Velocidade de Chama Laminar de Componentes de Modelos de Gasolina de Alto Desempenho
Resumo
O estudo da gasolina possui uma elevada complexidade pois esta apresenta uma mistura de hidrocarbonetos com cadeias que variam de 5 a 12 carbonos, além de outros compostos como enxofre e alguns minerais em menores concentrações. Pelo fato da composição deste combustível não ser fixa, a existência de centenas de compostos químicos diferentes aumenta o custo da modelagem computacional de sua combustão (Cancino, 2009).
Os hidrocarbonetos, compostos orgânicos formados por carbono e hidrogênio, constituem entre 50 % a 90 % em massa da composição dos derivados de petróleo. Esses podem ser subdivididos em diferentes famílias, sendo as principais conhecidas como parafinas (alcanos), naftênicos (ciclo-alcanos), olefinas (alcenos) e aromáticos (Gruber, 2009).
Uma forma de simplificar a análise computacional detalhada da combustão de uma gasolina consiste em desenvolver uma mistura com menor número de espécies químicas que ainda reproduza as características de interesse da gasolina sendo estudada. Essas misturas são denominadas de modelos de gasolina (do termo em inglês surrogate) (Metcalfe et al., 2007) & (Sarathy et al.,2017) e (Dooley et al., 2019). Os modelos podem ser desenvolvidos para reproduzir aspectos físicos, como curva de destilação ou viscosidade; aspectos químicos, como o atraso de ignição térmica, ou para reproduzir aspectos físico-químicos, como a velocidade de chama laminar.
A velocidade de chama laminar, que é o foco desse trabalho, é uma das caraterísticas fundamentais da combustão de uma mistura de combustível e oxidante em determinada composição, temperatura e pressão. Ela representa a velocidade na qual uma chama plana se deslocaria de forma autosustentada sobre a mistura reagente, estacionária, em condições uniformes. É uma característica que depende da termodinâmica da mistura, em especial da temperatura de combustão adiabática e do calor específico, das difusividades de calor e massa das espécies químicas envolvidas e da cinética química detalhada de combustão da mistura (Turns, 1996).
Esse trabalho se dedica ao levantamento dos dados termodinâmicos, de transporte e de cinética química, assim como a operacionalização do cálculo de velocidade de chama laminar, para alguns hidrocarbonetos usados na formulação de modelos de gasolinas.
Referências:
Cancino, L. R. (2009). Desenvolvimento e Aplicação de Modelos Cinéticos Detalhados para Etanol e Combustíveis Hidrocarbonetos Contendo Etanol. Curso de Engenharia Mecânica, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis – UFSC.
Gruber, L. D. A. (2009). Estudo de Ácidos Naftênicos em Petróleo Brasileiro: Métodos de Extração e Análise Cromatográfica. Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, Porto Alegre – UFRGS.
Metcalfe, W. K., William J. Pitz, H. J. C., Simmie, J. M., and Westbrook, C. K. (2007). The development of a detailed chemical kinetic mechanism for diisobutylene and comparison to shock tube ignition times. Proceedings of the Combustion Institute, pages 377–384.
Sarathy, S. M., Farooq, A., and T.Kalghatgi, G. (2017). Recent progress in gasoline surrogate fuels. Progress in Energy and Combustion Science, pages 1–42.
Dooley, S., Won, S. H., and Dryer, F. L. (2019). Chapter 10 – Surrogate fuels and combustion characteristics of liquid transportation fuels, volume 45 of Computer Aided Chemical Engineering. Elsevier.
Turns, S. R. (1996). An Introduction to Combustion – Concepts and Applications, volume 1. McGraw Hill Education, Printed in Singapure, 2 edition. 5, 8, 9, 10, 12
Aluno: Gustavo Pasolini Neves
Orientação: Amir Antonio Martins Olvieira Jr., Ph.D.
Nível: Mestrado
Área de Concentração: Engenharia e Ciências Térmicas
Linha de Pesquisa: Combustão
Situação: em andamento