Determinação dos coeficientes de inflamabilidade de misturas ar-combustível envolvendo alcanos e alcenos

Abstract

Neste trabalho foi desenvolvida uma análise dos coeficientes de inflamabilidade de misturas ar-combustível de alcanos e alcenos, com o objetivo de validar formulações para predizer limites de inflamabilidade de misturas. Foi adotado um coeficiente de inflamabilidade da literatura (𝛼1) e outros dois coeficientes (𝛼2 e 𝛼3) mais refinados, a fim de buscar um resultado próximo de 1. Foram selecionados os seguintes combustíveis: etano, metano, propano, butano, etileno e propileno. Como metodologia foi utilizada a análise de sensibilidade de velocidade de chama, utilizando o software Cantera e, após, selecionou-se as reações de propagação/ramificação de cadeia mais relevantes no mecanismo para o cálculo dos coeficientes. Para simulação do processo de combustão, foram utilizados dois mecanismos de cinética química – San Diego e GRI Mech 3.0. Observou-se que o cálculo do coeficiente 𝛼1 se mostrou mais eficaz perto dos limites inferiores de inflamabilidade, utilizando o mecanismo de San Diego. Para os demais coeficientes de inflamabilidade 𝛼2 e 𝛼3, observou-se um padrão onde a curva dos coeficientes tende a decrescer mais rapidamente após o limite inferior de inflamabilidade. Assim, este trabalho confirma, que é possível a utilização das formulações do cálculo dos coeficientes de inflamabilidade para a previsibilidade de limites inferiores de inflamabilidades teóricos.

In this work, an analysis of the flammability coefficients of air-fuel mixtures of alkanes and alkenes was developed, with the objective of validating formulations to predict flammability limits of mixtures. A flammability coefficient from the literature (𝛼1) and two more refined coefficients (𝛼2 e 𝛼3) were adopted, in order to obtain a result close to 1. The following fuels were selected: ethane, methane, propane, butane, ethylene and propylene. As a methodology, the flame velocity sensitivity analysis was used, using the Cantera software and, after that, the most relevant chain propagation/branching reactions in the mechanism for calculating the coefficients were selected. To simulate the combustion process, two chemical kinetics mechanisms were used – San Diego and GRI Mech 3.0. It was observed that the calculation of the 𝛼1 coefficient proved to be more effective near the lower flammability limits, using the San Diego mechanism. For the other flammability coefficients 𝛼2 and 𝛼3, a pattern was observed where the curve of the coefficients tends to decrease faster after the lower flammability limit. Thus, this work confirms that it is possible to use the formulations of the calculation of flammability coefficients for the predictability of theoretical lower limits of flammability.