Varea et al (2010) – Universidade e INSA de Rouen

Em 2010 VAREA et al. (2010) desenvolveram, na Universidade e Instituto Nacional de Ciências Aplicadas de Rouen, França, um reator de volume constante com raio interno de 85 mm para pressão máxima de 2 MPa e temperatura máxima de 523 K. Para ignição foram utilizados eletrodos com 0,5 mm de diâmetro com espaçamento de 1,5 mm localizados no centro do reator. A centelha era gerada utilizando um sistema de ignição por descarga capacitiva. O diferencial deste trabalho foi uma abordagem óptica utilizando PIV.

Como partículas de rastreamento no método PIV, foram utilizadas gotículas de óleo de silicone que vaporizam a 580 K. Esta temperatura é elevada o suficiente para que as gotículas existam na zona de pré-aquecimento, mas elas não sobrevivem na zona de pós chama. No entanto, os autores entendem que este tipo de fluido de silicone não tem qualquer efeito observável sobre a chama e, em particular, que o

efeito da concentração das partículas alterando a velocidade da chama é insignificante. Durante a propagação da chama, as gotículas de óleo projetam pontos claros na câmera, enquanto onde não existem tais partículas o campo permanece escuro. Assim, é possível analisar a evolução da chama ao longo do tempo. A Figura 2-15 mostra um resultado óptico obtido por VAREA et al. (2010).

Figura 2-15 - Resultado óptico obtido por VAREA

Fonte: VAREA et al. (2010)

Na Figura 2-15 observa-se a região dos gases queimados (círculo escuro) e a região dos gases não-queimados (região cinza). A fronteira entre as duas regiões é onde localiza-se a frente de chama. 2.5.4 Eisazadeh-Far (2010) - Universidade Northeastern

Em sua tese, EISAZADEH-FAR (2010) descreve dois reatores de volume constante desenvolvidos na Northeastern University, Boston, Estados Unidos. Um dos reatores é esférico e consiste de duas cabeças hemisféricas aparafusadas juntas formando uma esfera com raio interno de 152,4 mm. A Figura 2-16 mostra um esboço do reator esférico e a Figura 2-17 é uma foto do reator esférico desenvolvido na Northeastern University.

50 mm

5

0

m

m

Figura 2-16 - Esboço do reator esférico desenvolvido na Northeastern

University

Fonte: EISAZADEH-FAR (2010)

Figura 2-17 - Foto do reator esférico desenvolvido na Northeastern

University

Fonte: EISAZADEH-FAR (2010)

Este reator foi concebido para suportar pressão de até 43 MPA conta com acessos ao interior para a inserção de eletrodos de ignição,

sondas de diagnóstico, além de acessos para enchimento e esvaziamento. Além disso é inserido um termopar para medição da temperatura inicial da mistura. Para medição de pressão dinâmica foi utilizado um transdutor piezoelétrico modelo 603B1 da marca Kistler em conjunto com um amplificador de carga modelo 5010B também da marca Kistler. Sondas de ionização foram inseridas na parede, na parte superior e inferior, para medir o tempo em que a chama atinge a parede e medir a simetria da chama. O reator está alojado em um forno e pode ser aquecido a até 500 K.

O reator cilíndrico desenvolvido na Northeastern University é feito de aço SAE4140 com diâmetro interno e comprimento de 133,35 mm. Os hemisférios do reator são dotados de janelas de sílica fundida com 34,93 mm de espessura. O reator cilíndrico foi desenvolvido para operar sobre os mesmos valores de pressão e temperatura e é equipado com as mesmas portas de acesso que o reator esférico. Este reator é utilizado para medir o aumento da pressão, devido ao processo de combustão e para permitir a observação óptica da forma da chama e da estrutura sob condições tão próximas quanto possível das do reator esférico e para assegurar o desenvolvimento inicial da chama e a elevação da pressão são idênticas em ambos reatores. Para visualização do interior da câmara cilíndrica é utilizado o método schlieren do tipo Z, utilizando dois espelhos esféricos aluminizados com diâmetro de 152,4 mm e distância focal de 1524 mm. Para gravar os experimentos é utilizada uma câmera de alta velocidade com taxa de aquisição máxima de 40000 frames por segundo.

A Figura 2-18 mostra o diagrama do sistema schlieren desenvolvido na Northeastearn University.

Figura 2-18 - Sistema schlieren utilizado na Northeastern University

Fonte: Adaptado de EISAZADEH-FAR (2010)

Da Figura 2-18 vê-se que a distância entre a fonte de luz e o primeiro espelho e a distância entre o segundo espelho e a câmera são as mesmas, de 1524 mm, que é a distância focal de ambos os espelhos. Além disso vê-se que os ângulos entre a fonte de luz e o reator e entre a câmera e o reator é de 15º. A Figura 2-19 mostra a bancada do reator cilíndrico desenvolvida na Northeastearn University.

Figura 2-19 - Foto da bancada desenvolvida na Northeastearn University

A Figura 2-20 mostra o diagrama esquemático da bancada desenvolvida na Northeastearn University.

Figura 2-20 - Diagrama esquemático da bancada desenvolvida na

Northeastearn University

Fonte: Adaptado de EISAZADEH-FAR (2010)

Da Figura 2-20 vê-se o sistema óptico formado pela fonte de luz, espelhos, reator e pela fonte de luz. A câmera envia dados para um computador. Este computador comunica-se também com um sistema de aquisição de dados, que comunica-se com um osciloscópio e com o amplificador de carga que lê o sinal do transdutor de pressão piezoelétrico montado no reator. O osciloscópio envia um sinal de sincronismo para a câmera e para o ignition box, que envia um sinal a um transformador de alta tensão para gerar a centelha no interior do reator. Além disso, o osciloscópio lê sinais de tensão e corrente dos eletrodos de ignição.

O intuito deste levantamento dos trabalhos anteriores foi mostrar o primeiro experimento desenvolvido sobre o tema e mostrar algumas variações possíveis para análise da velocidade de chama laminar. A bancada desenvolvida no LabCET tem como principal referência a bancada desenvolvida na Northeastearn University. No intuito de melhorar a faixa de aplicabilidade do experimento, foram feitas as seguintes alterações em relação à bancada desenvolvida por EISAZADEH-FAR (2010):

1. O raio interno foi aumentado, para permitir a medição de velocidades de chama mais elevadas.

2. O reator foi feito esférico e munido com janelas. Assim, permite-se a medição óptica e de pressão simultaneamente. 3. As paredes foram feitas mais espessas, assim como as janelas,

para permitir alcançar pressões mais elevadas.

4. O reator abre-se em duas metades verticais, o que facilita a movimentação das duas partes.

5. A iluminação foi modificada para permitir a variação da intensidade da luz.

6. Vários acessos para instrumentação e atuação foram preparados na carcaça do reator, embora nem todos sejam usados no momento.