at the Encyclopædia Britannica

Note

Bibliografie

Legături externe

Categorie:Ardere Categorie:Instalații termice