Instrumentação e operacionalização de um reator de volume constante para medição de velocidade de chama laminar

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Hartmann, Eduardo Morel
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129591
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014
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spelling Instrumentação e operacionalização de um reator de volume constante para medição de velocidade de chama laminar Engenharia mecânicaCombustãoCinetica quimicaAviOes -CombustiveisAviOes -MotoresDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014Este trabalho descreve a instrumentação e a operacionalização de um reator de volume constante utilizado para medição de velocidade de chama laminar de misturas combustíveis. A velocidade de chama laminar é uma característica de combustão relevante para a combustão em motores a combustão interna e para o desenvolvimento de mecanismos cinéticos detalhados de combustão. O reator, foco desse trabalho, destina-se à análise da combustão de biocombustíveis. Em um experimento típico, a mistura ar-combustível é alimentada ao reator, deixada entrar em equilíbrio térmico, químico e mecânico e, então, sofre ignição no centro do reator por uma centelha. Uma chama esférica propaga-se na direção radial, transformando reagentes em produtos. A velocidade de chama laminar pode ser obtida, tanto a partir da análise da variação transiente da pressão, como a partir da análise óptica da propagação da frente de chama esférica. Para as medições, são utilizados dois transdutores de pressão estática para medição das concentrações de ar e combustível, um transdutor de pressão dinâmica para obtenção da resposta transiente de pressão e uma câmera de alta velocidade acompanhada de um programa computacional para análise da propagação da frente de chama. Para a visualização da frente de chama utilizou-se o método óptico schlieren na configuração tipo Z. O método de schlieren permite também identificar o surgimento, propagação e amplificação de instabilidades na frente de chama que levam à transição de chama laminar para turbulenta. Nesse trabalho realizou-se a instrumentação do reator, o desenvolvimento de hardwaree software de comando e aquisição de leituras e o cálculo da velocidade de chama laminar. Foram desenvolvidos dois softwares em LabVIEW. O primeiro, para o gerenciamento dos ensaios, obtenção da resposta transiente de pressão e obtenção das imagens e, o segundo, para o tratamento das imagens e obtenção da resposta transiente da propagação da chama. Finalmente, as medições para a combustão de metano e gás natural com ar na pressão inicial de 101,3 kPa e temperatura de 300 K são analisadas e comparadas com a literatura, obtendo reprodução dos valores conhecidos com desvio menor que 10 %. Finalmente, são feitas recomendações sobre o uso dos sistemas desenvolvidos.<br>Abstract: This work describes the instrumentation and operation of a constant volume reactor used for measuring the laminar flame velocity of hydrocarbon mixtures with air. The laminar flame velocity is an important characteristic of combustion relevant to such applications as internal combustion engines and to develop detailed chemical kinetics mechanisms. The reactor, focus of this work, was designed to analyze the combustion of biofuels. In a typical experiment, the air-fuel mixture is fed to the reactor, allowed to come into thermal, chemical and mechanical equilibrium and is then ignited at the center of the reactor by a spark. A spherical flame formed in the spark region, propagates in the radial direction, turning reactants to products. In this type of reactor, the laminar flame velocity can be obtained either from the analysis of the transient pressure variation, or from the optical analysis of the propagation of the spherical flame front. To obtain these measurements, two static pressure transducer for measuring the concentrations of air and fuel, a dynamic pressure transducer for obtaining the pressure transient response and a high-velocity camera together with a computer program for analyzing the flame front propagation are used. To visualize the flame the Z-type schlieren method was implemented. The schlieren method also identifies the emergence, propagation and amplification of flame front instabilities that ultimately lead to the transition from laminar to turbulent combustion. This work includes the instrumentation, development of hardware and software for management and data acquisition, measurement and analysis. Two software were developed in LabVIEW. The first, for the management of runs, obtaining the transient pressure and flame images. The second, for the treatment of images and during the flame propagation. Finally, the measurements for the combustion of methane and natural gas with air at initial pressure of 101,3 kPa and a temperature of 300 K are analyzed and compared with the values from the literature. Finally, recommendations on the use of the developed systems are made.Oliveira Júnior, Amir Antônio Martins deMartin, Carlos AlbertoUniversidade Federal de Santa CatarinaHartmann, Eduardo Morel2015-02-05T21:16:30Z2015-02-05T21:16:30Z2014info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis210 p.| il., grafs., tabs.application/pdf332269https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129591porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2015-02-05T21:16:30Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/129591Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732015-02-05T21:16:30Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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