4.1 PROPRIEDADES FÍSICAS
O comportamento de chamas de sprays pode depender fortemente das propriedades físicas dos combustíveis, tais como: ponto de ebulição, pressão de vapor viscosidade e tensão superficial. Esses parâmetros influenciam diretamente a
tomização e evaporação do combustível. Tem sido mostrado na literatura que o issões de poluentes, da eficiência da ombustão e da estabilidade da chama, depende das propriedades físicas dos
; PETERS, 1989). Ainda, estudos detalhados de chamas de
prays revelam que os efeitos das propriedades dos combustíveis variam segundo a
estru
tamente ultrap
u substituição entre eles (FARAG et l., 1983).
edades físicas o diesel e do etanol, que têm maior influência no processo de queima e nas etapas de supri
4.1.1 Pod
rífico do diesel é 42111 kJ/kg e o do álcool etílico idratado 24915 kJ/kg, para produzir a mesma potência com ambos combustíveis a
vazão do óleo
iesel. No Capitulo 2 também se informou que a massa específica do diesel é 830 kg/m3 e a do AEHC é 810 kg/m3. Assim, a vazão volumétrica de álcool deve ser 1,732 (1,69x830/810) vezes a vazão volumétrica do óleo diesel. Deve-se observar que se está a
desempenho da chama, medido através das em c
combustíveis (ASHEIM
s
tura da chama, seja do tipo chama de difusão gasosa (o combustível evapora rapidamente, resultando o centro do spray numa região rica em vapor de combustível) ou do tipo queima de gota individual (quando grandes gotas evaporando len
assam a região central na direção dos limites do spray, ricos em oxigênio). Por esses motivos, é importante o conhecimento das propriedades físicas dos combustíveis, sobretudo quando se quer fazer uma comparação o
a
Neste item será feito um estudo comparativo dos efeitos das propri d
mento de combustível.
er calorífico
Sabendo-se que o poder calo h
mássica de álcool deve ser 1,69 (42111/24915) vezes a vazão mássica d
consi
meira análise.
O fato da vazão do álcool ser maior que a do diesel pode ter um efeito direto nos seguintes aspectos: turbulência e tempo de residência na câmara de combustão,
tomização e densidade do spray1. Cada um desses aspectos é importante para uma isados com detalhe no decorrer do presente capítulo.
A maior vazão volumétrica de AEHC tem um efeito direto no sistema de estoc
zes o volume de diesel. 4.1.2 Viscosidade
Das Tabelas 2.2 e 2.5 pode-se observar que, a 300 K, a viscosidade cinemática mente o dobro da do álcool etílico hidratado (3,707x10-6 e
,78x10-6 m2/s, respectivamente). No processo da combustão de um combustível
líquid
el e o álcool tem um efeito significativo sobre a atomização. No item 4.4.2, faz-se uma análise mais detalhada sobre os efeitos combinados de diversos fatores na atomização de ambos combustíveis.
Dado que nos queimadores que utilizam óleo diesel a lubrificação do sistema de jeção se realiza pelo próprio combustível e as bombas são do tipo de deslocamento
as por unidade de volume do mesmo. Quando um spray é mais denso, existe uma maior quantidade de gotas no mesmo volume.
derando que os dois combustíveis apresentam a mesma eficiência de combustão, o que não é estritamente certo, mas deve-se considerar que isto serve para esta pri
a
boa combustão, e serão anal
agem e bombeamento. Esses sistemas devem ter a capacidade de estocar e bombear um volume de AEHC igual a 1,732 ve
do óleo diesel é aproximada 1
o, a viscosidade afeta consideravelmente a atomização. O diâmetro médio das gotas é diretamente proporcional à viscosidade. Da Equação (3.27), proposta por Wigg para atomizadores de dois fluidos, o MMD é proporcional à raiz quadrada da viscosidade cinemática. Utilizando este critério para avaliar unicamente o efeito da viscosidade e usando os valores das viscosidades do diesel e do álcool acima citados, obtém-se que o diâmetro médio das gotas do diesel é 1,44 vezes o diâmetro das gotas de álcool. Isso mostra que a diferença de viscosidade entre o dies
in
posit
cações mínimas; portanto, os istemas de bombeamento e de lubrificação do sistema de injeção de combustível e de lubrif
3 Volatilidade
ombustível quido. O seu incremento aumenta o rendimento da combustão, diminui as emissões de CO, UHC, NOX e material particulado. Por outro lado, uma maior volatilidade ores perdas por evaporação, maior risco de incêndios e menor luminosidade da chama. A volatilidade de um combustível pode ser avaliada a partir
ponto de fulgor (LEF
à pressão de vapor de óleo diesel, e que essa diferença é mais arcante conforme a temperatura aumenta. Isso significa que o álcool é mais volátil,
sendo is combustão. É necessário observar que o álcool
hidratado na pressão atmosférica evapora a 78 °C. No entanto, o óleo diesel, por ser uma
poram em temperaturas menores e os mais esados em temperaturas mais altas. Isso traz como conseqüência a falta de uniformidade na mistura combustível e a aparição de zonas ricas e pobres, o que, por
ua vez, origina a formação de fuligem e material particulado.
O ponto de fulgor é a mínima temperatura na qual o combustível desprende flamável com ar. Da Tabela 4.1, observa- e que ele assume valores de 13 °C para o etanol e 64 °C para o diesel. Isso significa
que o rma
ivo, é necessário que o combustível tenha uma viscosidade mínima (SUPPES, 2004). Segundo a ASTM, a viscosidade mínima que deve ter o diesel deve ser 2,0x10-6
m2/s em 37,8 °C. Como já mencionado, a viscosidade do AEHC é 1,78x10-6m2/s a 20
°C. Isso quer dizer que o álcool não atinge as especifi s
icação devem ser modificados se o diesel for trocado por etanol.
4.1.
A volatilidade é um parâmetro de importância na queima de um c lí
significa mai
do conhecimento de sua curva de destilação, pressão de vapor e EBVRE, 1983).
Da Figura 4.1, observa-se que, na mesma temperatura, a pressão de vapor de álcool é superior
m
so favorável para uma melhor
mistura de hidrocarbonetos, vaporiza no intervalo de 177 a 337 °C. Os componentes mais leves do óleo diesel eva
p s
suficiente vapor para formar uma mistura in s
uma mistura inflamável. Sendo assim, são maiores os riscos de incêndios e perdas por evaporação deste combustível.