Combustão. Objetivos. O Professor Responsável. J M C Mendes Lopes

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1 Combustão Objetivos Objetivo de ordem geral: Integrar num assunto específico os conhecimentos adquiridos em disciplinas a montante (termodinâmica, química, mecânica de fluidos, transmissão de calor e de massa, etc). Preparar os alunos para entender e analisar os múltiplos processos e equipamentos direta ou indiretamente ligados a combustão, quer a combustão intencional, quer a indesejada. Entender o papel da combustão sob os pontos de vista energético e ambiental. Adquirir a linguagem típica de Combustão e os conhecimentos que permitam manter-se atualizado nos anos futuros. Objetivo de ordem específica: Transmitir os conceitos básicos de cinética química relevantes em combustão. Aplicar balanços de massa e energia a problemas de combustão. Descrever os principais combustíveis e as suas propriedades. Descrever os princípios de ignição, estabilização e extinção de chamas, e a estrutura das chamas de pré-mistura e difusão, em regimes laminar e turbulento. Apresentar modelos simples para descrever a queima de combustíveis líquidos e sólidos. Identificar os principais poluentes, mecanismos de formação e métodos de redução de emissões. O Professor Responsável J M C Mendes Lopes

2 Objetivos do Capítulo 1 - Introdução Colocar a Combustão num contexto geral Definir combustão. Ilustrar os principais campos de aplicação da combustão. Identificar os principais tipos de combustíveis. Apresentar dados relativos ao consumo mundial e nacional de combustíveis. Analisar o caso nacional. Apresentar os principais sistemas de combustão. Identificar os principais poluentes associados à combustão. Apresentar as principais equações de transporte (em situações simplificadas).

3 Objetivos do Capítulo 2 - Cinética Química Entender os conceitos básicos de cinética química, nomeadamente a taxa de reação e os mecanismos de reação Definir taxa de reação. Calcular taxas de reação para reações elementares. Definir ordem de reação. Definir semiperíodo numa reação. Definir evoluções de Arrhenius. Identificar e qualificar os parâmetros que influenciam a taxa de reação. Compreender o conceito de complexo ativado e de energia de ativação. Definir o número de Arrhenius. Definir reações globais e elementares. Identificar os tipos de reações elementares. Definir e saber utilizar a hipótese de estado estacionário.

4 Objetivos do Capítulo 3 - Chamas de pré-mistura Entender os conceitos básicos relativos ao comportamento e à propagação de chamas de pré-mistura Caracterizar as chamas de pré-mistura e a sua estrutura. Definir velocidade de propagação de chama. Abordar as principais teorias sobre Su. Analisar os principais fatores que influenciam espessura e a velocidade de propagação de chama. Definir velocidade de propagação de chama em regime turbulento. Estudar os regimes de propagação, suas abordagens, correlações e teorias. Definir velocidade de frente de chama. Definir quenching e distância de quenching. Compreender o seu significado físico e de que depende. Analisar as suas consequências. Definir limites de inflamabilidade. Analisar esses limites em ar e em oxigénio, e como dependem da temperatura, pressão, condições geométricas, etc. Estudar a sua obtenção experimental. Analisar a estabilização de chamas laminares. Definir e analisar o retorno e descolamento de chama. Analisar diagramas de estabilidade. Analisar a determinação experimental da velocidade de propagação de chama. Analisar o que são imagens shadowgraph e schlieren. Definir ignição espontânea e ignição provocada. Definir atraso à ignição, analisar os fatores de que depende, e suas consequências. Definir energia mínima de ignição, analisar os fatores de que depende, e suas consequências

5 Objetivos do Capítulo 4 - Chamas de difusão Entender os conceitos básicos relativos a vaporização de líquidos e comportamento de chamas de difusão Caracterizar as chamas de difusão e a sua estrutura. Analisar a estrutura de jatos laminares em atmosferas em repouso e confinados por um escoamento coaxial. Analisar o comportamento de chamas de difusão resultantes destes jatos. Analisar a evaporação de líquidos em filme (superfície livre), numa gota, e em sprays. Analisar a combustão resultante da evaporação de líquidos. Analisar a combustão da partícula de coque (carvão desvolatilizado).

6 Objetivos do Capítulo 5 - Combustões indesejadas Entender as causas, o desenvolvimento, e as consequências das combustões indesejadas, como minimizar as possibilidades da sua ocorrência, e como combatê-la Entender o triângulo (e o tetraedro) do fogo, e interpretar a ignição e extinção à luz deste conceito. Definir (e interpretar) as temperaturas de ignição, de combustão, e de autoignição. Conhecer e interpretar a curva de incêndio (flash over). Entender como os incêndios podem ser controlados pela ventilação ou pela carga de incêndio. Analisar a importância relativa da condução, convecção e radiação. Conhecer as classes de fogos. Conhecer alguns elementos sobre sistemas de deteção e de extinção de incêndios, nomeadamente extintores, sprinklers, etc.

7 Objetivos do Capítulo 6 Reator de Mistura Perfeita Estabilização de chamas em escoamentos de elevada velocidade Entender o problema da estabilização de chamas em escoamentos de elevada velocidade. Compreender o modelo de Reator de Mistura Perfeita e a sua relação com essa estabilização Conhecer o modelo da bomba de Longwell e do Reator de Mistura Perfeita. Perceber o modelo físico e saber analisar o modelo matemático. Conhecer os parâmetros que definem o comportamento do RPM e, em particular, a extinção da chama. Interpretar a carga química do reator, assim como os valores críticos e tempos de residência. Saber identificar e caracterizar zonas de recirculação. Definir o número de cetano e saber quais as exigências do motor relativamente ao combustível. Analisar o modelo matemático da combustão na zona de recirculação e interpretar os resultados obtidos pelo modelo e sua comparação com resultados experimentais.

8 Objetivos do Capítulo 7 - Combustíveis Conhecer as principais propriedades e características dos combustíveis. Saber qual o tipo de combustível mais adequado a cada utilização Caracterizar os combustíveis sólidos. Conhecer as principais características da madeira. Identificar e caracterizar os carvões. Conhecer as suas classificações. Saber como se armazena o carvão e como este se deteriora. Caracterizar os combustíveis líquidos. Conhecer os principais tipos de hidrocarbonetos e as características do petróleo bruto. Saber o que é a destilação fracionada e as operações de cracking. Conhecer os principais combustíveis derivados do petróleo, seu campo de aplicação, e suas características. Conhecer as principais características e campos de aplicação dos álcoois e outros biocombustíveis. Caracterizar os combustíveis gasosos. Conhecer as principais características do biogás e suas aplicações. Conhecer as principais características do gás natural e suas aplicações. Conhecer as principais características dos GPL e suas aplicações. Conhecer e interpretar o índice de Wobbe. Comparar os diversos tipos de combustíveis e a sua adequação a cada tipo de utilização.

9 Objetivos do Capítulo 8 - Sistemas de queima Conhecer os principais sistemas de queima e seus componentes. Saber qual o tipo de sistema de queima mais adequado a cada utilização Conhecer e identificar os principais componentes dos sistemas de queima: alimentação de combustível (sólido, líquido, gasoso), alimentação de comburente, queimadores, câmara (ou zona) de combustão, circuitos de evacuação, outros circuitos, etc. Conhecer os sistemas de queima mais adequados a cada utilização.

10 Objetivos do Capítulo 9 - Impacte ambiental Conhecer os principais poluentes relacionados com os sistemas de combustão, seus efeitos sobre o meio ambiente, como são formados, e como se pode controlar e reduzir as suas emissões Identificar os principais poluentes associados à combustão, e saber quais os seus efeitos, nomeadamente se estes são basicamente a nível global ou a nível local/regional. Saber quantificar as emissões nos modos em que são mais habitualmente apresentadas. Conhecer os mecanismos de formação (quer em pré-mistura, quer em difusão) dos hidrocarbonetos-nãoqueimados, CO, partículas, SO 2, e NO 2, NO, N 2 O, e O 3. Conhecer os métodos de controlo das emissões poluentes, em particular as dos óxidos de azoto. Conhecer a legislação aplicável