Modelo matemático para prever a vaporização em antecâmaras de combustão

Abstract

Resumo: Adulterações profundas nos combustíveis atualmente utilizados, alteram os resultados e as previsões quanto ao desempenho, rendimento e emissões de poluentes. A qualidade dos combustíveis tem sido muito questionada, de forma que o refino do petróleo assume um perfil extremamente importante para desenvolver novas tecnologias. A pesquisa destes novos processos estende a análise do combustível como um sistema físico de multicomponente. Sendo fundamental o conhecimento dos mecanismos de evaporação e combustão das gotas para uma melhor compreensão do fenômeno de combustão. Esta pesquisa permite o desenvolvimento de um produto que agrega um maior aproveitamento de matérias-primas disponíveis nas refinarias. Assim, a modelagem matemática inicia-se com a identificação do sistema, em seu estado termodinâmico, o qual é definido por algumas propriedades, tais como, energia interna, entalpia, calores latentes de vaporização de substâncias puras, pressão de vapor e calor específico. Essas propriedades dependerão de dimensões fundamentais tais como comprimento, tempo, massa, temperatura e quantidade de substância. As propriedades físico-químicas dos compostos também são consideradas, sendo descritas como as propriedades de uma mistura envolvendo a densidade, a massa atômica e molecular, a massa molar, o número de mols, a fração mássica, a difusividade mássica e o coeficiente de transferência de calor. Com isto, pode-se expressar um sistema de equações diferenciais ordinárias de 1ª ordem, envolvendo a variação do raio das gotas, a taxa de variação entre a pressão parcial dos compostos e a temperatura do gás, a variação da variação volumétrica da água, a variação da massa de vapor d’água e da soma do número de mols de vapor da água com a da gasolina evaporada, calculadas por método algébrico e a variação da temperatura das gotas e da temperatura do gás terão suas aproximações através do método de Runge-Kutta de 4ª ordem.

Abstract: Deep adulterations in fuels currently used have modified the results andthe preview of behavior, in relation to the performance, income and emissionof pollutants. The quality of fuels has been questioned, so much that therefining of oil assumes an extremely important role for the development of newtechnologies. The research of these new processes extends the analysis ofthe fuel as a physical system of multicomponent.Since basic the knowledge ofthe mechanisms of evaporation and combustion of droplets for a better understanding of the combustion phenomenon. Is fundamental this research allowsthe development of a product that adds a better use of raw material exploitation inthe refineries.Thus, the thermodynamic modeling starts at the identification of thesystem, in its thermodynamic state, which is defined by some features, such asinternal energy, enthalpy, latent heats of pure substance vaporization, basic dimensions such as length, time, mass, temperature and amount of substance.Thephysical-chemical features of composites is also considered, by describing thefeatures of a mixture involving the density the atomic and molecular mass, themolar mass and the number of mol, the mass fraction, the mass diffusivity andthe coefficient of heat transference.To this, a system of usual distinguishingequations of 1st order may be expressed, involving the variation of the radius ofdroplets, the variation rate between the partial pressure of composites and thegas temperature, the variation of volumetric variation of water, the variation ofsteam mass and the sum of the number of steam mol with evaporated the gasoline, calculates by algebric method and the variation of droplets temperature andthe gas temperature have got its approach through the method of Runge-Kuttaof 4th order.