Simulação fluidodinâmica, projeto e construção de uma câmara de combustão flameless de 20 kW para uma mistura de óleo pirolítico de pneu usado e diesel S10

• Autor(a) principal: AYALA, German Raul Chumpitaz
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNIFEI (RIUNIFEI)
• Texto Completo: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2404
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECÂNICA; Combustão sem chama; Atomização; Injetor efervescente; Projeto; imulação fluidodinâmica

Atualmente processos de combustão representam a maior quantidade de energia gerada no mundo, energia utilizada para sustentar o estilo de vida atual. Devido a isto ela é também uma importante fonte de poluentes que fomentam os principais problemas ambientais contemporâneos. Com o decorrer do tempo devido a sua importância, a pesquisa no aprimoramento dos processos de combustão tem sido conduzida em vários âmbitos como, por exemplo, a melhora do rendimento e o emprego de novos tipos de combustíveis. Dentro das novas tecnologias utilizadas, a combustão sem chama (flameless combustion), oferece basicamente um bom rendimento com uma baixa emissão de NOx e CO, sendo pesquisada amplamente com combustíveis gasosos. A utilização de combustíveis líquidos e sólidos vem sendo explorada nos últimos anos ainda em forma limitada, comparada aos combustíveis gasosos. Nesta tese, foi projetada e construída uma câmara de combustão que trabalha em regime de combustão sem chama, utilizando combustíveis líquidos não tradicionais (Óleo Pirolítico de pneu usado) e diesel. Para isto foi projetado um injetor efervescente para garantir a atomização e vaporização dentro da câmara. Um modelo de simulação computacional foi criado e validado utilizando o software comercial Fluent/ANSYS® Academic Student 2019 R2 para determinar numericamente as condições nas quais se desenvolveria a combustão sem chama utilizando diesel S-10. Os resultados das simulações foram comparados com trabalhos realizados em câmaras flameless de geometria similar observando-se os resultados das temperaturas e os padrões de recirculação interna (linhas de corrente) dos gases queimados. As melhores condições de recirculação e de homogeneidade das temperaturas foram obtidas para coeficientes de excesso de ar (λ) superiores a 1,2. Com os resultados da simulação fluidodinâmica, foram projetados e construídos um injetor do tipo efervescente e uma câmara de combustão de pequeno porte para uma potência de até 20kW. Esta câmara foi testada com Diesel S-10 e com misturas de Diesel S-10 e TPO (tyre pyrolysis oil) em concentrações mássicas de: 98% Diesel S-10 & 2% TPO, 95% Diesel S-10 & 5 % TPO e 90% Diesel S-10 & 10 % TPO. Os testes realizados resultaram na obtenção do regime de combustão sem chama (flameless) com a extinção da chama tradicional, homogeneização das temperaturas dentro da câmara e a redução das emissões de gases NOx.