Combustores e Combustão (formulario)

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  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    2.7- COMBUSTORES E COMBUSTÃO

    2.7.1- COMBUSTORES

    2.7.1.1- Aspectos gerais dos projetos de câmara de com!st"o

    Um método de melhorar o enchimento do cilindro é construir cabeçotesmultiválvulas, onde mesmo havendo a necessidade de se diminuir o tamanhode cada válvula, a área total de enchimento é aumentada. Com o aumento donúmero de válvulas, diminui-se a área de compressão disponível, muitoimportante na geração de turbulência e resriamento da região de detonação dac!mara de combustão. "essa orma, diversos atores devem ser levados emconsideração nos pro#etos das c!maras de combustão. "ierentes re$uisitos easpectos evolutivos dos pro#etos de c!maras de combustão podem ser observados a seguir%

     

    Câmara Tipo #T$

    C!mara utili&ada nos motores mais antigos '()*(+, $uando não seutili&avam válvulas no cabeçote, e parecia bem natural utili&ar o sistema dedescarga aastado do sistema de admissão.

      igura .( mostra um e/emplo desse tipo de coniguração.

    %ig!ra 7.1 & C!mara tipo 012 '34556, ()78+

    "urante o curso de admissão, parte da mistura resca, $ue vem daválvula de admissão, entra no compartimento do cilindro, e outra partepercorre um longo tra#eto até a região da válvula de descarga, onde estáinstalada a vela de ignição. o inal do curso de compressão a mistura éimpelida para as regi9es das válvulas, com níveis consideravelmentebai/os de turbulência, se comparados com os níveis alcançados comoutras c!maras em etapas seguintes. : a$uecimento da mistura pelaválvula de descarga garante boa atomi&ação e alta ta/a de $ueima naregião de ignição. : longo percurso da rente de chama, e

    conse$;entemente longo período de $ueima, acarretam um altore$uisito de octanas, a im de evitar o en

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    as ra&9es de compress9es utili&adas pelos motores com essa c!maraeram as mais bai/as da época '4>C?1@, ()A+.

      Câmara Tipo #'$

    Begundo 3aleev. '()78+, esse tipo de c!mara resulta do melhoramento dac!mara tipo 012, com respeito ao mecanismo de acionamento de válvulas econtrole de detonação. Com a válvula de admissão instalada no mesmolado da válvula de descarga, o percurso da rente de chama é diminuído,implicando em menor re$uisito de octanas, porém muito distante dosconseguidos por motores com válvulas no cabeçote.

      c!mara tipo 042 de alta turbulência, típica de ()(), oi desenvolvida por 

    icardo '>C":, ()78+, sendo ele o pioneiro no estudo do en

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    1ambém desenvolvida por icardo, esse tipo de c!mara é uma evoluçãoda c!mara tipo 042. válvula de descarga se mantém no bloco do motor,en$uanto $ue a válvula de admissão é instalada no cabeçote.Gormalmente a vela de ignição se mantém sobre a válvula de descarga'igura .H+. s principais vantagens dessa c!mara em relação Fanterior são% compactação da c!mara de combustão e maior di!metroda válvula de admissão.

    %ig!ra 7.( & C!mara 1ipo 02 'IU"J5, ()A8+

     

    Câmara Tipo Cora)"oGesse tipo de coniguração as válvulas geralmente são planas e emlinha, com acentuada área de compressão. s válvulas encontram-seabrigadas na área restrita em orma de coração, sendo a região da velade ignição mais e/posta, permitindo uma indução de mistura sem

    restriç9es ao ? descendente no interior do cilindro. o inal do cursode compressão a mistura é ortemente impelida para a cavidade dac!mara de combustão por meio da área de compressão, gerando altaturbulência momentos antes do período de combustão.

    : nível de turbulência gerado pelo ? indu&ido, e pelo C , aumentapraticamente de orma proporcional ao aumento de rotação do motor, econse$;entemente aumentando a velocidade de $ueima, mantendopraticamente constante o !ngulo de $ueima. Ga ase inal do processode e/austão, #á com a velocidade de escoamento dos gases $ueimados

    relativamente bai/a, o ressalto em orma de 0nari&2 mostrado na igura.7 acentua essa velocidade no processo de descarga. Uma variaçãodesse tipo de c!mara é a do =orsche )EK, $ue possui as válvulasinclinadas de um !ngulo de E*o em relação ao ei/o do cilindro.

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    %ig!ra 7.* - C!mara em orma de coração '?5>B45, ())8+

     

    Câmara Tipo Ba+,eira +o ist"o Cae)ote /a+o0Gesse tipo de coniguração o cabeçote é do tipo plano, geralmente com

    uma cavidade circular na cabeça do pistão, e com um duto de admissãode inclinação mais vertical, avorecendo uma indução direta. o inal doperíodo de compressão, a área de compressão de contorno circular promove um movimento radial de toda mistura $ue se encontra prL/imada parede do cilindro, concentrando-a nessa cavidade central, estandoem sua e/tremidade a vela de ignição. Como o nível de turbulência éalto nessa coniguração, o grau de homogeneidade da mistura tambémé grande 'igura .8+.

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    %ig!ra 7. - C!mara 1ipo Manheira no pistão '?5>B45, ())8+

    Nuando a cavidade circular é no cabeçote e o pistão é plano, costuma-se chamar a c!mara de combustão de 0c!mara tipo banheira invertida

    'no cabeçote+2. c!mara tipo coração é uma variação desse tipo dec!mara.

     

    Câmara de Com!st"o Tipo C!+,a Wedge Chamber  5ssa c!mara possui um rebai/o inclinado em orma de cunha nocabeçote, sendo normalmente utili&ado um pistão de cabeça plana. sválvulas são acomodadas na ace menos inclinada, sendo a vela deignição locali&ada na ace oposta mais inclinada, e entre as válvulas. mistura $ue entra no cilindro é direcionada a essa ace mais inclinada,

    gerando ? descendente. o inal do curso de compressão a mistura é ortemente impelida para aregião da vela de ignição por meio da área de compressão, onde, apLs odisparo da centelha, a rente de chama se propaga por toda a cavidadeda c!mara de combustão, onde alcançará a sua má/ima temperatura, eapLs penetrar na área de resriamento onde a relação superície-volumee o nível de turbulência são altos, a mistura é rapidamente resriada,podendo até mesmo causar a e/tinção da chama. 5sse processo temum eeito positivo $uanto F detonação, mas pode aumentar os índices

    de emiss9es de hidrocarbonetos '?5>B45, ())8+. igura .A mostrauma representação desse tipo de c!mara.

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    %ig!ra 7. - C!mara de Combustão 1ipo cunha '?5>B45, ())8+

     

    Câmara de Com!st"o com Câmara A!3i/iar 5sse tipo de coniguração oi apresentado pela ?onda em ()8 nomotor C6CC 'compound vortex controled-combustion+, concebido paratrabalhar com mistura pobre e homogênea, para produ&ir bai/asemiss9es de poluentes 'igura .+. =or meio de uma c!mara au/iliar,$ue possuía uma pe$uena válvula de admissão prL/ima da vela deignição, onde admitia por meio dessa válvula, uma mistura mais rica do$ue a admitida na c!mara principal. 5ra necessário um carburador 

    especialmente destinado a ornecer a essa c!mara au/iliar uma misturamais rica, transmitida por meio de uma passagem au/iliar.

    Go início da ase de admissão, as duas válvulas eram abertas, e eraadmitida uma mistura bem mais pobre pela válvula da c!mara principaldo $ue pela c!mara au/iliar. Nuando se iniciava a ase de compressão,parte da mistura pobre da c!mara principal invadia a c!mara au/iliar,tornando a mistura $ue estava e/cessivamente rica prL/ima da vela, emcondiç9es ideais para uma boa $ueima. Uma versão mais modernadesse tipo de c!mara é a do =orsche BOB 'igura .K+, onde ocarburador oi substituído por um sistema de in#eção mec!nica.

    %ig!ra 7.7 - C!mara de combustão com c!mara au/iliar '45GP, ())E+

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    %ig!ra 7.4 & C!mara do =orsche BOB com in#eção mec!nica '45GP, ())E+

     

    Câmara de Com!st"o Ma5 %irea//

    =ossui esse nome em homenagem a seu criador 3ichael 3aQ. Gessetipo de c!mara de combustão o pistão é do tipo plano e as válvulas deadmissão e descarga são paralelas e verticais. cavidade da c!maraestá locali&ada abai/o das válvulas de admissão e descarga, e aelevação do nível da válvula de descarga em relação F de admissão ée/tremamente acentuada, como mostra a igura .).

    %ig!ra 7.6 - C!mara de combustão 3aQ ireball '?5>B45, ())8+

    1oda superície remanescente compreende a área de compressão, $ueimpele de orma violenta a mistura para o interior da cavidade dac!mara. :utro eeito importante é o movimento da mistura da regiãoabai/o da válvula de admissão em direção F região da válvula dedescarga, $ue ao passar pelo ressalto em orma de nari&, a restriçãoentre as válvulas aumenta o nível de ? na ase de compressão.Begundo ?eisler '())8+, esse tipo de coniguração pode permitir $ue um

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    motor utili&ando gasolina de )E octanas, trabalhe com uma ra&ão decompressão de (E%( sem risco de detonação. igura .) ilustra essetipo de c!mara.

     

    Câmara de Com!st"o emis89rica

    Gesse tipo de coniguração as válvulas de admissão e descargaencontram-se inclinadas entre si, possibilitando a utili&ação de válvulasmaiores em c!maras compactas, onde normalmente os dutos deadmissão e e/austão estão dispostos de orma a garantir uma Ltimaeiciência volumétrica em altas rotaç9es 'cross-flow +. c!mara decombustão hemisérica possui uma relação superície-volume muitobai/a, o $ue diminui as perdas de calor para suas paredes econse$;entemente aumenta a eiciência térmica do motor.

    5mbora esse tipo de construção possibilite a utili&ação de uma vela deignição central, a posição da vela de ignição depende de vários atores,como o número de válvulas, criação de área de compressão, etc. lgumas dessas c!maras utili&am pist9es planos, $ue e/igem umacomple/idade maior da prLpria c!mara para a criação da área decompressão, en$uanto outras utili&am pist9es trabalhados para ageração dessa área. ?á uma relação de compromisso entre construçãode área de compressão e criação de peris hemiséricos. Gormalmente,$uanto mais prL/imo do peril hemisérico, menos área de compressãoica disponível para geração de turbulência ao inal da ase de

    compressão.

    >sto torna necessário alto nível de turbulência gerado, sendo bastantecrítico em bai/as rotaç9es, e $uantomais áreas de compress9ese/istirem, maiores serão os níveis de turbulência ao inal do curso decompressão, essenciais para regimes de bai/as rotaç9es, porém, issonormalmente incrementa a relação superície R volume, aumentando asperdas de calor durante o processo de combustão. s c!marashemiséricas geralmente podem ter de duas a seis válvulas por cilindro.

    "evido Fs suas variaç9es de ormas, elas também poderão ser chamadas, em alguns casos, de c!maras 0telhado2 ' pentroof +, $uandopossuem aces retilíneas $ue as tornem com aparência de 0telhado deduas águas2. 5mbora essa orma não se#a realmente hemisérica, écomum encontrá-la classiicada como tal em diversas literaturas.

    o Câmara emis89rica de Tr:s ;

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    do mesmo !ngulo, sL $ue para o lado oposto, ormando um!ngulo total de 7*o entre as válvulas de admissão e descarga'igura .(*+.

    %ig!ra 7.1> - C!mara ?emisérica de três válvulas '?5>B45, ())8+

      vela de ignição é instalada o mais prL/imo possível do centroda c!mara, para $ue o percurso da chama se#a o menor possível,além de dei/ar uma maior área de compressão disponível. sduas válvulas de admissão aumentam a capacidade deenchimento do cilindro, diminuindo a necessidade de umcru&amento de válvulas muito alto, diminuindo os índices deemiss9es de poluentes em marcha lenta e em cargas parciais,além de diminuir a inércia de uncionamento de cada válvula

    '?5>B45, ())8+.

    o Câmara emis89rica de ?!atro ;

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    'U1:3:1>65 5GJ>G55>GJ, ()K+. igura .(E mostrae/emplos de c!maras de $uatro e cinco válvulas por cilindro.

    %ig!ra 7.11 & 5eito do número de válvulas sobre a perormance domotor '?5>B45,))8+

    %ig!ra 7.12 & C!mara ?emisérica de $uatro e cinco válvulas

    '?5>B45 ())8+

     

    Câmara de Com!st"o para Motor de ?!eima oreUma característica marcante dos motores de $ueima pobre é arelativamente bai/a velocidade da rente de chama. =ara se aumentar essa velocidade as c!maras de combustão desses motores devem gerar altos níveis de turbulência 'UUB?>?, ())A+. =or isso, algunsmodelos utili&am c!maras com dutos de admiss9es helicoidais. :utrasaída comum, é a utili&ação de uma vela de ignição tão centrali&ada$uanto possível, onde o percurso da chama é minimi&ado, ou a

    utili&ação de múltiplas velas de ignição para obter o mesmo eeito.

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    Nuanto menor or o período de $ueima, menores serão as perdas devidoao tempo e, dessa orma, maior eiciência será obtida com o menor tempo de combustão. =or outro lado, $uanto menor o tempo decombustão, maior será a ta/a de elevação de pressão no cilindro,e/igindo mais da estrutura do motor '36>G et al., ()HA+. tualmente,costumam-se utili&ar duas velas de ignição em motores de $ueimapobre, devido a menor velocidade de propagação da chama no interior da c!mara de combustão. "essa orma, pode-se redu&ir o período de$ueima nesses motores. ?eisler '())8+ mostrou uma coniguração atualde duas velas de ignição para motor de $ueima pobre 'igura .(H+.=ercebeu-se $ue para o caso 'a+, a centelha oi disparada a (Eo =3Be a combustão completa se deu até E7o "=3B, totali&ando HES do ei/ode manivela. 5n$uanto $ue no caso 'b+, o disparo da centelha se deu aKS =3B e a combustão completa se deu até (Ko "=3B, totali&ando

    EAo do ei/o de manivela. 5sse menor período de $ueima tem eeitospositivos, como #á oi mencionado antes. 5le airma $ue a dupla ignição%

    o Bob condiç9es avoráveis, permite $ue a relação arTcombustível

    da mistura varie entre (%( a E(%( em cargas parciais, mas nãotra& nenhum beneício F plena carga, onde a mistura éconsideravelmente rica

    o "iminui a variação cíclica de pressão no interior do cilindro,

    melhorando o uncionamento do motor em marcha lenta e emcargas parciais

    o =ermite $ue o motor possa operar com cru&amento de válvulas

    relativamente alto, sob condiç9es de marcha lenta e válvulaborboleta parcialmente aberta, sem o aumento de emiss9es depoluentes

    o "esenvolve maior tor$ue em bai/as rotaç9es, mas não tem eeito

    signiicativo em altas rotaç9eso 1ende a melhorar o consumo de combustível em condiç9es de

    cargas parciaiso Capacita o motor a operar com um avanço da centelha menor,

    melhorando sua $ualidade de uncionamentoo =ermite usar maior recirculação de gases do escapamento,

    melhorando os índices de emiss9es de poluentes

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    %ig!ra 7.1( & C!mara com duas velas de ignição '?5>B45, ())8+

    2.7.1.2- MO@E'O TERCO

     

    'ista de smo/os4atinos

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    Jregos

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    Vndices ineriores

    Vndice superiores

    2.7.1.2.1- @escri)"o e ipDteses

    Um es$uema do processo de combustão em uma c!mara de oguetebipropelente com área transversal constante é apresentado na igura .(7.

     dmite-se $ue o processo de combustão se#a unidimensional e controlado pelavapori&ação das gotas.

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    %URA 7.1* & 5s$uema do processo de vapori&ação e $ueimaunidimensional em uma c!mara de combustão bipropelente.

     s seguintes hipLteses são adotadas%

    (+ =rocesso em regime permanente em uma c!mara de área transversal

    constante.E+ : sistema compreende uma ase gasosa consistindo de produtos dacombustão e uma ase lí$uida consistindo de gotas de combustível e deo/idante.

    H+ s propriedades da ase lí$uida e da ase gasosa dependem unicamente dacoordenada / na direção do escoamento, ou se#a, o lu/o é unidimensional.

    7+ 5scoamento isobárico, sem eeitos do atrito.

    8+ :s di!metros das gotas na in#eção seguem uma unção de distribuição dada.

    A+ :s vapores de combustível e de o/idante se misturam e $ueimaminstantaneamente, de acordo com a ra&ão de e$uivalência local.

    + s gotas apresentam vapori&ação transiente e se dilatam termicamente.

    K+ s propriedades da ase gasosa em cada seção são determinadasconsiderando $ue ela se#a constituída unicamente de produtos da combustãoem e$uilíbrio a pressão e a temperatura constantes.

    )+ Gão há condução de calor a/ial nas paredes.

    (*+ Gão ocorre $uebra nem colisão de gotas e as orças de Masset e de massavirtual são despre&adas.

    ((+ deormação das gotas é considerada no cálculo do arrasto.

    (E+ ra&ão da mistura inicial do gás e do lí$uido, as velocidades de in#eção eas va&9es mássicas dos propelentes são dadas.

    2.7.1.2.2- %orma de Ote+)"o das EF!a)Ges do ro/ema

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     s e$uaç9es do problema são obtidas considerando-se elementos de volumede espessura W/ ao longo do combustor, conorme indica a igura .(8 aseguir. Bão eitos balanços de massa e de energia nestes elementos devolume, ornecendo um sistema de e$uaç9es dierenciais ordinárias $ue podeser integrado numericamente, conhecidas as condiç9es iniciais. s ta/as devapori&ação por unidade de comprimento de combustível e de o/idante noselementos de volume de espessura W/ são indicadas na igura .(A a seguir.

    %URA 7.1 & 5lementos de volume para uma análise da conservação de massa ede energia.

    %URA 7.1 & 5lementos de volume de controle $ue descrevem a

    vapori&ação do lí$uido.

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    2.7.1.2.(- %!+)"o de @istri!i)"o de Rosi+-Ramm/er

    5/istem várias relaç9es empíricas para caracteri&ar a distribuição do tamanhode gotas em uma nuvem de gotas ou 0spraQ2. Go presente trabalho éempregada a unção de distribuição de osin e ammler '()HH+, a mais

    comumente usada devido F sua simplicidade '4eebvre, ()K)+, com dois únicospar!metros a serem determinados. 5la permite e/trapolação de dadose/perimentais para gotas de di!metros muito pe$uenos, diíceis de seremmedidas. unção de osin-ammler é e/pressa em termos da ração devolume cumulativo%

     '.(+

    onde N é a ração de volume do spraQ contendo gotas de di!metros menores$ue ", e $ e X são constantes. : par!metro $ mede a uniormidade dotamanho das gotas no spraQ, $uanto maior é o valor de $, mais uniorme é ospraQ, de modo $ue se $ or ininito as gotas do spraQ serão todas do mesmotamanho. Begundo 4eebvre '()K)+, na maioria dos spraQs o valor de $ variaentre (,8 e 7. constante X representa um di!metro característico do spraQcu#a escolha depende do tipo de problema considerado. 4eebvre '()K)+ indica$ue o par!metro X para aplicaç9es de combustão é relacionado F constante $pela relação%

    '.E+

    :nde "HE é o "i!metro 3édio de Bauter 'B3"+ e Y é a unção gama. : B3"'"HE+ é deinido por%

    '.H+:nde GZ é o número de gotas tendo di!metro "Z. dentro do spraQ.

    Bubstituindo a e$uação '.H+ na e$uação '.(+ obtém-se%

    '.7+

    5sta e/pressão será usada para obter a distribuição de tamanho de gotas em

    um spraQ, para constantes $ e "HE especiicadas como condição inicial. Beráveriicada a inluência das constantes $ e "HE sobre par!metros importantes do

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    processo de vapori&ação e $ueima. Go modelo é considerado um número initode parcelas de gotas. Cada parcela inclui gotas dentro de uma ai/a dedi!metros entrando na c!mara de combustão. s ai/as de di!metros têm iguallargura, por e/emplo% *-A*, A*-(E*, (E*-(K*, (K*-E7* [m. im de simpliicar oproblema cada parcela de gotas será caracteri&ada pelo B3" representativoda ai/a de di!metros de gotas dentro da parcela. : B3" de cada parcela écalculado dividindo-se a parcela em $uatro parcelas menores de igual largura.: procedimento detalhado para a obtenção do B3" de cada parcela de gotasé mostrado na tabela .(. : di!metro má/imo, "ma/, para cada distribuição deosin-ammler oi deinido como o di!metro acima do $ual a percentagem devolume do propelente é menor $ue *.( \ e, portanto, considera-se $ue nãoe/istam gotas com di!metros maiores $ue "ma/.

      1abela .( mostra o processo para o cálculo do B3" de cada parcela de

    gotas para o caso "HE ] E8 [m e $ ] (,8. tabela é um caso particular daigura .( para 7 parcelas de gotas onde o "ma/ obtido é de E7* [m. Comomencionado anteriormente o spraQ oi dividido em 7 parcelas de gotas detamanhos dierentes compreendidos na ai/a de * a E7* [m. largura da ai/ade di!metros de cada parcela, ^, é a mesma e obtida a partir da relação ^ ]"ma/RG , onde G é o número de parcelas.

      1abela .E apresenta valores para os di!metros má/imos em unção dospar!metros da distribuição de osin-ammler, para "HE ] E8, 8* e 8 [m e $ ](.8, E.*, E.8 e H.*. igura .( mostra a inluência do número de parcelas de

    gotas sobre a unção de distribuição de osin-ammler para o caso "HE ] E8[m e $ ] (,8. :bserva-se $ue $uando o número de parcelas aumenta apercentagem de volume correspondente para cada parcela tende a ser maisuniorme e o intervalo entre cada B3" diminui. Um aumento no número deparcelas para representar a distribuição de um spraQ pode produ&ir resultadosmais precisos, porém o tempo de cálculo re$uerido é também maior.

      igura .(K mostra a inluência dos par!metros de osin-ammler $ e "HEsobre "ma/ considerando-se oito parcelas de gotas para $ ] E e H e para "HE] E8, 8* e 8 [m. 3antendo-se "HE constante nota-se $ue um aumento de $

    diminui o "ma/ devido a $ue o spraQ ica mais uniorme e todas as gotastendem a ser do mesmo tamanho apro/imando-se a "HE como mencionadoanteriormente. Go entanto considerando $ como constante um aumento do "HEprodu& um aumento do "ma/ devido a probabilidade de encontrar no spraQgotas maiores pela relação dada na e$uação E.H. igura E.() mostra ainluência dos par!metros de osin-ammler $ e "HE sobre "ma/ para $ ](,8, E,*, E,8 e H,* e "HE ] E8, 8* e 8 [m. 5sta igura é uma representaçãográica da 1abela .E.

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    TABE'A 7.1 - Cálculo do B3" de cada uma das parcelas de gotas para o caso% "HE ]E8 [m e $ ] (.8.

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    %URA 7.17 & >nluência do número de parcelas de gotas sobre a unção dedistribuição de osin-ammler com par!metros $ ] (.8 e "HE ] E8 [m constantes e

    para E, 7, A, K, (* e (E parcelas de gotas dierentes.

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    %URA 7.14 & >nluência dos par!metros de osin-ammler $ e "HE sobre "ma/

    considerando-se K parcelas de gotas para $ ] E e H e para "HE ] E8, 8* e 8 [m.

    TABE'A 7.2 & >nluência dos par!metros de osin-ammler $ e "HE sobre "ma/obtidos a partir da igura E.8, "ma/ em [m.

    %URA 7.16 & epresentação gráica da 1abela E.E.

    2.7.1.(- EF!a)Ges de Co+ser=a)"o

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    2.7.1.(.1- Co+ser=a)"o da Massa

      igura .(8a mostra as va&9es de massa da ase lí$uida e da ase gasosa$ue entram e saem de um elemento de volume ou volume de controle '6C+. :balanço dessas va&9es ornece%

    '.8+

    :nde os sub-índices 02 e 0:/2 designam o combustível e o o/idante,respectivamente, e os sub-índices 0g2 e 0l2 designam as ases presentes nocombustor, gás e lí$uido, respectivamente. ssim, na e/pressão '.8+ m ,l, em:/,l, ,representam as va&9es de massa totais através do volume de controlede combustível e o/idante lí$uidos, respectivamente, e mg  é a va&ão total de

    gás através do volume de controle. : termo de va&ão de massa total é usadopor$ue o modelo considera o lí$uido in#etado em parcelas de gotas comtamanhos dierentes seguindo a distribuição de gotas de osin-ammler. ssim, pode-se então escrever a derivada da va&ão de massa total de cada umdos propelentes como uma unção das va&9es parciais ormadas por cadaparcela de gotas%

    '.A.a+

    '.A.b+

    :nde os sub índices 0i2 e 0#2 designam a cada parcela em particular docombustível e o/idante, respectivamente, e 0>2 e 0I2 indicam o número total deparcelas presentes para cada propelente. D importante ressaltar $ue a va&ãode massa total de cada um dos propelentes será dividida em va&9es parciaisem $uantidade igual ao número de parcelas escolhidas para a análise. =ara

    isto é utili&ada a unção de distribuição de osinammler dada pela e$uação'.7+. s va&9es parciais de cada um dos propelentes são calculadasmultiplicando-se a percentagem WNZ do volume das gotas dentro de umaparcela de gotas Z ] i ou # pela va&ão total 'WNZ é deinido na 1abela .(+. Gocaso de mais de dois propelentes lí$uidos entrando no combustor, por e/emplo, no caso de mais de um combustível, a e$uação 'E.A.a+ pode ser reescrita da seguinte maneira%

    '.+

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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      e$uação '.8+ também pode ser integrada ao longo de / para se obter umae/pressão para a massa do gás em $ual$uer posição a/ial mg,/ %

    '.K.a+

    :nde o sub-índices 0*2 e 0/2 indicam condiç9es na entrada do combustor e emuma posição a/ial $ual$uer, respectivamente. "a mesma orma, podemosescrever a e$uação '.K.a+ como%

    '.K.b+

      e$uação '.K.b+ mostra $ue os propelentes lí$uidos vapori&ados até umadada posição da c!mara transormam-se em produtos da combustão,aumentando a massa do gás mg . s va&9es de massa ormadas por cadaparcela de gotas de combustível e o/idante lí$uido na entrada são e/pressascomo%

    '.).a+

    '.)b+

    :nde _,l,i,* e _:/,l,#,* são as densidades do combustível e do o/idante lí$uidos,vd,,i,* e vd,:/,#,* são as velocidades das gotas de combustível e o/idante, e ,l,i,* e :/,l,#,* são as áreas parciais de in#eção '/]*+ correspondentes a cada parcelado combustível e o/idante lí$uidos, respectivamente. área parcial de cadaparcela de gotas, Z ] i ou #, é calculada multiplicando-se a sua percentagem devolume, WNZ, pela área total. temperatura do lí$uido na entrada oiespeciicada para cada propelente e depende da temperatura do tan$ue dospropelentes e portanto é a mesma para cada parcela de gotas. densidade dolí$uido é um par!metro conhecido $ue depende unicamente da temperatura dolí$uido na entrada.

      área total de in#eção para cada propelente 'área de saída do lí$uido peloin#etor+ é também um par!metro conhecido e depende do tipo de in#etor a ser usado. 5ste valor pode ser calculado usando o di!metro do canal de saída dospraQ. 5m geral os in#etores têm mais de um canal de saída e, portanto, a áreatotal seria a soma das áreas individuais de cada canal. va&ão de massa totalde lí$uido para cada propelente é um valor conhecido, especiicado em unçãodo nível de empu/o do propulsor e das condiç9es de uncionamento dese#adas. dmitindo-se $ue as velocidades de entrada de todas as parcelas de gotas decombustível e de o/idante se#am as mesmas, pode-se calcular essas

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    velocidades de entrada a partir das va&9es mássicas totais dos propelenteslí$uidos na entrada%

    '.(*.a+

    '.(*.b+

      va&ão mássica total de cada propelente lí$uido na entrada é dada pela somadas va&9es mássicas parciais%

    '.((.a+

    '.((.b+

     s va&9es mássicas parciais para cada propelente são calculadas dasporcentagens de volume de cada parcela a partir da unção de distribuição deosim-ammler dada, multiplicadas pela va&ão mássica total. "a mesmamaneira, as áreas de propelente lí$uido na entrada ocupadas por cada parcelasão calculadas multiplicando-se as porcentagens de volume de cada parcela

    pela área total de in#eção. ra&ão de e$uivalência pré-misturada e a ra&ão dee$uivalência total são e/pressas como%

    '.(E.a+

    '.(E.b+

    :nde `=  e `1  são as ra&9es de e$uivalência pré-misturada e totalrespectivamente, e  =,  1 e  B são as ra&9es de mistura parcial 'pré-misturada+,total e este$uiométrica respectivamente. ra&ão de mistura parcial = é a ra&ãoentre a va&ão de massa de combustível e a va&ão de massa de o/idante naase gasosa entrando no combustor 'correspondente a um dado nível derecirculação na c!mara+. ra&ão de mistura total 1 é ra&ão entre a $uantidadetotal de combustível lí$uido e gasoso e a $uantidade total de o/idante lí$uido e

    gasoso $ue entram na c!mara de combustão.

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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     s gotas ao saírem do in#etor encontram um ambiente a altas temperaturas $uepropicia o pré-a$uecimento e mantêm a vapori&ação das mesmas. va&ãototal de massa gasosa na entrada, mg,* , é deinida como%

    '.(H+

    onde m,g,* e m:/,g,*  , são as va&9es mássicas de combustível e de o/idantegasosos na entrada do combustor, respectivamente. Gesta análise de macro-escala, isto é, da mistura gasosa longe das gotas, considera-se $ue o vapor decombustível e o/idante rea#am instantaneamente ormando os produtos. va&ão de massa de lí$uido para $ual$uer propelente pode ser relacionada aonúmero de gotas entrando na c!mara por unidade de tempo G e F massa deuma gota individual%

    '.(7+

    :nde md e " é a massa e o di!metro de uma gota respectivamente. Ga entradaa e$uação '.(7+ é deinida como%

    '.(8+

    5 a e$uação '.(8+ pode ser usada para obter uma e/pressão analítica para G%

    '.(A+

    Considerando $ue a densidade do lí$uido é variável com a temperatura,podemos escrever a va&ão do lí$uido em $ual$uer posição a/ial substituindo'.(A+ em '.(7+%

    '.(+

    "erivando a e$uação '.(+ em relação a / e considerando o eeito dee/pansão da gota obtém-se%

    '.(K.a+

    "eve-se notar $ue as gotas, ao entrarem na c!mara, podem se e/pandir 

    devido F dilatação térmica. Ga e$uação '.(K.a+ o primeiro termo da direita épositivo durante a e/pansão da gota e o segundo termo é negativo, visto $ue a

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    densidade do lí$uido diminui com a temperatura. Nuando a gota atinge umatemperatura de e$uilíbrio, admitindo a temperatura interna da gota uniorme, osegundo termo da direita se anula. derivada do di!metro da gota ao longo dac!mara 'd"Rd/+ pode ser obtida a partir da teoria de evaporação transientepara uma gota esérica. Geste trabalho oi empregada a teoria apresentada por Chin e 4eebvre '()K8+. partir da e$uação '.(K+ podemos escrever asseguintes e$uaç9es para as derivadas das va&9es mássicas do combustível edo o/idante, respectivamente%

    '.().a+

    '.().b+

     

    C

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    '.E7.a+

    '.E7.b+Conse$;entemente, as derivadas das áreas de lí$uido icam%

    '.E8.a+

    '.E8.b+  área ocupada pela mistura de gases ao longo do combustor é dadapor%

    '.EA+:nde c é a área da seção transversal interna da c!mara de combustão.=ode-se observar da e$uação '.EA+ $ue F medida $ue ocorre aevaporação dos propelentes a área ocupada pelo lí$uido diminui e aárea de passagem do gás aumenta. "erivando a e/pressão '.EA+,obtemos%

    '.E+  velocidade da ase gasosa ao longo do combustor é dada por%

    '.EK+"erivando a e$uação '.EK+ e reordenando, resulta%

    '.E)+Bubstituindo a e$uação '.E(+ em '.E)+ e simpliicando obtemos%

    '.H*+ s e$uaç9es '.EH+, '.E)+ e '.H*+ serão usadas na e$uação da energia$ue será derivada posteriormente.

     

    Teoria da E=apora)"o Tra+sie+te para !ma ota Es89rica  igura .E* a seguir apresenta um es$uema do balanço de energia na

    superície da gota, considerando a transerência de calor por convecçãoe por radiação dos gases $uentes até a gota, onde uma primeira parte

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    deste calor é usada para a$uecer a gota desde uma temperatura inicial1*  'entrada do lí$uido+ até, eventualmente, atingir a temperatura dee$uilíbrio 1e$  'prL/ima F temperatura de ebulição+ na pressão dac!mara, e uma segunda parte de energia é usada para a vapori&ação dagota. Morman e agland '())K+ mostraram $ue ocorre vapori&açãosigniicativa durante o pré-a$uecimento da gota.

    %URA 7.2> & 5s$uema para o balanço de energia na superície da gota.

      e$uação resultante do análise da igura .E* é representada como%

    '.H(+

    :nde Nrad,d, é o calor por unidade de tempo transerido por radiação dosgases $uentes para a gota, Nconv,d, é o calor por unidade de tempotranserido por convecção dos gases $uentes para a gota, N l  é o calor por unidade de tempo usado para o a$uecimento da gota e N v  é o calor por unidade de tempo usado para a vapori&ação da gota.

    : calor transerido por radiação para a gota é dado por%

    '.HE+:nde g é a emissividade do gás, é a constante de Btean-Molt&mann

    '8.A*7/(*-K ^RmE O7 +, d é a área supericial de uma gota, 1g  é atemperatura do gás e 1l é a temperatura do lí$uido 'temperatura dasuperície da gota+.

    : calor transmitido por convecção para a gota é dado por%

    '.HH+

    :nde~h¿

     é o coeiciente de convecção para o a$uecimento da gota. :

    calor usado para a$uecer a gota é e/presso como%

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    '.H7+:nde md é a massa de uma gota e C pl é o calor especiico do lí$uido Cpl] ' 1l  +. inalmente, o calor usado para a vapori&ação da gota ée/presso como%

    '.H8+:nde mv  é a ta/a de vapori&ação do lí$uido e h g  é a entalpia devapori&ação. Usando a e$uação '.H(+, pode-se obter a derivada datemperatura do lí$uido em unção do tempo%

    '.HA.a+

    ou, em unção de /%

    '.HA.b+onde vd é a velocidade da gota.

    : calor de vapori&ação da gota Nv é unção da ta/a de vapori&ação mv,conorme a e$uação '.H8+. ta/a de vapori&ação '^illiams, ()K8+ comeeitos de convecção orçada e da vapori&ação é calculada dae/pressão%

    '.H+

    onde g,r e Cpg,r são a condutividade térmica e o calor especíico damistura de vapor dos propelentes com os produtos da combustão,calculados a uma temperatura média de reerência 1r , Gu* é o númerode Gusselt para a convecção de calor ao redor de uma esera rígida eM3 é o número de transerência baseado na diusão de vapor $ue podeser obtido da seguinte e$uação '4eebvre, ()K)+%

    '.HK+onde @s é a ração de massa do vapor de propelente na superície dagota '4eebvre, ()K)+, dada por%

    '.H)+

    onde =vs é a pressão de vapor de cada propelente na superície da gota,

    3 g,r   é a massa molar do gás 'produtos da combustão+ calculada Ftemperatura de reerência e 3v é a massa molar do propelente.

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    : número de Gusselt é um par!metro adimensional deinido como ara&ão entre o lu/o de calor por convecção e o lu/o de calor por condução na superície da gota, dado por%

    aeth '()+ ornece uma e/pressão para avaliar o número de Gusselt%

    '.7*+válida para ed (K**.

    : número de eQnolds ed do escoamento ao redor da gota é umpar!metro adimensional deinido como a ra&ão entre as orças de inércia

    e as orças viscosas no escoamento, sendo e/presso como%

    '.7(+onde _g,r e g,r  são a densidade e o coeiciente de viscosidade din!micada mistura de propelentes e produtos da combustão, respectivamente,na temperatura de reerência 1r e vrel é a velocidade relativa entre o gáse as gotas.

    : número de =randtl =rg é um par!metro adimensional deinido como ara&ão entre as diusividades viscosas e térmicas $ue caracteri&am umregime de convecção, e/presso como%

    '.7E+  área e a massa de uma gota individual são deinidas como%

    '.7H+

    '.77+

    onde _l é a densidade do lí$uido.

    =ara o cálculo do calor transerido por convecção do gás até a gota,Nconv d, , considera-se $ue a camada limite ao redor da gota tenha amesma espessura de uma camada limite estacionária ao redor da gota

    'Phou, ())H+. "esta orma o coeiciente de convecção~h¿

     pode ser 

    determinado por%

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    onde f representa o eeito da vapori&ação sobre a convecção ao redor de uma esera rígida 'Phou, ())H+, dado por%

    =ortanto%

    '.78+ s propriedades da mistura de produtos da combustão com vapor depropelentes na micro-escala 'análise da gota+ são calculadas natemperatura média de reerência 1r . "e acordo com ?ubbard et al.'()8+ melhores resultados são obtidos empregando-se a regra deBparro e Jregg '()8K+ dada por%

    '.7A.a+

    '.7A.b+onde os sub-índices 0s2 e 0r2 indicam condiç9es na superície da gota ede reerência, respectivamente. Go caso de duas espécies lí$uidas'combustível e o/idante+ deve-se encontrar as propriedades médias decada propelente no meio da mistura de produtos da combustão. "estemodo, podemos deinir a e$uação '.7A.b+ para $ual$uer propelentecomo%

    '.7A.c+e portanto,

    '.7A.d+onde o sub-índice 0a2 representa as condiç9es da mistura dos produtosda combustão e o subíndice 0p2 representa as condiç9es do vapor de umpropelente 'combustível ou o/idante+. s propriedades da mistura devapor de propelente com produtos da combustão na temperatura dereerência são calculados das seguintes e$uaç9es%

    '.7.a+

    '.7.b+

    '.7.c+

    '.7.d+  ta/a de consumo de massa de uma gota é obtida dierenciando ae$uação '.77+ em relação ao tempo%

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    onde o segundo termo da e$uação representa o eeito da e/pansãotérmica durante o a$uecimento transiente. eordenando-se a e/pressão

    anterior, obtém-se%

    '.7K.a+:u em unção de /,

    '.7K.b+: primeiro termo da e$uação '.7K.b+ representa a diminuição do

    di!metro da gota devido F vapori&ação, e o segundo termo representa oaumento do di!metro devido a e/pansão do lí$uido. "eve-se notar $ue oprimeiro termo é sempre negativo 'indica diminuição+ e o segundo termoé sempre positivo 'o $ue indica aumento+ podendo, portanto, a gotaaumentar de tamanho por e/pansão durante o período transiente.

    Nuando a temperatura do lí$uido atingir uma temperatura de e$uilíbrioprL/ima a 1boil, o segundo termo desaparece '1 l ] cte+ e não há maise/pansão da gota.

    Com estas e$uaç9es pode-se determinar a histLria de cada grupo degotas 0i2 e 0#2 para cada propelente ao longo da c!mara de combustão ea sua inluência sobre a temperatura do gás, a ra&ão de e$uivalência, avelocidade do gás e outros par!metros importantes.

     

    Composi)"o da %ase asosaConorme mencionado anteriormente, o combustível e o o/idantemisturam-se e reagem rapidamente em cada seção da c!mara. ra&ãode e$uivalência local depende da $uantidade total de propelentesvapori&ados e pré-misturados, assim como da temperatura e da pressãoem cada seção da c!mara. "a igura .(8.a, tem-se%

    '.7).a+ nalogamente, da igura .(8.b,

    '.7).b+  distribuição a/ial da ra&ão de e$uivalência ` é obtida conhecendo-sea va&ão de massa de combustível e de o/idante em uma dada posição

    a/ial. ra&ão de e$uivalência é deinida por%

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    '.8*+onde  /  é a ra&ão de mistura da ase gasosa em uma posição a/ial$ual$uer do combustor, ou se#a%

    '.8(+onde m,lg e m:/,lg são as ta/as de vapori&ação de combustível eo/idante por unidade de comprimento respectivamente. =odemosresolver esta e$uação usando as e/press9es encontradas em '.7).a-b+%

    '.8E+"erivando as e/press9es '.8*+ e '.8(+, obtemos%

    '.8H+

    '.87+

    2.7.1.(.2- Co+ser=a)"o da E+ergia

    Com base na igura .(8.b a e$uação da conservação da energia para umelemento de volume de espessura 0d/2 pode ser e/pressa como%

  • 8/17/2019 Combustores e Combustão (formulario)

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    '.88+

    onde Nconv p, é o calor transerido por convecção do gás para a parede dac!mara de combustão e Nrad p, é o calor transerido por radiação do gás para aparede da c!mara de combustão.

    5/pandindo o primeiro termo da e$uação '.88+, temos%

    '.8A+

    =odemos escrever a entalpia do gás como uma unção da temperatura,pressão e da ra&ão de e$uivalência da seguinte maneira%

    '.8+ plicando a regra da cadeia na e$uação '.8A+ e admitindo a pressão do gás=g constante, resulta%

    '.8K+

    Bubstituindo a e$uação '.8K+ em '.8A+ e e/pandindo, obtém-se%

    '.8)+

    5/pandindo o segundo e o terceiro termo da e$uação '.88+, temos%

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    '.A*+

    '.A(+

     s e$uaç9es '.A*+ e '.A(+ são e/press9es conhecidas e podem-se calcular das e$uaç9es obtidas anteriormente sendo a única variável desconhecidad1gRd/. Beguindo o mesmo procedimento e simpliicando variáveis, a e$uaçãoda energia ornece uma e/pressão para d1gRd/%

    '.AE+

    :nde,

    '.AH+

    '.A7+

      entalpia do gás hg e as suas derivadas dh gRd1, dhgRd` e dhgRd= podem ser calculadas conhecendo-se o estado de e$uilíbrio $uímico da mistura gasosapara valores de 1, = e ` especiicados. : calor por convecção e o calor por radiação do gás até a parede podem ser calculados usando as seguintese$uaç9es%

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    temperaturas má/imas de cada camada a im de $ue não ultrapassemos limites de temperatura para cada material.

    %URA 7.21& Malanço de energia na parede da c!mara

    "a igura .E( pode-se escrever o balanço de energia #unto F paredeinterna como%

    '.A)+onde Nconv,g-p e Nrad,g-p são as ta/as do calor transerido do gás até acamada interna por convecção e por radiação, respectivamente, e N cond,i-( é a ta/a de calor transerido por condução através da primeira camadada parede. Usando as e$uaç9es '.A8+ e '.AA+, pode-se reescrever a

    e$uação '.A)+ como%

    '.*+onde (  e W4( são a condutividade térmica e a espessura da primeiracamada da parede respectivamente e 1i  e 1( são as temperaturas daparede interna e da parede e/terna da primeira camada,respectivamente. e$uação anterior pode ser reescrita como%

    '.(+:nde,

    a&endo um balanço de energia na região e/terna 'última camada+pode-se escrever uma e$uação similar F e$uação '.A)+, da seguintemaneira%

    '.E+

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    :nde}

    Qcond , p−∞¿   e

    }

    Qrad,p−∞¿  são os lu/os de calor transeridos da

    última camada até o ambiente por convecção e por radiação,

    respectivamente, e}

    Qcond , (n−1)−n¿  é o lu/o de calor condu&ido através da

    última camada.

    =ortanto, a e$uação '.E+ pode ser reescrita como%

    '.H+

    onde^

    h∞   e 1  são o coeiciente de película e a temperatura do

    ambiente e/terno respectivamente e εWn  é a emissividade da parede

    da ultima camada. Uma e/pressão similar F '.(+ pode também ser obtida%

    '.7+:nde,

    inalmente é eito um balanço de energia por condução nas camadasinteriores da seguinte maneira%

    '.8+:u,

     s e/press9es anteriores podem ser desenvolvidas para cada camadaem particular%

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    '.A+

    : sistema anterior de e$uaç9es '.(+, '.E+ e '.A+ é usado paraencontrar as temperaturas internas e e/ternas de cada camada através

    do método de Getonaphson para sistemas não lineares. : sistemade e$uaç9es não lineares e o #acobiano do sistema são%

    '..a+

    '..b+

    : método de Geton-aphson para resolver o sistema de e$uaç9es nãolineares é apresentado a seguir%

    '.K+Go caso de uma parede com apenas uma camada, as e$uaç9es '..a+e '..b+ icam%

    '.).a+

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    '.).b+

    2.7.1.(.(- Co+ser=a)"o da ?!a+tidade de Mo=ime+to

    :s lu/os de $uantidade de movimento ao longo da c!mara de combustão,desde a in#eção até o im da vapori&ação das gotas, são mostrados na igura.EE a seguir.

    %URA 7.22 & lu/os de $uantidade de movimento dentro da c!mara de combustão.'in#% condiç9es de in#eção % condiç9es ao im da vapori&ação+

    Um balanço dos lu/os de $uantidade de movimento na in#eção e no im da

    vapori&ação ornece%

    '.K*+

    Considerando $ue  ρg vg2=γP M 

    2

     ,onde é a ra&ão de calores especíicos do

    gás, 3 é o número de 3ach do escoamento e = é a pressão, pode-se obter aseguinte e/pressão para a pressão da mistura gasosa no im da vapori&ação%

    '.K(+

    :bserva-se $ue em c!maras de combustão de oguetes, em geral%

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    conse$;entemente, = ≅ =in# , e as variaç9es de pressão ao longo da c!marapodem ser despre&adas e o processo de vapori&ação e $ueima pode ser considerado isobárico. seguir é descrita a variação de $uantidade demovimento das gotas no escoamento.

      Co+ser=a)"o da ?!a+tidade de Mo=ime+to das otas s gotas de combustível são in#etadas em altas velocidades em relaçãoF mistura gasosa a $ual redu& a velocidade das gotas por arrasto. dmite-se $ue o arrasto se#a a única orça atuando sobre a gota e $ueatue na mesma direção da velocidade relativa gás-gota, vrel. igura.EH.a mostra um es$uema da velocidade relativa gás-gota.

    %URA 7.2( & 'a+ 6elocidade relativa entre uma gota e um escoamento 'b+Begunda 4ei de Geton aplicada F gota.

     plicando a Begunda 4ei de Geton F gota, tem-se%

    '.KE+

    "e acordo com a igura .EH.a, a velocidade relativa é%

    '.KH+  orça de arrasto é dada por%

    '.K7+

      correlação dada por ^iegand '()K+ é usada para calcular os eeitosde deormação aerodin!mica sobre o coeiciente de arrasto, C"%

    '.K8+válido para j8 e E*** k. : número de eQnolds e nesta e/pressãoé unção das propriedades dos produtos da combustão, da velocidaderelativa gás-gota e do di!metro da gota, sendo deinido como%

    '.KA+

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    2.7.1- Mode/os de com!st"o

    Com!st=eis /F!idos=retende-se a$ui apresentar um modelo $ue mais se apli$ue Fcombustão de Lleos combustíveis. : elemento undamental no processo

    de preparação da mistura ar-combustível é o $ueimador. : Lleocombustível, penetrando no $ueimador, é nebuli&ado por meio pressãodo prLprio Lleo, ar de nebuli&ação 'ar primário+ ou vapor. nebuli&açãonada mais é do $ue a transormação do lu/o lí$uido contínuo em gotasde pe$ueno di!metro. 5ssas gotas são misturadas ao ar de combustão'ar secundário+ mediante um intenso turbilhonamento no ar provocadopelo bocal do $ueimador. s gotículas, recebendo então a irradiação dapedra reratária, além da prLpria chama $ue se orma F rente, têm assuas raç9es mais leves destiladas, ou se#a, essas raç9es passam ao

    estado de vapor. tingindo as regi9es de temperaturas mais elevadas,esses vapores combustíveis se inlamam, ocorrendo, simultaneamente,dentro da gota, um processo em $ue as cadeias carb

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    lado, e/istem particularidades prLprias da $ueima de gases $ue devemser tratadas em mais detalhes.

    =ara tal, pode-se a&er uma análise simpliicada de um modelo,consistindo em um tubo com uma certa va&ão de gás, onde ocorre a

    combustão em sua e/tremidade aberta, produ&indo uma chama. combustão a$ui é lenta e irregular, e a chama luminosa e instável. :aspecto da chama muda sensivelmente de orma $uando se permite $ueuma parcela do ar 'ar primário+ se#a pré-misturado ao gás 'ig. M.7+,antes deste atingir a &ona de reação. Gesse caso, a combustão é maisestável e regular, bem como, menos luminosa. 4ogo na boca do$ueimador orma-se um cone a&ulado, denominado cone de ignição,uma ve& $ue é nessa região $ue se dá o início da combustão. Nuando ogás combustível utili&ado é um hidrocarboneto 'ou se#a, constituído

    apenas de carbono e hidrogênio+, pode ser comprovadoe/perimentalmente $ue esta reação primária produ&, essencialmente,uma mistura de C:, ?E, C:E e ?E: 'além do GE do ar atmosérico+.5sse processo de ignição é avorecido pelo a$uecimento devido Firradiação da pedra reratária e da prLpria chama $ue se desenvolveadiante.

     

    Com!st=eis sD/idos>nicialmente, entrando na ornalha, o ar primário atravessa a grelha, a&ona das cin&as, atingindo a &ona de o/idação. s cin&as, apesar detodos os inconvenientes, protegem a grelha contra as altas temperaturasreinantes na região de o/idação. Ga &ona de o/idação, as partículassLlidas, com alta concentração de carbono 'co$ue+, reagem com oo/igênio do ar primário, produ&indo gases $ue em sua composiçãopossuem, predominantemente, C:E. Gessa &ona, as reaç9es sãoe/otérmicas e atingem temperaturas elevadas. : C:E  ormado, aoentrar em contato com o co$ue incandescente e, na alta de o/igênio,totalmente consumido na &ona anterior, reage segundo a reação%

    :nde N representa uma dada $uantidade de calor. Como a reação

    acima é endotérmica, contribui para o abai/amento da temperatura doleito. região onde prevalece tal reação é denominada &ona de redução.:s gases $uentes, agora compostos principalmente por C:, C:E  'e GEdo ar primário+ atingem então, uma região um pouco mais ria do leito. Dnessa região, denominada &ona de pirLlise, onde são retiradas asraç9es combustíveis mais leves do sLlido, bem como os alcatr9es, $uesão as raç9es mais pesadas. 5m realidade, o processo acima orneceum espectro de subst!ncias vapori&adas muito amplo, e de diícil$uantiicação. Go estado sLlido, apLs essa ase, o $ue resta é o co$ue

    agregado Fs cin&as.

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    55GC>B

    CDB "">B 6465"5-B46": 'E**7+, MO@E'O MATEMHTCO @ECIMARAS @E COMBUSTÃO BROE'EJTES, >G=5, Bão Iosé dosCampos

    BG": JU>35B B:UP 'E**7+, UM ESTU@O SOBRE A E;O'UKÃO@AS CIMARAS @E COMBUSTÃO @OS MOTORES @O CC'O OTTO LASO'JA E SUA A'CAKÃO AO ETAJO' @RATA@O COMOCOMBUST;E' A'TERJAT;ON UB=, Bão Carlos

    4U>P C4:B 31>G544> I,.ERA@ORES @E ;AOR.