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ASA 2- TEORIA DA PROPULSÃO

ASA 2- TEORIA DA PROPULSÃO. Cristiane Aparecida Martins Agosto/2012. Classificação dos Sistemas de Propulsão. Motores ‘Perfeitos ' a eficiência de conversão de energia é de 100% mas nem toda a energia é convertida em trabalho, o que significa que parte da energia é desperdiçada na exaustão.

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ASA 2- TEORIA DA PROPULSÃO

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Presentation Transcript

  1. ASA 2- TEORIA DA PROPULSÃO Cristiane Aparecida Martins Agosto/2012

  2. Classificação dos Sistemas de Propulsão C.A.Martins, ITA

  3. Motores ‘Perfeitos' a eficiência de conversão de energia é de 100% mas nem toda a energia é convertida em trabalho, o que significa que parte da energia é desperdiçada na exaustão. • No motor elétrico o mínimo valor (na exaustão) é o zero (Terra), o que significa que teoricamente é possível obter 100% de eficiência na exaustão da carga elétrica, a qual não deixará nenhum resíduo. • No motor hidráulico a mínima pressão de exaustão é a atmosférica, o que significa que parte da energia será desperdiçada na exaustão. • No motor térmico, 'máquina térmica' a mínima temperatura é obtida nas condições ambientes, ou seja da ordem de 300K, significando que também existirá uma energia residual na saída. Se a saída fosse de Zero absoluto conseguiríamos extrair toda a energia contida.

  4. MÁQUINAS TÉRMICAS UTILIZAM FLUIDO DE TRABALHO

  5. MÁQUINA TÉRMICA: CADEIA PROPULSIVA Potência Mecânica Potência Mec. para Fluxo Gás Empuxo Energia Química Calor (Energia Térmica) Mecânica Propulsiva Combustão Térmica A eficiência global para cadeia propulsiva é dada:

  6. – Termoquímica – Conceitos Básicos • Balanço de Massa • Balanço de Energia ASA 2 – 2-2012

  7. ASA 2 – 2-2012

  8. Balanço de Massa (sem reação química) Sem reação química ENTRADA = SAÍDA Qs+ Qw = C ASA2 – 2-2012

  9. Fundamentos da Combustão ASA2 – 2-2012 9

  10. Conservação de Massa ASA2 – 2-2012 10

  11. Processo de Combustão Combustível + Oxidante  Produtos Exemplo: 1 CH4 + 2 O2  1 CO2 + 2 H2O Oxidante Combustível Fonte de ignição ASA2 – 2-2012 11

  12. Combustão: seqüência de reações químicas. Chama: propagação da combustão no espaço; associação entre os escoamentos e as reações químicas. ASA2 – 2-2012 12 12

  13. A composição dos produtos de exaustão provenientes das reações de combustão dependem de inúmeros fatores, incluindo tipo de oxidante, composição, temperatura dos gases e razão de equivalência. Processo reacional – equilíbrio adiabático

  14. Reações de Combustão

  15. Exemplos de Processos de Combustão 15

  16. Chama laminar - vela

  17. Explosão

  18. Chama turbulenta tipo jato de GNV

  19. Chamas – (queima rica a queima pobre) • Diferentes tipos de chama dependendo da disponibilidade de oxidante. • Da esquerda para direita de sem pré-mistura até pré-misturada. http://en.wikipedia.org/wiki/Flame ASA2 – 2-2012

  20. Combustão confinada

  21. Queimador industrial - álcool

  22. Queimador Industrial - Queimador para caldeira utilizando gás de alto forno

  23. Combustão de dimetil hidrazina assimétrica com tetróxido de nitrogênio. Foguete Longa Marcha 4B, lançamento do CBERS-2, 21/10/2003.

  24. Propagação de fogo em leitos florestais. 24

  25. Propulsor de 200 N; MMH/N2O4 – INPE/LCP. 25

  26. ASA2 – 2-2012

  27. Lei de Conservação de Massa • Massa não pode ser criada ou destruída (Reações nucleares excluídas) • Você consegue avaliar toda a massa que entra, é gerada e sai ou se acumula em determinado sistema?? • Balanço Material. ASA2 – 2-2012

  28. Cálculos Estequiométricos ASA2 – 2-2012 28

  29. Procedimento de Cálculo dos Coeficientes Estequiométricos 1 CH4 + x O2 y CO2 + z H2O C: 1 = y  y = 1, H: 4 = 2z  z = 2, O: 2x = 2y + z  x = 2. ASA2 – 2-2012 29

  30. Conservação de Massa na Reação de Combustão Estequiométrica 1 CH4 + 2 O2 1 CO2 + 2 H2O, 16 g + 64 g = 44 g + 36 g. ASA2 – 2-2012 30

  31. Somente massa é conservada. Número de mols, em geral, não o é. 1 H2 + 1/2 O2 1 H2O, 2 g + 16 g = 18 g, (massa) 1 + 1/2  1. (número de mols) ASA2 – 2-2012 31

  32. Combustível Substância química que, quando em contato com um oxidante, pode produzir uma reação exotérmica, ou seja, uma reação que libera energia na forma de calor. Combustível industrial precisa: (a) existir em grandes quantidades, (b) possuir baixo custo, e (c) ser aplicável no processo industrial em consideração. ASA2 – 2-2012 32

  33. Fatores que Afetam a Seleção de um Combustível (a) Disponibilidade, (b) Custo, (c) Aplicabilidade, (d) Eficiência do processo, (e) Características de formação de poluentes, (f) Facilidade de controle, (g) Presença de impurezas como cinzas, e (h) Facilidade de transporte. ASA2 – 2-2012 33

  34. Classificação dos Combustíveis Pelo estado de agregação: sólidos; líquidos; gasosos. Pela origem: naturais; artificiais. ASA2 – 2-2012 34

  35. Classificação dos Combustíveis Combustíveis naturais podem ser: sólidos, como carvão mineral, madeira e turfa; líquidos, como petróleo; gasosos, como gás natural. Combustíveis artificiais resultam do processamento dos combustíveis naturais, e podem também ser: sólidos, como coque de carvão e carvão vegetal; líquidos, como gasolina e querosene; gasosos, como gás de coqueria e gás de alto forno. ASA2 – 2-2012 35

  36. Oxidante Ar: 78,08% nitrogênio, 20,95% oxigênio, 0,93% argônio, 0,03% dióxido de carbono, 0,01% de outros gases. Para fins de balanço: 79% nitrogênio e 21% oxigênio.XN2,ar = 0,79 e XO2,ar = 0,21. ASA2 – 2-2012 36

  37. Composição mássica do ar:YN2,ar = 0,768; YO2,ar = 0,232. Massa molecular do ar:M = 28,84 g/gmol ASA2 – 2-2012 37

  38. Estequiometria de uma reação considera a relação entre moles de reagentes e produtos. Não fornece NENHUMA informação sobre balanço energético da reação química. Entretanto sabemos que energia pode ser produzida (combustão) ou absorvida (derretimento de gelo) por determinadas reações. ASA2 – 2-2012

  39. Reação de combustão estequiométrica de metano com ar: 1 CH4 + 2 O2 + 7,52 N2 1 CO2 + 2 H2O + 7,52 N2 Reação de combustão de metano com excesso de ar: 1 CH4 + 2a O2 + 7,52a N2 1 CO2 + 2 H2O + 7,52a N2 + 2(a-1) O2 16 g + 64a g + 210,56a g = 44 g + 36 g + 210,56ag + 64 (a-1) g ASA2 – 2-2012 39

  40. Esquema de Balanço de Massa para Combustão de Metano com Ar 1 CH4 + 2a O2 + 7,52a N2 1 CO2 + 2 H2O + 7,52a N2 + 2(a-1) O2 ASA2 – 2-2012 40

  41. Fator de Ar (a) Razão entre o volume de ar utilizado e o volume de ar necessário para combustão completa de uma certa quantidade de combustível. a = Var utilizado/Var estequiométrico a < 1 A combustão é redutora a = 1  A combustão é estequiométrica a > 1  A combustão é oxidante ASA2 – 2-2012 41 41

  42. Valores Usuais do Coeficiente de Excesso de Ar (a) Fonte: Pinheiro & Valle, Controle de Combustão: Otimização do Excesso de Ar; disponível em www.geocities.com ASA2 – 2-2012 42

  43. razão combustível/ar Comum a apresentação das condições iniciais em termos: - de razão mássica combustível/ oxidante - razão mássica oxidante / combustível razão de equivalência (atual/ estequiométrico)  = 1 – estequiometria (quantidade de oxidante exata para combustível)  < 1 – pobre ( excesso de oxidante)  > 1 – rica (excesso de combustível) ASA2 – 2-2012

  44. Razão de equivalência (f)Exemplo com álcool etílico1 C2H5OH + 3 O2 + 11,28 N2 2 CO2 + 3 H2O + 11,28 N2. Com 5 % de excesso de ar, teremos:1 C2H5OH + 3,15 O2 + 11,84 N2 2 CO2 + 3 H2O + 11,84 N2 + 0,15 O2

  45. REAÇÕES BÁSICAS. C + O2 + N2 ----> CO2 + N2 H + 1/2O2 + N2 -----> H2O + N2 ASA2 – 2-2012

  46. ASA2 – 2-2012

  47. Combustão e Velocidade de Exaustão ASA2 – 2-2012

  48. Considerando que empuxo, thrust F, é a resultante entre as forças exercidas no interior pelos gases de combustão e exterior pela pressão atmosférica nas redondezas, como ilustra a Figura. ASA2 – 2-2012

  49. Empuxo possui dois termos contribuintes: 1° termo trata da contribuição da velocidade de saída (momentum) enquanto que o 2° termo está relacionado com a contribuição dada pela pressão de saída. Atente-se que: • - termo de velocidade SEMPRE fornece empuxo; • - termo de pressão pode AUMENTAR ou DIMINUIR o empuxo. ASA2 – 2-2012

  50. ASA2 – 2-2012

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