BR202019024436Y1

BR202019024436Y1 - AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER

Info

Publication number: BR202019024436Y1
Application number: BR202019024436-0U
Authority: BR
Inventors: Edilio Moacir Antoniolli; Pedro Luiz De Paula Filho; Fabiana Costa De Araujo Schutz
Original assignee: Universidade Tecnologica Federal Do Parana
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2024-04-16

Abstract

QUEIMADOR DE BIOMASSA AUTOMATIZADO COM MICROCONTROLADOR. refere- se a um queimador de biomassa com câmara de combustão em formato cônico (1), com alimentador e insuflamento de ar automatizados por microcontrolador. O fornecimento de combustível acontece de forma gradual de acordo com a temperatura. Uma helicóide (3) e pequenos anteparos (9) nos orifícios (8) aumentam o percurso do ar na câmara de combustão (1), formando um vórtice com os produtos da combustão, homogeneizando a mistura do ar com os gases da combustão, completando assim sua queima. Os orifícios axiais (21) diminuem a pressão do ar, resfriam o disco (7) e arrefecem a tampa do bocal (6) e suprem a falta de oxigênio para as reações químicas da combustão, aumentando a vida útil do bocal de queima e diminuindo as emissões.AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER. refers to a biomass burner with a conical-shaped combustion chamber (1), with feeder and air supply automated by a microcontroller. Fuel supply occurs gradually according to the temperature. A helicoid (3) and small screens (9) in the holes (8) increase the air path in the combustion chamber (1), forming a vortex with the combustion products, homogenizing the mixture of air and combustion gases, completing thus its burning. The axial holes (21) reduce air pressure, cool the disc (7) and cool the nozzle cover (6) and supply the lack of oxygen for the chemical combustion reactions, increasing the useful life of the burning nozzle and reducing emissions.

Description

BRIEF DESCRIPTION

[001] Trata a presente solicitação de patente de modelo de utilidade de um novo “QUEIMADOR DE BIOMASSA AUTOMATIZADO COM MICROCONTROLADOR” que se refere à um queimador de pellets de biomassa com alimentador e insuflamento de ar automatizados, para a queima controlada de pellets de biomassa.[001] This is a utility model patent application for a new “AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER” which refers to a biomass pellet burner with automated feeder and air supply, for the controlled burning of biomass pellets .

APPLICATION FIELD

[002] A presente invenção pertence à seção da mecânica, ao departamento de termodinâmica e projetos, mais especificamente a trocadores de calor e desenho mecânico.[002] The present invention belongs to the mechanics section, to the thermodynamics and design department, more specifically to heat exchangers and mechanical design.

CONVINCING

[003] A construção de queimadores de pellets de biomassa tem como característica principal a utilização de um silo de armazenamento de pellets, uma rosca helicoidal movida por um motoredutor para a alimentação dos pellets, que pode ser superior, horizontal ou inferior, que desloca o combustível até a câmara de combustão para a queima. A câmara de combustão pode ser de cuba ou de bocal, em formato circular ou retangular. Os queimadores de bocal do tipo retangular são feitos com o formato de uma calha aberta na parte frontal acoplada ao tubo do alimentador na sua parte posterior, e com orifícios para a alimentação de ar, proveniente de um ventilador acionado por um motor elétrico, localizados axialmente no fundo do bocal, usando uma grelha para fornecimento de ar inferior.[003] The construction of biomass pellet burners has as its main characteristic the use of a pellet storage silo, a helical screw driven by a gear motor to feed the pellets, which can be upper, horizontal or lower, which displaces the fuel to the combustion chamber for burning. The combustion chamber can be a bowl or nozzle, circular or rectangular in shape. Rectangular nozzle burners are made in the form of an open trough on the front coupled to the feeder tube on the back, and with holes for air supply, coming from a fan driven by an electric motor, located axially. at the bottom of the nozzle, using a grille for lower air supply.

[004] Este tipo de montagem apresenta os seguintes problemas: a) apresenta uma câmara de combustão, em forma de uma calha aberta, não mantendo uma temperatura adequada para a combustão; b) impulsiona combustível não queimado para fora do bocal, geralmente ficando sem oxigênio para terminar a queima; c) emissão de material volátil não queimado, decorrente da baixa temperatura de combustão, aumentando a liberação de monóxido de carbono (CO) e óxidos de nitrogênio (NOx); d) pelas características anteriores, um baixo rendimento.[004] This type of assembly presents the following problems: a) it has a combustion chamber, in the form of an open chute, not maintaining an adequate temperature for combustion; b) propels unburned fuel out of the nozzle, generally running out of oxygen to finish burning; c) emission of unburned volatile material, resulting from the low combustion temperature, increasing the release of carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx); d) due to the previous characteristics, a low income.

[005] Os queimadores de bocal circular são feitos com o formato de um cilindro: um cilindro interno com orifícios constitui a câmara de combustão e um cilindro externo constitui o invólucro para a condução de ar de alimentação, oriundo de um ventilador. O fornecimento de pellets é feito por uma helicoide acoplada a um motoredutor.[005] Circular nozzle burners are made in the shape of a cylinder: an internal cylinder with holes constitutes the combustion chamber and an external cylinder constitutes the casing for conducting supply air, coming from a fan. The pellets are supplied by a helicoid coupled to a gear motor.

[006] Neste tipo de montagem aparecem os seguintes problemas; a) aparecimento de incrustações, ocasionadas pela alta temperatura na câmara de combustão; b) emissão de combustível não queimado para fora do bocal, decorrente do excesso de ar de alimentação; c) liberação de material volátil não queimado, pela pequena permanência dos gases dentro da câmara de combustão; d) aquecimento elevado da câmara de combustão, pela deficiência de resfriamento; e) incrustações, emissões e material volátil resultam em diminuição do rendimento.[006] In this type of assembly, the following problems arise; a) appearance of scale, caused by high temperature in the combustion chamber; b) emission of unburned fuel out of the nozzle, resulting from excess supply air; c) release of unburned volatile material, due to the short stay of gases inside the combustion chamber; d) high heating of the combustion chamber, due to insufficient cooling; e) scale, emissions and volatile material result in reduced performance.

[007] O projeto inadequado de um queimador contribui à combustão incompleta, possibilitando um menor volume de gases quentes realizados na transformação de energia química em energia térmica, diminuindo assim o aproveitamento térmico, aumentando as emissões de: monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), ácido sulfúrico (SO2) e cinzas, diminuindo a temperatura do gás de combustão e a eficiência. As características dos pellets como: umidade, densidade de compactação, poder térmico e cinzas, possuem influência sobre a combustão. Uma quantidade de excesso de ar é necessária para evitar a emissão de monóxido de carbono (CO), e a manutenção de uma temperatura de combustão adequada para impedir as emissões de óxidos de nitrogênio (NOx) e ácido sulfúrico (SO2).[007] The inadequate design of a burner contributes to incomplete combustion, allowing a smaller volume of hot gases carried out in the transformation of chemical energy into thermal energy, thus reducing thermal utilization, increasing emissions of: carbon monoxide (CO), oxides nitrogen (NOx), sulfuric acid (SO2) and ash, reducing flue gas temperature and efficiency. The characteristics of the pellets, such as: humidity, compaction density, thermal power and ash, have an influence on combustion. An excess amount of air is necessary to prevent the emission of carbon monoxide (CO), and the maintenance of an adequate combustion temperature to prevent the emissions of nitrogen oxides (NOx) and sulfuric acid (SO2).

[008] Para solucionar as dificuldades de extinguir as incrustações, diminuir as emissões de contaminantes ambientais, amenizar a geração de material volátil não queimado, aumentar a vida útil dos componentes, minimizar os custos de fabricação e melhorar o aproveitamento térmico, foi desenvolvida a disposição a seguir “QUEIMADOR DE BIOMASSA AUTOMATIZADO COM MICROCONTROLADOR”.[008] To solve the difficulties of extinguishing scale, reducing emissions of environmental contaminants, mitigating the generation of unburned volatile material, increasing the useful life of components, minimizing manufacturing costs and improving thermal utilization, the arrangement was developed then “AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER”.

[009] A alimentação de ar de forma helicoidal com a instalação da saída do ventilador centrífugo tangencialmente ao tubo externo do queimador e guiado por uma helicóide entre o tubo externo e o tubo de alimentação tem como finalidade aumentar o percurso do ar dentro da câmara de combustão, além de homogeneizar a mistura do ar com os gases da combustão. Para forçar o ar a entrar nos furos no cone de combustão foram colocados pequenos anteparos para direcionar o ar para dentro da câmara combustão.[009] The helical air supply with the installation of the centrifugal fan outlet tangentially to the burner's external tube and guided by a helicoid between the external tube and the supply tube aims to increase the air path inside the combustion chamber. combustion, in addition to homogenizing the mixture of air and combustion gases. To force air into the holes in the combustion cone, small screens were placed to direct air into the combustion chamber.

[0010] Com o ar de alimentação entrando tangencialmente na câmara de combustão, os pellets que vão perdendo massa e ficando mais leves são arrastados pelo ar tangencial, permanecendo por mais tempo em uma temperatura mais adequada dentro da câmara de combustão completando assim a sua queima dentro do bocal na presença de oxigênio, ou seja, eliminando a chama de cor escura, que indica o excesso de material volátil não queimado pela falta de oxigênio ou uma mistura dos gases de combustão com o ar não homogênea e o aparecimento de fumaça pela umidade presente no combustível ou pela manutenção de uma chama de baixa temperatura na câmara de combustão, diminuindo assim a geração de cinzas, eliminando o desperdício e aumentando o rendimento.[0010] With the supply air entering the combustion chamber tangentially, the pellets that lose mass and become lighter are dragged by the tangential air, remaining for longer at a more suitable temperature inside the combustion chamber, thus completing their burning. inside the nozzle in the presence of oxygen, that is, eliminating the dark-colored flame, which indicates an excess of unburned volatile material due to lack of oxygen or an inhomogeneous mixture of combustion gases with air and the appearance of smoke due to humidity present in the fuel or by maintaining a low temperature flame in the combustion chamber, thus reducing the generation of ash, eliminating waste and increasing yield.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[0011] No atual estado da técnica estão presentes algumas anterioridades que descrevem queimadores de biomassa ou de pellets. No entanto, nenhuma das anterioridades antecipa o descrito no presente pedido de modelo de utilidade.[0011] In the current state of the art, there are some priors that describe biomass or pellet burners. However, none of the foregoing anticipates what is described in this utility model application.

[0012] A anterioridade KR20170009166 descreve um queimador de pellets com uma pluralidade de orifícios inclinados de suprimento de ar em um objeto circular fundível, que é penetrado para formar um ângulo de inclinação para permitir um fluxo de ar na câmara de combustão à prova de fogo.[0012] Priority KR20170009166 describes a pellet burner with a plurality of inclined air supply holes in a castable circular object, which is penetrated to form an inclined angle to allow airflow into the fireproof combustion chamber .

[0013] Sob o número WO2016056930 foi desenvolvido um modelo de utilidade para fornecer ar à câmara de combustão de um queimador de pellets, com bocal retangular, com uma câmara rotativa e uma ranhura em forma de anel, que é uma entrada de ar da câmara de sopro para uma parte axial da câmara.[0013] Under number WO2016056930, a utility model was developed to supply air to the combustion chamber of a pellet burner, with a rectangular nozzle, with a rotating chamber and a ring-shaped groove, which is an air inlet to the chamber. blower to an axial part of the chamber.

[0014] Nomeado de "Shield of combustion chamber in the pellet burner", sob o número de registro PL409524,os inventores desenvolveram um queimador de pellets, com um espaço entre a câmara de combustão e a tampa e um conduto em forma de anel que fornece ar para a câmara de combustão.O objeto desta invenção é a cobertura da câmara de combustão, e a câmara de combustão é rotativa, com fornecimento de alimentação de ar axial.[0014] Named "Shield of combustion chamber in the pellet burner", under registration number PL409524, the inventors developed a pellet burner, with a space between the combustion chamber and the lid and a ring-shaped conduit that provides air to the combustion chamber. The object of this invention is the combustion chamber cover, and the combustion chamber is rotatable, with axial air supply supply.

[0015] A anterioridade CN102537939 descreve um queimador de partículas de biomassa e possui uma câmara de ar que circunda a periferia do cilindro em chamas e é usado para cobrir a saída de ar de um soprador. A parede lateral interna do cilindro de combustão está fixamente provida de uma aleta em espiral, enquanto a parede lateral do cilindro de combustão está provida de um orifício de ar para comunicar o interior do cilindro de combustão com a câmara de ar. Uma peça de localização concêntrica é conectada entre a câmara de ar e o cilindro de queima e um motor regulador de velocidade é usado para impulsionar o trado e o cilindro de queima para girar.[0015] Priority CN102537939 describes a biomass particle burner and has an air chamber that surrounds the periphery of the burning cylinder and is used to cover the air outlet of a blower. The inner side wall of the combustion cylinder is fixedly provided with a spiral fin, while the side wall of the combustion cylinder is provided with an air hole for communicating the interior of the combustion cylinder with the air chamber. A concentric locating part is connected between the air chamber and the firing cylinder, and a speed regulating motor is used to drive the auger and the firing cylinder to rotate.

[0016] MALATESTA e ARSENAULT, na anterioridade US2011297110, construíram um queimador de pellets com um espaço de alta pressão, com perfurações angulares e o fluxo de ar formando uma chama giratória no pote de queimaduras que se desloca para um conduto de chama do alojamento interno, onde ocorre um turbilhão adicional em uma seção de risco para moldar a chama em uma forma limpa, quente e simétrica.[0016] MALATESTA and ARSENAULT, previously US2011297110, built a pellet burner with a high pressure space, with angular perforations and the air flow forming a rotating flame in the burn pot that moves to a flame duct in the internal housing , where additional swirling occurs in a streak section to shape the flame into a clean, hot, symmetrical shape.

[0017] ORJALA M. (1983), sob o registro número WO8301671 (A1) desenvolveu um modelo onde o ar de combustão é alimentado no espaço entre as partes tubulares. A partir daí, passa através dos orifícios inferiores no flange de ar primário para as perfurações na grelha abaixo da camada de combustível de combustão. O ar secundário é conduzido através da parte superior do flange por meio dos turbo elementos e fendas de ar, como um fluxo de ar horizontalmente giratório através da câmara de combustão para o forno.[0017] ORJALA M. (1983), under registration number WO8301671 (A1) developed a model where combustion air is fed into the space between the tubular parts. From there it passes through the lower holes in the primary air flange to the perforations in the grate below the combustion fuel layer. Secondary air is led through the upper part of the flange via the turbo elements and air slits, as a horizontally rotating air flow through the combustion chamber into the furnace.

[0018] O documento WO2004111535 (A1) define um queimador para pellets que inclui um tubo de combustão e uma camisa circundante juntos com o espaço do involucro entre eles, e no qual o tubo de combustão tem perfurações na área do espaço do involucro. A anterioridade CN108167856 retrata um queimador de partículas de biomassa composto de um eixo principal e um eixo oco. A periferia da extremidade traseira do eixo oco é provida de uma pluralidade de entradas de ar, a periferia da extremidade dianteira do eixo oco é uniformemente provida de orifícios de saída de ar de uma maneira densa, e a periferia do eixo oco é provida de lâminas em espiral. Enquanto as pás espirais são usadas para empurrar para frente e transportar materiais, o ar é rotativamente fornecido em uma queima na câmara do queimador para ajudar a queimar o combustível de partícula de palha.[0018] Document WO2004111535 (A1) defines a pellet burner that includes a combustion tube and a surrounding jacket together with the casing space between them, and in which the combustion tube has perforations in the area of the casing space. The foregoing CN108167856 depicts a biomass particle burner composed of a main shaft and a hollow shaft. The periphery of the rear end of the hollow shaft is provided with a plurality of air inlets, the periphery of the front end of the hollow shaft is uniformly provided with air outlet holes in a dense manner, and the periphery of the hollow shaft is provided with blades spiral. While the spiral blades are used to push forward and transport materials, air is rotatably supplied into the burner chamber to help burn the straw particle fuel.

[0019] Outro queimador é descrito em CN106524133, onde uma entrada de ar é formada na posição, perto da extremidade traseira, do cano externo e é conectada com o ventilador de sucção e o tambor interno é um cilindro com uma parede de cilindro provida de uma pluralidade de furos de passagem para entrada de ar que entram e podem ser dispostos no tambor externo rotativamente.[0019] Another burner is described in CN106524133, where an air inlet is formed at the position, near the rear end, of the outer barrel and is connected with the suction fan and the inner barrel is a cylinder with a cylinder wall provided with a plurality of air intake passage holes that enter and can be rotatably arranged in the outer drum.

[0020] A anterioridade CN106152168, designada como um queimador de partículas de biomassa do tipo rotativo do cilindro interno. Este cilindro de combustão interior é co-axialmente manejado com o cilindro de combustão externo, tendo um espaço reservado entre o cilindro interno e externo de queima, com múltiplas filas de furos de ar secundários tangenciais axialmente na parede externa do cilindro de queima interno. Cada fila de furos de ar secundários tangenciais é formada circunferencialmente e são tangenciais com o mesmo círculo.[0020] Priority CN106152168, designated as an internal cylinder rotary type biomass particle burner. This inner combustion cylinder is co-axially handled with the outer combustion cylinder, having a reserved space between the inner and outer burning cylinder, with multiple rows of axially tangential secondary air holes on the outer wall of the inner burning cylinder. Each row of tangential secondary air holes is formed circumferentially and is tangential with the same circle.

[0021] Sob o número de registro CN202082914 (U), um queimador de energia de biomassa é descrito, onde a câmara de combustão toma ar em múltiplos ângulos através de entradas de ar principais e orifícios de distribuição de ar alterando assim a direção do fluxo de ar na câmara de combustão aumentando o tempo de contato e a superfície de contato de ar de combustão, e melhorando o efeito de suporte de combustão.[0021] Under registration number CN202082914 (U), a biomass energy burner is described, where the combustion chamber takes in air at multiple angles through main air inlets and air distribution holes thereby changing the flow direction of air into the combustion chamber, increasing the contact time and combustion air contact surface, and improving the combustion support effect.

[0022] A anterioridade WO98/39600 descreve um dispositivo para a combustão de combustível sólido, compreendendo um tambor rotativo do reator. Dentro da câmara de combustão principal, em sua parte traseira, está um tambor interno, menor, que é coaxial com o tambor do reator e tem uma camisa perfurada o tambor menor é disposto para ser rotativo com o tambor do reator maior em torno do seu eixo central.[0022] Priority WO98/39600 describes a device for the combustion of solid fuel, comprising a rotating reactor drum. Within the main combustion chamber, at its rear, is a smaller, inner drum, which is coaxial with the reactor drum and has a perforated jacket. The smaller drum is arranged to be rotatable with the larger reactor drum around its central axis.

[0023] O pedido BR 11 2017 002300 8 A2 refere-se a um queimador que compreende um conduto para ar ou gás primário delimitado por uma parede externa e uma parede interna concêntrica de eixo geométrico e condutos para injetar ar ou gás primário radial compreende um anel rotativamente móvel e tendo protrusões axiais constituindo distribuidores que engatam com os condutos de ar primário radial dispostos na parede interna e formam dois canais de diferentes ângulos em cada conduto. Uma rotação do anel torna possível variar o ângulo de injeção do ar primário radial, tendo uma seção transversal fixada, que simplifica o ajuste do queimador, isto impede a rotação das partes móveis que estão em contato direto com o lado de fora do queimador.[0023] Application BR 11 2017 002300 8 A2 refers to a burner comprising a conduit for air or primary gas delimited by an external wall and a concentric internal wall of geometric axis and conduits for injecting air or primary gas radially comprising a rotatably movable ring and having axial protrusions constituting distributors that engage with the radial primary air ducts arranged on the internal wall and form two channels of different angles in each duct. A rotation of the ring makes it possible to vary the injection angle of the radial primary air, having a fixed cross section, which simplifies the adjustment of the burner, this prevents the rotation of the moving parts that are in direct contact with the outside of the burner.

[0024] Sob o número de registro BR 11 2015 012071 7, o queimador descrito possui elementos tubulares, definindo dois dutos, um para o comburente e o outro para o fluxo do fluido de combustão. Os meios de difusão compreendem dois elementos de difusão, com aberturas relativas e móveis reciprocamente, tendo uma pluralidade de orifícios para o fluxo do fluido de combustão. Os elementos de difusão são montados ao redor do elemento de ligação, cada um tendo uma pluralidade de aberturas, que têm uma extensão curvilínea e uma seção crescente para fora e são definidas por cortes de passagem.[0024] Under registration number BR 11 2015 012071 7, the described burner has tubular elements, defining two ducts, one for the oxidizer and the other for the flow of combustion fluid. The diffusion means comprise two diffusion elements, with relative and reciprocally movable openings, having a plurality of orifices for the flow of combustion fluid. The diffusion elements are mounted around the connecting element, each having a plurality of openings, which have a curvilinear extension and an outwardly increasing section and are defined by through cuts.

[0025] O Queimador de biomassa por jato de ar central, de número PI 1001478-0 A2, descreve um aparelho de combustão capaz de queimar combustível à base de biomassa, que inclui um bocal para biomassa circundado concentricamente por uma zona de ar de núcleo e que se estende axialmente ao longo do comprimento da zona de ar de núcleo, residindo o conjunto de queimador dentro de uma caixa de vento.[0025] The central air jet biomass burner, number PI 1001478-0 A2, describes a combustion apparatus capable of burning biomass-based fuel, which includes a biomass nozzle concentrically surrounded by a core air zone and extending axially along the length of the core air zone, the burner assembly residing within a wind box.

[0026] O modelo MU 8802028-2 U2, com a denominação de "Queimador horizontal de biomassa", retrata um queimador de biomassa, onde o ar soprado pelo ciclone de ventilação passa através do tubo do acendedor e através da câmara formada entre o tubo que forma a câmara e o tubo externo de proteção entrando na câmara através dos furos de ventilação.[0026] Model MU 8802028-2 U2, called "Horizontal biomass burner", depicts a biomass burner, where the air blown by the ventilation cyclone passes through the igniter tube and through the chamber formed between the tube which forms the chamber and the external protective tube entering the chamber through the ventilation holes.

[0027] Pelo título de "Aperfeiçoamento em queimador de combustíveis de baixo poder calorífico para vinhaça e palha em pó", e tem como autor SCHOPF, N. (2008), sob o número de registro PI 0804291-8 B1, descreve um queimador torcional, dotado de pré-câmara de combustão utilizado com uma lança especial juntamente com a pressão do ar primário por permitir a entrada de ar de combustão necessário através da caixa de ar torcional fornecido tangencialmente ao queimador, que ingressa no anel interno e se acelera através do cone que lhe imprime a rotação para o ingresso na pré-câmara. Dotado, assim, de uma modelagem que permite a entrada do ar central de forma independente pelo anel formado entre a lança de combustível central e o tubo de ar.[0027] Under the title "Improvement in low calorific value fuel burner for vinasse and powdered straw", and authored by SCHOPF, N. (2008), under registration number PI 0804291-8 B1, describes a burner torsional, equipped with a combustion pre-chamber used with a special lance together with the pressure of the primary air to allow the necessary combustion air to enter through the torsional air box supplied tangentially to the burner, which enters the internal ring and accelerates through of the cone that rotates it to enter the pre-chamber. Thus, it is equipped with a design that allows the central air to enter independently through the ring formed between the central fuel lance and the air tube.

[0028] Sob o número de registro PI 0110229-0 desenvolvido pelo autor FRANKLIN SCOTT [AU], com o título de "Queimador de biomassa", relata um queimador de biomassa que possui uma zona de combustão primária localizada na extremidade inferior do reservatório de combustível, uma zona de combustão secundária localizada abaixo da zona de combustão primária, uma passagem que proporciona comunicação entre as zonas de combustão primária e secundária. A zona de combustão primária tem uma parede periférica incorporando meios de furo de ar para proporcionar ar de combustão para a zona de combustão primária.[0028] Under registration number PI 0110229-0 developed by author FRANKLIN SCOTT [AU], with the title "Biomass Burner", reports a biomass burner that has a primary combustion zone located at the lower end of the fuel reservoir. fuel, a secondary combustion zone located below the primary combustion zone, a passage that provides communication between the primary and secondary combustion zones. The primary combustion zone has a peripheral wall incorporating air hole means for providing combustion air to the primary combustion zone.

[0029] Um resumo de todas as características principais das anterioridades encontradas e o presente pedido de modelo de utilidade é apresentado no quadro abaixo: Quadro comparativo entre as patentes e o Queimador de Biomassa Automatizado com Microcontrolador. [0029] A summary of all the main characteristics of the previous findings and the present utility model application is presented in the table below: Comparative table between the patents and the Automated Biomass Burner with Microcontroller.

[0030] Onde: Ins. Ar Helic. = Insuflamento de ar Helicoidal entre o tubo externo e a câmara de combustão Helic. Guia = Helicóide para guiar o ar entre o tubo externo e o tubo do alimentador Ant. Con. = Anteparos côncavos na parede externa da câmara de combustão para direcionar o ar Aut. Al. Gd. = Automatização da alimentação de forma gradual com Arduíno Aquec. Ca. Com. = Aquecimento da câmara de combustão pela centralização da chama Vórt. Chama = Vórtice da chama na câmara de combustão Pq = Pequeno Md = Médio Gd = Grande[0030] Where: Ins. Air Helic. = Helical air supply between the external tube and the Helic combustion chamber. Guide = Helicoid to guide the air between the external tube and the Ant feeder tube. Con. = Concave shields on the outer wall of the combustion chamber to direct air Aut. Al. Gd. = Automation of power supply gradually with Arduino Aquec. Ca. Com. = Heating of the combustion chamber by centralizing the flame Vórt. Flame = Flame vortex in the combustion chamber Pq = Small Md = Medium Gd = Large

OBJECTIVE OF THE INVENTION

[0031] A presente solicitação de modelo de utilidade tem como objetivo apresentar um queimador que emprega pellets de biomassa como combustível para produzir energia térmica, apresentando como novidade o fornecimento de pellets de biomassa de forma gradual com a utilização de um microcontrolador Arduíno, uma helicoide para guiar o insuflamento de ar, pequenos anteparos côncavos para forçar a entrada do ar para dentro da câmara de combustão com ênfase em favorecer uma queima sem emissões de gases e desperdício de combustível.[0031] The present request for a utility model aims to present a burner that uses biomass pellets as fuel to produce thermal energy, presenting as a novelty the supply of biomass pellets gradually using an Arduino microcontroller, a helicoid to guide the air supply, small concave screens to force air into the combustion chamber with an emphasis on promoting combustion without gas emissions and fuel waste.

[0032] Desta forma, o presente pedido propõe o desenvolvimento e a construção do protótipo de um queimador de pellets de biomassa com alimentador e insuflamento de ar automatizado para extinguir as incrustações, diminuir as emissões de contaminantes ambientais, amenizar a geração de material volátil não queimado, aumentar a vida útil dos componentes, minimizar os custos de fabricação e melhorar o aproveitamento térmico.[0032] Therefore, the present application proposes the development and construction of the prototype of a biomass pellet burner with feeder and automated air inflation to extinguish scale, reduce emissions of environmental contaminants, mitigate the generation of non-volatile material burned, increase the useful life of components, minimize manufacturing costs and improve thermal utilization.

OF THE INVENTION

[0033] A presente invenção refere-se a um queimador aplicado preferencialmente na geração de calor, para produzir vapor em caldeiras ou aquecimento de ar em trocadores de calor com melhor aproveitamento térmico e, portanto, alto rendimento.[0033] The present invention refers to a burner applied preferably to generate heat, to produce steam in boilers or heating air in heat exchangers with better thermal use and, therefore, high efficiency.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

[0034] Em suma, a presente invenção apresenta como principais vantagens: ✓ Fornecimento de combustível de forma gradual, com o auxílio de um microcontrolador, ou seja, quando a temperatura estiver chegando perto do limite superior, a alimentação de pellets diminui gradualmente e quando a temperatura de controle começa a diminuir a alimentação de pellets aumenta progressivamente; ✓ Uma helicoide (3) entre o tubo externo (2) e o tubo de alimentação (4) com a finalidade de aumentar o percurso do ar dentro da câmara de combustão cônica (1), além de homogeneizar a mistura do ar com os gases da combustão. A temperatura permanece mais adequada por mais tempo dentro da câmara de combustão completando assim a queima do combustível dentro do bocal na presença de oxigênio; ✓ Pequenos anteparos (9) para direcionar o ar para dentro da câmara combustão; ✓ Câmara de combustão (1) de forma cônica para manter a pressão de fornecimento de ar primário e secundário constante durante a queima e evitar uma pressão na geração dos gases da combustão; ✓ Resfriamento da câmara de combustão cônica (1) pela passagem de ar nas paredes externas e a sua liberação pelos orifícios axiais (21) presentes no disco centralizador (7); ✓ Aumento do tempo de permanência dos gases de combustão por um período mais longo, pois como o ar percorre o perímetro interno da câmara de combustão cônica (1) em forma de uma helicóide, este terá um deslocamento maior comparado-se com um percurso axial no interior da câmara de combustão cônica (1), sendo o perímetro helicóidal igual a raiz quadrada do quadrado do passo mais o diâmetro vezes pi ao quadrado, conforme a fórmula a seguir: [0034] In short, the present invention has the following main advantages: ✓ Fuel supply gradually, with the help of a microcontroller, that is, when the temperature is approaching the upper limit, the pellet supply gradually decreases and when the control temperature begins to decrease and the pellet feed increases progressively; ✓ A helicoid (3) between the external tube (2) and the supply tube (4) in order to increase the air path inside the conical combustion chamber (1), in addition to homogenizing the air mixture with the gases of combustion. The temperature remains more suitable for longer inside the combustion chamber, thus completing the burning of the fuel inside the nozzle in the presence of oxygen; ✓ Small screens (9) to direct air into the combustion chamber; ✓ Combustion chamber (1) conical in shape to maintain constant primary and secondary air supply pressure during burning and avoid pressure in the generation of combustion gases; ✓ Cooling of the conical combustion chamber (1) by passing air through the external walls and releasing it through the axial holes (21) present in the centralizing disc (7); ✓ Increased residence time of combustion gases for a longer period, as the air travels around the internal perimeter of the conical combustion chamber (1) in the shape of a helicoid, it will have a greater displacement compared to an axial path inside the conical combustion chamber (1), with the helical perimeter equal to the square root of the square of the pitch plus the diameter times pi squared, according to the following formula:

DESCRIPTION OF FIGURES

[0035] As figuras mostram a construção do Queimador de biomassa em uma realização preferencial e as suas características construtivas, como alimentador, ventilador, helicóide guia e disposições das peças, que são objeto deste pedido de patente de modelo de utilidade. ✓ Figura 1: parte externa do queimador de biomassa. ✓ Figura 2: corte longitudinal interno do queimador de biomassa paralelo ao tubo externo referente as partes do queimador. ✓ Figura 3: corte longitudinal interno do queimador de biomassa paralelo ao tubo externo referente ao fluxo interno. ✓ Figura 4: vista lateral do queimador de biomassa. ✓ Figura 5: vista frontal do queimador de biomassa.[0035] The figures show the construction of the biomass burner in a preferred embodiment and its construction characteristics, such as feeder, fan, guide helicoid and arrangements of the parts, which are the subject of this utility model patent application. ✓ Figure 1: external part of the biomass burner. ✓ Figure 2: internal longitudinal section of the biomass burner parallel to the external tube referring to the burner parts. ✓ Figure 3: internal longitudinal section of the biomass burner parallel to the external tube referring to the internal flow. ✓ Figure 4: side view of the biomass burner. ✓ Figure 5: front view of the biomass burner.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0036] As figuras 1, 2, 3, 4 e 5 ilustram um queimador de biomassa automatizado com microcontrolador, com uma rosca helicoidal (10) interna ao tubo do alimentador (4) acoplada ao motoredutor (15), para o deslocamento (17) dos pellets armazenados no silo (13) até a câmara de combustão cônica (1) centralizada na sua parte dianteira pelo disco (7), com orifícios axiais (21).[0036] Figures 1, 2, 3, 4 and 5 illustrate an automated biomass burner with a microcontroller, with a helical thread (10) internal to the feeder tube (4) coupled to the gearmotor (15), for displacement (17 ) of the pellets stored in the silo (13) to the conical combustion chamber (1) centered in its front part by the disc (7), with axial holes (21).

[0037] O queimador é automatizado por um programa em wiring (C++), desenvolvido na plataforma livre do Arduíno. O Arduíno é instalado dentro do painel elétrico, junto com os relés de 5 Volts de corrente contínua (CC), que convertem as tensões elétricas das portas de saídas do microcontrolador para acionar os relés. O relé possui uma alimentação, um contato aberto e um contato fechado, para acionar uma contactora de força para comandar um motor elétrico (5) trifásico de 220 Volts de corrente alternada (CA). Possui dois sensores de entrada para temperatura, um do tipo thermistor NTC digital, que indica a temperatura do ambiente e outro do tipo termopar tipo k analógico, que mede a temperatura da chama.[0037] The burner is automated by a wiring program (C++), developed on the free Arduino platform. The Arduino is installed inside the electrical panel, along with the 5 Volt direct current (DC) relays, which convert the electrical voltages from the microcontroller output ports to activate the relays. The relay has a power supply, an open contact and a closed contact, to activate a power contactor to control a three-phase 220 Volt alternating current (AC) electric motor (5). It has two temperature input sensors, one of the digital NTC thermistor type, which indicates the ambient temperature and the other of the analog K-type thermocouple, which measures the flame temperature.

[0038] O programa é desenvolvido para controlar o motor (5) que aciona o redutor (15) para a alimentação de pellets pela rosca helicoidal (10), através da temperatura medida no sensor NTC, sendo que quando a temperatura estiver chegando perto do limite superior diminui-se o tempo que o motor (5) fica acionado e quando a temperatura estiver abaixo do limite inferior aumenta-se o tempo que o motor (5) fica acionado. O programa também controla um excesso de temperatura medido pelo termopar tipo k, onde se este ultrapassar um limite predefinido o mesmo interrompe o acionamento do motor (5) até que a temperatura volte ao normal.[0038] The program is developed to control the motor (5) that drives the reducer (15) to feed pellets through the helical screw (10), through the temperature measured in the NTC sensor, and when the temperature is getting close to the upper limit reduces the time that the engine (5) is activated and when the temperature is below the lower limit, the time that the engine (5) is activated increases. The program also controls an excess temperature measured by the type k thermocouple, where if it exceeds a predefined limit, it stops the motor (5) from starting until the temperature returns to normal.

[0039] A câmara de combustão (1) é de forma cônica para manter a pressão de fornecimento de ar primário e secundário constantes durante a queima.[0039] The combustion chamber (1) is conical in shape to maintain constant primary and secondary air supply pressure during burning.

[0040] O suprimento de ar (carburente) para a combustão é proveniente de um ventilador (11) centrífugo com rotor de pás curvadas para trás, acionado por um motor elétrico (12), com entrada tangencial (14) no tubo externo (2), e em contato com a parede externa do tubo do alimentador de pellets (4), e a helicoide (3). O ar (carburente) desloca-se percorrendo o espaço (16) em forma helicoidal até encontrar os anteparos (9), que são fixos na parede externa da câmara de combustão cônica (1) e servem para forçar a entrada do ar (carburente) com um movimento de rotação para o interior da câmara de combustão cônica (1), entrando pelos múltiplos orifícios (8), onde encontra os pellets na câmara de combustão cônica (1), no espaço (18) onde acontece a combustão dos pellets na presença do ar (carburente) com a função de secar o combustível e iniciar a combustão.[0040] The air supply (fuel) for combustion comes from a centrifugal fan (11) with a rotor with backwards curved blades, driven by an electric motor (12), with tangential entry (14) in the external tube (2 ), and in contact with the outer wall of the pellet feeder tube (4), and the helicoid (3). The air (fuel) moves through the space (16) in a helical shape until it meets the screens (9), which are fixed to the outer wall of the conical combustion chamber (1) and serve to force the entry of air (fuel) with a rotational movement into the conical combustion chamber (1), entering through the multiple holes (8), where it finds the pellets in the conical combustion chamber (1), in the space (18) where the combustion of the pellets takes place in the presence of air (fuel) with the function of drying the fuel and starting combustion.

[0041] O fornecimento de ar (carburente) primário é introduzido no início do bocal da câmara de combustão cônica (1), pela parte inferior, enquanto o suprimento de ar (carburente) secundário é insuflado no meio do bocal da câmara de combustão cônica (1), pela parte superior, sendo pré-aquecido e ao mesmo tempo com a função de resfriamento do bocal da câmara de combustão cônica (1).[0041] The primary air (fuel) supply is introduced at the beginning of the conical combustion chamber nozzle (1), from the bottom, while the secondary air (fuel) supply is inflated in the middle of the conical combustion chamber nozzle (1), from the top, being preheated and at the same time with the function of cooling the nozzle of the conical combustion chamber (1).

[0042] A alimentação primária (20) de ar (carburente) forma um vórtice com os produtos da combustão, percorrendo com o formato helicoidal o espaço interno (18), sendo alimentado por mais ar (carburente), proveniente dos múltiplos orifícios (8) distribuídos ao longo do comprimento da câmara de combustão cônica (1), caracterizando uma alimentação secundária (19) de ar (carburente), aumentando assim o percurso dos gases de combustão dentro da câmara de combustão cônica (1).[0042] The primary supply (20) of air (fuel) forms a vortex with the combustion products, traveling in a helical shape through the internal space (18), being fed by more air (fuel), coming from the multiple holes (8 ) distributed along the length of the conical combustion chamber (1), featuring a secondary supply (19) of air (fuel), thus increasing the path of combustion gases within the conical combustion chamber (1).

[0043] Com o aumento do percurso, os gases permanecem por um tempo maior na zona de queima, para que ocorra todas as reações da combustão, eliminando os gases que formam o monóxido de carbono (CO) e impedindo os óxidos de nitrogênio (NOx) formadores das incrustações. No disco centralizador (7), os orifícios axiais (21) permitem uma pequena passagem de ar, caracterizando uma terceira alimentação de ar (carburente), com o objetivo de: diminuir a pressão do ar proveniente do ventilador (11), resfriar o disco centralizador (7), arrefecer a tampa do bocal (6) e suprir a falta de oxigênio para as reações químicas da combustão, aumentando a vida útil da câmara de combustão cônica (1), do disco centralizador (7) e da tampa do bocal de queima (6), diminuindo as emissões de monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrogênio (NOx), ácido sulfúrico (SO2) e deslocando as cinzas.[0043] As the path increases, the gases remain in the burning zone for a longer time, so that all combustion reactions can occur, eliminating the gases that form carbon monoxide (CO) and preventing nitrogen oxides (NOx ) scale formers. In the centralizing disc (7), the axial holes (21) allow a small passage of air, featuring a third air supply (fuel), with the aim of: reducing the air pressure coming from the fan (11), cooling the disc centralizer (7), cool the nozzle cover (6) and make up for the lack of oxygen for the chemical combustion reactions, increasing the useful life of the conical combustion chamber (1), the centralizing disc (7) and the nozzle cover burning (6), reducing emissions of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulfuric acid (SO2) and displacing ash.

[0044] Para a regulagem do ar existe uma sonda lambda na saída do queimador, que indica o nível de oxigênio presente nos gases da queima, enviando um sinal elétrico para o Arduino, apontando se a relação ar/combustível é alta ou baixa e um motor de passo comandado pelo Arduino para abrir ou fechar um disco vazado instalado na entrada do ventilador para ficar corrigindo a mistura, com a finalidade de aumentar o percurso do ar dentro da câmara de combustão cônica (18) e para homogeneizar a mistura do ar com os gases da combustão.[0044] To regulate the air, there is a lambda probe at the burner outlet, which indicates the level of oxygen present in the burning gases, sending an electrical signal to the Arduino, indicating whether the air/fuel ratio is high or low and a stepper motor controlled by Arduino to open or close a hollow disc installed at the fan inlet to correct the mixture, with the purpose of increasing the air path inside the conical combustion chamber (18) and to homogenize the air mixture with combustion gases.

[0045] Com o ar (carburente) entrando tangencialmente na câmara de combustão cônica (1), os pellets que vão queimando e perdendo sua massa, ficam mais leves e são arrastados pelo ar tangencial, permanecendo por mais tempo em uma temperatura mais adequada dentro da câmara de combustão cônica (1) completando assim a sua queima dentro da câmara de combustão cônica (1) na presença de oxigênio.[0045] With the air (fuel) entering tangentially into the conical combustion chamber (1), the pellets, which burn and lose their mass, become lighter and are dragged by the tangential air, remaining for longer at a more suitable temperature inside of the conical combustion chamber (1), thus completing its burning within the conical combustion chamber (1) in the presence of oxygen.

[0046] Eliminando a chama de cor escura, que indica o excesso de material volátil não queimado pela falta de oxigênio ou uma mistura dos gases de combustão com o ar não homogênea. Suprimindo o aparecimento de fumaça decorrente da umidade presente no combustível ou pela manutenção de uma chama de baixa temperatura na câmara de combustão, diminuindo assim a geração de cinzas, eliminando o desperdício e aumentando o rendimento.[0046] Eliminating the dark-colored flame, which indicates an excess of unburned volatile material due to a lack of oxygen or an inhomogeneous mixture of combustion gases with air. Suppressing the appearance of smoke resulting from the moisture present in the fuel or by maintaining a low temperature flame in the combustion chamber, thus reducing the generation of ash, eliminating waste and increasing yield.

[0047] Para prever o deslocamento das cinzas, uma vazão de ar elevada empurra o combustível para fora da câmara e por outro lado uma baixa vazão de ar não tem força de arraste para o deslocamento das cinzas, sendo esse ajuste definido experimentalmente. As concentrações de monóxido de carbono (CO) podem ser utilizadas como uma referência do rendimento da combustão e de maneira a examinar o queimador para suportar as cinzas sintetizadas.[0047] To predict the displacement of the ash, a high air flow pushes the fuel out of the chamber and on the other hand a low air flow does not have a drag force for the displacement of the ash, this adjustment being defined experimentally. Carbon monoxide (CO) concentrations can be used as a reference of combustion performance and in order to examine the burner to support the synthesized ash.

[0048] A partir do exposto, é observado que o QUEIMADOR DE BIOMASSA AUTOMATIZADO COM MICROCONTROLADOR é merecedor do privilégio de patente de modelo de utilidade.[0048] From the above, it is observed that the AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER deserves the privilege of a utility model patent.

Claims

1. AUTOMATED BIOMASS BURNER WITH MICROCONTROLLER consisting of a helical screw (10) internal to the feeder tube (4), coupled to the gear motor (15) driven by the electric motor (5), to move (17) the pellets stored in the silo (13) to the conical combustion chamber (1) centered in its front part by the disc (7), with axial holes (21), characterized by having a microcontroller to automate the supply of pellet fuel by controlling the ambient temperature, a helicoid (3) between the external tube (2) and the supply tube (4) and small concave shields (9).