Comparação com simulações numéricas

As Figuras 4.11, 4.12 e 4.13 apresentam os resultados da velocidade de chama laminar em função da razão de equivalência para as misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano, respectivamente. Esses resultados são comparados com dados de velocidade de chama laminar obtidos por simulações numéricas. O trabalho realizado no estudo numérico consistiu em obter as velocidades de chama laminar através da simulação da combustão dos combustíveis primários para as condições de temperatura inicial de 400 K e pressão inicial de 100 kPa. Além disso, os valores de razão de equivalência explorados foram: 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,1; 1,2; 1,3 e 1,4. Este estudo aborda o uso de mecanismos de cinética química existentes e desenvolvidos em estudos anteriores de mestrado na UNICAMP. Para mais detalhes sobre a metodologia deste estudo, veja a seção 3.5 do capítulo 3

apresentam uma tendência semelhante com os dados obtidos numericamente. Neste caso os dados medidos têm melhor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo de Marinov (1999) do que os dados obtidos pelo mecanismo Rocha (2016), por exemplo, para os pontos de mistura pobre (ϕ = 0,6 e 0,7) e mistura rica (ϕ = 1,3 e 1,4) se observa que os dados medidos têm melhor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo Marinov (1999), esta comparação nos dá uma diferença máxima de 8 %. Além disso, os valores medidos diferem ou têm menor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo Rocha (2016) na faixa de mistura pobre, estequiométrica e rica entre 0,9 e 1,4 com uma diferença máxima de 20 %.

Figura 4.11: Resultados da velocidade de chama laminar da mistura ar/etanol em função da razão de equivalência versus dados de simulações numéricas obtida em 400 K e 100 kPa.

Fonte: Do autor.

Na Figura 4.12, os resultados experimentais obtidos para a mistura ar/n-butanol apresentam um bom acordo e tendência muito semelhante com os dados obtidos por o estudo numérico da combustão do n-butanol. Neste caso para uma faixa de mistura pobre e estequiométrica entre 0,6 a 1,0 os dados medidos têm melhor correlação com dados obtidos pelo mecanismo Rocha (2016), esta comparação nos dá uma diferença máxima de 6 %. Além disso, se observa que os dados medidos têm melhor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo Sarathy et al. (2012) em uma faixa de mistura rica entre 1,1 e 1,4; esta comparação nos dá uma diferença máxima de 4 %.

Figura 4.12: Resultados da velocidade de chama laminar da mistura ar/n-butanol em função da razão de equivalência versus dados de simulações numéricas obtida em 400 K e 100 kPa.

Fonte: Do autor.

Na Figura 4.13, os resultados experimentais obtidos para a mistura ar/n-decano apresentam uma tendência semelhante com os dados obtidos por o estudo numérico da combustão do n-decano. Neste caso os dados medidos têm melhor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo Costa (2016) do que os dados obtidos pelo mecanismo Marchal et al. (2009), por exemplo, para os pontos de mistura pobre (ϕ = 0,8 e 0,9) e mistura rica (ϕ = 1,4) se observa que os dados medidos têm melhor correlação com os dados obtidos pelo mecanismo Costa (2016). Uma comparação dos dados medidos com o mecanismo Costa (2016) nos dá uma diferença máxima de 11 %. Além disso, na faixa de mistura pobre, estequiométrica e rica entre 0,9 e 1,4 se observa que os dados medidos não têm uma correlação boa com os dados obtidos pelo mecanismo Marchal et al. (2009), esta comparação nos dá uma diferença máxima de 56 %.

Figura 4.13: Resultados da velocidade de chama laminar da mistura ar/n-decano em função da versus dados de simulações numéricas obtida em 400 K e 100 kPa. razão de equivalência

Fonte: Do autor.

4.2 Combustíveis Primários: Resultados da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial

Esta seção apresenta três medidas da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial do teste para as misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano, respectivamente. As medições foram feitas explorando cinco níveis temperatura: 300 K, 325 K, 350 K, 375 K e 400 K, pressão inicial de 100 kPa e razão de equivalência 1,0. Além disso, os pontos medidos são apresentados com símbolos geométricos ocos e com barras de incerteza para valores da razão de equivalência e da temperatura explorada, os valores de incerteza são calculados por meio da teoria de propagação de erro descrita na seção 3.3 por meio da Equação (3.6), (Albertazzi Jr. e Sousa 2008).

4.2.1 Medições experimentais com barras de incerteza

A Figura 4.14 mostra os dados medidos para as misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n- decano. Nesta figura se observa que os dados medidos para as misturas ar/etanol e ar/n- butanol nas temperaturas 300 K e 325 K, respectivamente, têm muita dispersão. Os dados do

n-butanol para 300 K e os dados para o n-decano a 300 K e 325 K não foram obtidos pois a mistura ar/combustível não foi inflamável.

Figura 4.14: Resultados da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial das misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano obtida experimentalmente em 100 kPa e razão

de equivalência 1,0. Fonte: Do autor.

A Tabela 4.3 mostra os valores médios dos dados experimentais da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial mostrado na figura 4.14.

Tabela 4.3: Valores médios dos dados experimentais da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial dos combustíveis primários. Fonte: Do autor.

Combustível

Primário Valores médios dos dados experimentais E100 T 300,23 324,64 350,32 375,28 400,16 SL 30,53 43,17 49,67 54,40 60,66 B100 T - 325,05 350,60 375,12 399,41 SL - 27,20 47,13 52,21 59,25 D100 T - - 350,02 374,26 400,02 SL - - 45,57 51,35 56,73

ar/n-butanol e ar/n-decano aumenta à medida que a temperatura inicial aumenta.

4.2.2 Curvas de ajuste dos valores medidos

A Figura 4.15 mostra os dados medidos e suas respectivas curvas de ajuste para as misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano. Nesta figura os dados medidos que ficam com mais disperção na mistura ar/etanol com temperatura 300 K e ar/n-butanol com temperatura 325 K, não foram levados em consideração para o ajuste linear.

Figura 4.15: Curva de ajuste para os resultados da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial das misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano obtida

experimentalmente em 100 kPa e razão de equivalência 1,0. Fonte: Do autor.

A Tabela 4.4 mostra os coeficientes da Equação (4.1), correspondente ao ajuste polinomial das misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano (Veja a Figura 4.14). Para esses ajustes polinomiais os resultados não foram bons, temos que o parâmetro R2 para a mistura ar/etanol está próximo da unidade 0,9767; mais para o caso das misturas ar/n-butanol e ar/n- decano temos que os parâmetros R2 são 0,9635 e 0,9050; respectivamente. Esses valores são muitos baixos do que o anterior.

Tabela 4.4: Coeficientes da curva de ajuste para dados da velocidade de chama laminar em função da temperatura inicial das misturas ar/etanol, ar/n-butanol e ar/n-decano. Fonte: Do

autor. Combustível Primário 𝛟 SL(T) = a + b T1 a b R² E100 1,0 -50,51 0,2801 0,9767 B100 1,0 -40,17 0,2481 0,9635 D100 1,0 -33,13 0,225 0,9050

4.3 Combustível Binário: Resultados da velocidade de chama laminar em