Determinação de velocidade de chama laminar de biogás com pressões entre 1-5 bar
Author
Haussman Guimarães da Gama Leite
Advisor
- Advisor Cristiane Aparecida Martins
Concentration Area
Propulsão Aeroespacial e Energia
Defense Date
30/07/2022
Thesis Number
78530
Abstract
A matriz energética mundial ainda tem como protagonismo o carvão e o petróleo. A parcela das fontes renováveis, embora tenha aumentado nos últimos anos ainda permanecem com representatividade minoritária, quando comparamos a parcela oriunda de fontes renováveis que em 2020 significou somente 31,7 EJ do total 557 EJ consumido mundialmente. Biogás apresenta-se como um dos combustíveis renováveis com maior potencial de aplicabilidade. E como tal, existe a necessidade de conhecimento de suas propriedades de combustão. Entre estas, está a velocidade de chama laminar em diferentes condições de trabalho. Neste trabalho, foram obtidas medidas experimentais de velocidade de chama laminar de misturas combustíveis de biogases de CH4/CO2/N2 nas concentrações de 65/29,2/5,8 e 55/37,5/7,5. A metodologia utilizada é a de chama esférica expandindo externamente utilizando a técnica ótica Schlieren. Os experimentos foram executados na temperatura ambiente, 298 K, e com pressões iniciais de 1, 3 e 5 bar. Os mecanismos cinéticos GRI mech 3.0, Konnov mech 0.6, San Diego mech e USC mech II foram utilizados para obter as previsões teóricas da velocidade laminar. Confirmou-se que a velocidade de chama laminar é reduzida com o aumento da pressão para estas concentrações de biogases, verificou-se também uma redução nas incertezas extrapolação com o aumento da pressão, indicando que a redução da espessura da chama traz resultados mais precisos. E a linearização da curva da velocidade estirada em relação a taxa de estiramento com o aumento de pressão, implicando na diminuição das diferenças entre os modelos lineares e não lineares. Notou-se que ao diluir a mistura de biogás com CO2 e N2, a velocidade de chama laminar diminui devido a menor temperatura da chama. Concluiu-se ao analisar os modelos de extrapolação que o modelo de Sivashinsky apresentou ser mais robusto, trazendo resultados com baixas incertezas e consistentes em todos os casos. O modelo de Kelley e Law, expressou as menores incertezas, principalmente nas regiões ricas, porém, revelou-se ser mais inconsistente em regiões muito pobres, ? = 0,6, da mistura diluída. Comparação entre medidas experimentais e teóricas mostraram relativa boa concordância com diferenças percentuais abaixo de 10%. Constatou-se que a diferença percentual aumentou com o aumento da pressão, ao diluir a mistura e nas condições de trabalho distantes da estequiometria para os mecanismos GRI mech 3.0, San Diego mech e USC mech II. Em contrapartida, o mecanismo Konnov 0.6 demonstrou ter diferenças abaixo de 5% em quase a totalidade das condições de trabalho, evidenciando uma grande concordância com os resultados experimentais mediante as mudanças de pressão, razão de equivalência e diluição.
