Laboratório HiReTS

Metodologia HiReTS (High Reynolds Number Thermal Stability)

Descrição

 Os atuais projetos de aeronaves a jato utilizam o combustível como fluido refrigerante para remover calor de rolamentos, caixas de engrenagens, bombas, geradores e conversores de direção e energia. Turbinas cada vez mais complexas e eficientes necessitam de mais resfriamento, e o uso de combustível como fluido refrigerante tem se tornado uma problemática, pois reações químicas ocorrem em um meio contendo hidrocarbonetos, oxigênio dissolvido e impurezas, à medida que a temperatura do combustível aumenta.

Os resultados dessas reações geram depósitos de carbono que aderem as superfícies dos dutos do sistema de escoamento do fluido. Como consequência, pode ocorrer o desligamento abrupto do motor pela constrição e obstrução dos bicos injetores além de dificultar a troca de calor devido a presença de fouling na superfície. Outros possíveis problemas que podem ocorrer são danos causados nas pás das turbinas devido ao impacto dos depósitos sólidos formados e, uma mudança no perfil de temperatura de saída do queimador ocasionando perda de eficiência e redução do intervalo de manutenção.

A metodologia HiReTS foi desenvolvida pelas Universidades de Sheffield e Leeds na Inglaterra na década 1990 em parceria com a Shell® (Shell Global Solutions, Fuel Business Group) que tem por objetivo verificar a estabilidade térmica de querosenes de aviação. A estabilidade térmica do combustível  é caracterizada por sua capacidade de absorver calor sem formar depósitos sólidos durante um intervalo definido de tempo.

No LabCET, os experimentos utilizando o método HiReTS voltam-se para estudar o comportamento de biocombustíveis de aviação com relação à degradação e a correlação entre resultados nas condições que aproximam o teste JFTOT ( Jet Fuel Thermo Oxidation Test )  em condições de escoamento turbulento.

Aparato Experimental

O experimento baseia-se na análise do escoamento do combustível através de um tubo capilar, mostrado no esquema abaixo. A parede do capilar é aquecida por efeito Joule devido à aplicação de uma tensão elétrica e passagem de corrente. O tubo possui uma parede com seção transversal constante impondo ao escoamento uma condição de fluxo de calor uniforme. À medida que o combustível escoa através do capilar ocorre a degradação térmica com a formação de espécies químicas insolúveis. As espécies químicas geradas depositam-se na parede do tubo resultando no crescimento de uma incrustação. Desta forma, a resistência térmica de condução da parede do tubo aumenta. Sendo o fluxo de calor constante, a temperatura externa aumenta e uma câmera termográfica mede a temperatura externa do tubo através de uma varredura em várias posições pré-definidas ao longo do tempo de teste.

 

Além do sistema de análise do capilar, o equipamento consta com sistemas periféricos. Uma bomba HPLC é responsável por fornecer escoamento com vazão constante. Após a passagem pelo capilar, o combustível é resfriado em um trocador de calor e lançado para um reservatório de saída. Um rotâmetro na tubulação de saída permite a aferição da vazão e a visualização da passagem de possíveis bolhas de ar durante o enchimento da tubulação no início dos testes.


INFORMAÇÕES ADICIONAIS

Empresas parceiras: Petrobrás

Equipe
Prof. Amir A. M. Oliveira, PhD. (Coordenador)
Edimilson J. de Oliveira, Dr. Eng. (Pesquisador)
Andressa De Rossi, Me. Eng. (pós-graduação)
Jônatas Vicente, Me. Eng. (pós-graduação)
Guilherme Martins, Eng. (pós-graduação)
Arthur Benedetti (graduação)
Mariana Tessmann Martins (graduação)

Contatojonatas.vicente@labcet.ufsc.br