Questão 1.2: Defina:
b) modos de combustão e tipos de chama;
b) modos de combustão e tipos de chama;
Passo 1
O enunciado pede para definirmos dois conceitos centrais na teoria de combustão:
- Modos de combustão – isto é, as formas como a reação de oxidação se propaga no meio combustível.
- Tipos de chama – ou seja, as classificações das chamas segundo a maneira como o combustível e o oxidante se misturam e segundo o regime de escoamento.
Passo 2
Os modos de propagação de uma reação de combustão dividem-se em duas categorias principais, definidas pelo mecanismo e pela velocidade de propagação da frente de reação:
Passo 3
Deflagração
Nesta modalidade, a frente de chama se propaga de forma sub-sonora em relação ao meio não queimado. A reação avança por condução de calor e difusão de espécies químicas, com velocidades típicas de alguns centímetros por segundo até metros por segundo. Características principais: Velocidade de chama
, onde
é a velocidade do som no gás não queimado.
A pressão sofre aumento moderado.
É o modo típico em motores de ciclo Otto e em queimadores industriais.
Nesta modalidade, a frente de chama se propaga de forma sub-sonora em relação ao meio não queimado. A reação avança por condução de calor e difusão de espécies químicas, com velocidades típicas de alguns centímetros por segundo até metros por segundo. Características principais:
Passo 4
Detonação
Aqui a frente de reação está acoplada a uma onda de choque auto-sustentada, e propaga-se de forma supersônica no meio não queimado. Características: Velocidade de frente de chama
.
Saltos bruscos de pressão e temperatura no choque.
Ambiente altamente destrutivo, indesejável em motores de combustão interna (flash knock).
Aqui a frente de reação está acoplada a uma onda de choque auto-sustentada, e propaga-se de forma supersônica no meio não queimado. Características:
Passo 5
Quanto aos tipos de chama, classificamos segundo como o combustível e o oxidante se misturam antes ou durante a reação:
Chama pré-misturada
Combustível e oxidante estão completamente misturados antes de chegarem à zona de reação.
A velocidade de chama depende da composição (mistura rica, estequiométrica ou pobre) e da temperatura inicial.
Chama difusiva
Combustível e oxidante entram separados e a mistura ocorre na própria zona reativa.
A taxa de reação é controlada pela difusão de massas entre o jato de combustível e o ambiente oxidante.
Chama parcialmente pré-misturada
Há mistura parcial a montante, completando-se a mistura na zona de chama.
Combina características dos dois casos anteriores, comum em alguns queimadores industriais.
Passo 6
Além dessa distinção, cada chama pode operar em regime laminar ou turbulento:
Laminar
Escoamento suave, com perfil de velocidade bem definido.
Campo de velocidade e concentração unidirecional e previsível.
Turbulento
Escoamento cheio de redemoinhos, com intensa mistura convectiva.
A taxa de combustão aumenta devido à mistura reforçada, mas a descrição teórica requer modelos de turbulência.
Resposta
Modos de combustão
• Deflagração: propagação sub-sonora por condução de calor e difusão de massa.
• Detonação: propagação supersônica acoplada a onda de choque.
• Deflagração: propagação sub-sonora por condução de calor e difusão de massa.
• Detonação: propagação supersônica acoplada a onda de choque.
Tipos de chama
• Pré-misturada: mistura completa antes da reação.
• Difusiva: mistura ocorre na zona de chama.
• Parcialmente pré-misturada: mistura parcial antes e durante a chama.
• Em cada tipo pode ocorrer regime laminar (escoamento organizado) ou turbulento (escoamento agitado).
• Pré-misturada: mistura completa antes da reação.
• Difusiva: mistura ocorre na zona de chama.
• Parcialmente pré-misturada: mistura parcial antes e durante a chama.
• Em cada tipo pode ocorrer regime laminar (escoamento organizado) ou turbulento (escoamento agitado).