Simulação de Escoamentos Reativos Semana 1 Cristiane Martins

OBJETIVO Explorar computacionalmente problemas clássicos de combustão Ferramentas: programas computacionais comerciais. Abordagem principal: programas que utilizam mecanismos reacionais detalhados

Revisão - Equilíbrio 1.1 Forças diretrizes e Energia Livre de Gibbs 1.2 O efeito da temperatura na energia livre da reação 1.3 Energia livre padrão de reação 1.4 Interpretando dados de Energia livre padrão 1.5 Relação entre energia livre e constantes de equilíbrio 1.6 Reações na fase gasosa

Energia Livre de Gibbs 1.1 Forças diretrizes e Energia Livre de Gibbs Cálculos de H e S podem ser utilizados para sondar a força majoritária (quem manda?) por detrás de uma reação particular. O que acontece quando uma das forças responsáveis pela reação química está favorável e outra não? Exemplo 1. Responde-se esta questão definindo uma nova quantidade conhecida como energia livre de Gibbs (G) do sistema, o qual reflete o equilíbrio entre estas duas forças.

Energia Livre de Gibbs A energia livre de Gibbs do sistema pode ser definida como a entalpia do sistema menos a temperatura vezes a entropia do sistema. G = H – TS G = H – T S O ponto X desta definição ( a grande sacada) é a habilidade de se determinar a relativa importância dos termos de entalpia e entropia como forças comandantes por detrás de uma reação em particular. A variação na energia livre do sistema que ocorre durante uma reação mede o equilíbrio entre as duas forças que determinam se a reação é espontânea. Atente que a entalpia e a entropia têm diferentes convenções de sinais.

Energia Livre de Gibbs 1.2 O efeito da temperatura na energia livre da reação A equação utilizada para definir energia livre sugere que o termo de entropia torná-se mais importante quando a temperatura aumenta. Go = Ho - TSo Exemplo 2

Energia Livre de Gibbs 1.3 Energia livre padrão de reação Go para qualquer reação pode ser calculado de dados proveniente de tabelas de energia livre padrão. Visto não existir zero absoluto na escala de energia livre, a forma mais fácil foi tabular dados em termos de energia livre de formação Gfo.

Energia Livre de Gibbs 1.4 Interpretando dados de Energia livre padrão O sinal de Go nos diz a direção na qual a reação se deslocará para chegar ao equilíbrio. O fato de que Go é negativo para a reação a 25C significa que o sistema sob condições ambiente padrão se desloca para a direita, convertendo reagentes em produto antes de alcançar o equilíbrio. A amplitude de Go na reação nos diz quão longe o estado padrão está do equilíbrio. Quanto maior o valor de Go, mais longe a reação terá que ir desde as condições estado padrão até o equilíbrio. N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

Energia Livre de Gibbs 1.5 Relação entre energia livre e constantes de equilíbrio A magnitude de G nos diz quão longe estamos do equilíbrio. Relação entre G e ln Qp N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

Energia Livre de Gibbs 1.6 Reações na fase gasosa As mais simples reações químicas são aquelas que ocorrem na fase gasosa em passo único, tal como a transferência de átomo cloro proveniente ClNO2 para o NO formando NO2 e ClNO. ClNO2(g) + NO(g) NO2(g) ClNO(g)

Energia Livre de Gibbs Um dos objetivos de coletar estes dados é descrever a taxa de reação, ou seja, a taxa para a qual os reagentes são transformados em produtos. Desaparecimento do reagente/ aparecimento produto Taxa = k (ClNO2)(NO)

Variação na concentração de NO2 e ClNO em uma região cinética e outra região de equilíbrio Por definição, a região cinética é o período no qual as concentrações dos componentes da reação estão constantemente variando. A região de equilíbrio é o período após nenhuma variação na concentração é observada.

ESQUEMA DA FORNALHA Combustível (propano) Entrada de fuelóleo

PAINEL DE CONTROLE Rotâmetros e válvulas que medem e controlam vazões Termopares (Temperaturas) Manômetros que indicam a pressão da água de arrefecimento e a pressão estática no interior da fornalha Comando do ventilador Comando da eletro-válvula que aciona a chama piloto Interruptor da faísca de ignição da chama piloto

SISTEMAS DE MEDIDA Vazão do gás natural: Vazão de água de refrigeração: Rotâmetro Vazão de ar de combustão: Oríficio Calibrado Temperatura do ar de combustão: Termopares tipo J Temperatura da água de refrigeração: Termopares tipo J Temperatura dos gases de exaustão: Termopares tipo R (sonda)

SISTEMA DE EXAUSTÃO

SEGURANÇA

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE GASES

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE LÍQUIDOS

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE SÓLIDOS

ESQUEMA DOS QUEIMADORES

SONDA DE GASES

SONDA DE PARTICULAS

ESQUEMA DOS ANALISADORES

MÉTODOS DOS ANALISADORES

CALIBRAÇÃO DOS ANALISADORES

ESQUEMA DA FORNALHA(2)