Estudo de formulações de propelentes à base de boro e poli(tetrafluoretileno) aplicados em motores aspirados (ramjet)
Author
Felipe Artur Ramos
Advisor
- Advisor Jose Atilio Fritz Fidel Rocco
Concentration Area
Materiais, Manufatura e Automação
Defense Date
12/07/2024
Thesis Number
79856
Abstract
Os propelentes ricos em combustível à base de boro têm atraído significativo interesse de pesquisa nos últimos anos, especialmente para aplicações em sistemas de propulsão aspirados, devido ao seu potencial teórico excepcional de energia de combustão. No contexto brasileiro, a aquisição dos mísseis Meteor pela Força Aérea Brasileira representa uma oportunidade única para promover capacidades e conhecimentos associados a esse tipo de subsistema propulsivo. No entanto, o potencial energético do boro não é completamente realizado devido ao mecanismo de combustão desses compostos, que resulta na formação de uma camada de óxido que inibe o progresso da reação. Entre as diversas estratégias investigadas, a incorporação de espécies fluoradas tem demonstrado vantagens na redução do atraso na ignição e no aumento da eficiência da combustão boro. Este estudo tem como objetivo avaliar a influência do flúor nos mecanismos reacionais da queima do boro. Amostras de boro amorfo, politetrafluoretileno (PTFE) e um compósito sinterizado com 20% de boro e 80% de politetrafluoretileno (B/PTFE) foram submetidas a ensaios de termogravimetria (TGA/DTG) e análise térmica diferencial (DTA) em atmosferas de ar sintético, utilizando razões de aquecimento de 10, 15 e 20 /min. Os eventos térmicos observados para as amostras puras apresentaram boa concordância com experimentos similares da literatura. Adicionalmente, os resíduos do TGA da amostra de B foram analisados por FT-IR/UATR em temperaturas de interesse. Observou-se que a degradação térmica do B/PTFE ocorreu a temperaturas mais elevadas e de forma mais intensa em relação ao PTFE puro. As curvas DTA indicaram que reações exotérmicas adicionais ocorrem durante a degradação do compósito de B/PTFE. Além disso, um estudo cinético isoconversional da degradação térmica do PTFE puro e no compósito B/PTFE foi conduzido por meio da aplicação do método de Ozawa-Flynn-Wall, utilizando as curvas TGA como referência, especificamente os picos DTG e conversões pré-estabelecidas. Verificou-se que a modelagem de primeira ordem se adequa melhor ao B/PTFE, além de que sua energia de ativação média é inferior 'a do PTFE puro para taxas de conversão acima de 30%. Adicionalmente, análises TGA conduzidas em amostras de B/Al/PTFE com concentrações crescentes de Al demonstraram que a utilização de outros metais eleva o desempenho da queima do boro.
