Reação de Combustão: o que é?
Atualmente os processos térmicos que envolvem qualquer tipo de combustão são uma das principais formas de obtenção de energia e estão presentes no cotidiano das pessoas, seja na chama de um fogão ou no motor à combustão de um automóvel ou em aplicações industriais como em fornos e caldeiras.
Devido a importância desse processo, a comunidade científica investe tempo e esforço para compreender e tornar mais eficiente os processos térmicos, os quais podem envolver diferentes tipos de fenômenos, entre eles troca térmica por radiação, transporte de espécies, turbulência, que estão direta ou indiretamente conectados.
Modelagem Numérica Aplicada à Combustão
A reação de combustão libera grande quantidade de calor, podendo gerar diferentes efeitos decorrentes dos altos gradientes de temperatura e espécies poluentes. Com o objetivo de estudar e prever o comportamento deste fenômeno dentro dos equipamentos, a indústria tem investido nas ferramentas de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD).
Análise da temperatura em uma câmara de combustão
As ferramentas de CFD surgem como uma alternativa mais rápida e econômica para avaliar processos que envolvem reações de combustão, por permitirem criar modelos virtuais e estudar diferentes cenários.
Isso permite avaliar a mistura de reagentes, efeitos de empuxo, trocas térmicas e produção de poluentes, considerando nas análises o combustível empregado em determinado equipamento e a cinética associada a ele. Também permite realizar análises de segurança em relação a equipamentos, verificar a condição ideal de funcionamento dos mesmos e atestar a segurança para o operador, bem como prever se há riscos de acidentes ou explosões.
Simulação do fluxo interno de um motor a combustão usando Ansys Fluent
A análise da combustão com base na simulação computacional por meio das ferramentas de CFD fornece aos profissionais resultados precisos sem a necessidade de altos investimentos, como em avaliações empíricas.
Porém, é importante destacar que a utilização de modelos virtuais demanda tempo e dedicação, pois a análise de reações de combustão é um processo que envolve diversos fenômenos, que estão direta ou indiretamente ligados.
Exemplo de uma reação típica de combustão
Reação de Combustão
Neste contexto, a reação de combustão, nome usual das reações de oxidação de compostos químicos com o oxigênio do ar, é o principal agente dos processos térmicos, onde tanto a cinética quanto o grau de mistura do combustível e oxidante influenciam no comportamento da chama.
A reação de combustão é representada pela fórmula acima, composta pela reação de um combustível e um comburente, resultando em um produto
Como é possível verificar na fórmula acima, reação de combustão libera uma grande quantidade de energia em forma de calor (energia térmica) que, consequentemente, leva a uma expansão dos gases (gás carbônico e vapor de água) levando a efeitos como empuxo. Estes efeitos são aproveitados de formas diferentes para diferentes tipos de equipamentos.
No caso de equipamentos térmicos como fornos industriais, a energia térmica é utilizada para o aquecimento de alguma carga, como por exemplo, o petróleo cru no início do processo de refino. Em outros tipos de equipamentos, como motores à combustão interna, o objetivo principal não está em aproveitar o calor liberado, e sim a expansão dos gases no interior de um cilindro, o que levará a movimentação de um pistão, ou seja, a energia térmica é convertida à energia mecânica devido aos efeitos de expansão dos gases.
