cristiane martins simulação de escoamentos reativos semana 1

Cristiane Martins

Simulação de Escoamentos Simulação de Escoamentos ReativosReativos

Semana 1

• Explorar computacionalmente problemas clássicos de combustão

• Ferramentas: programas computacionais comerciais.

OBJETIVOOBJETIVO

Abordagem principal: programas que utilizam mecanismos reacionais detalhados

Abordagem principal: programas que utilizam mecanismos reacionais detalhados

Revisão - Equilíbrio

1. Energia Livre de Gibbs

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

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 aentalpia do sistema menos a temperatura vezes a entropia dosistema.

G = H – TS

G = H – T S

O ponto X desta definição ( a grande sacada) é a habilidade de sedeterminar a relativa importância dos termos de entalpia e entropiacomo forças comandantes por detrás de uma reação em particular. Avariação na energia livre do sistema que ocorre durante uma reaçãomede o equilíbrio entre as duas forças que determinam se a reação éespontânea. Atente que a entalpia e a entropia têm diferentesconvenções 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 - TSo

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

Energia Livre de Gibbs

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 25C 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)

1.5 Relação entre energia livre e constantes de equilíbrio

Relação entre G e ln Qp Relação entre G e ln Qp

Energia Livre de Gibbs

A magnitude de G nos diz quão longe estamos do equilíbrio.

3

2

]2][2[

]3[

HN

NHQp

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.

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

Desaparecimento do reagente/ aparecimento produto

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.

Taxa = k (ClNO2)(NO)

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.

Variação na concentração de NO2 e ClNO em uma região cinética e outra região de equilíbrio

ESQUEMA DA FORNALHAESQUEMA DA FORNALHA

Água(4 bar)

Saída Água

Chaminé

Propane(1,5 bar)

Fuel(propano)

Orifício Calibrado

Ar de Combustão

Ar da ChamaPiloto

Controlo dePressão

Electroválvula

Válvula Electropneumática

Saída Água

Alimentação de Fuelóleo

Entrada deÓleo

Ar de Atomização

Água(4 bar)Água(4 bar)

Saída Água

Chaminé

Propane(1,5 bar)Propane(1,5 bar)

Fuel(propano)

Fuel(propano)

Orifício CalibradoOrifício Calibrado

Ar de CombustãoAr de Combustão

Ar da ChamaPiloto

Controlo dePressãoControlo dePressão

Electroválvula

Válvula Electropneumática

Saída Água

Alimentação de Fuelóleo

Entrada deÓleo

Ar de Atomização

Combustível

(propano)

Entrada de

fuelóleo

• 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

PAINEL DE CONTROLEPAINEL DE CONTROLE

•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)

SISTEMAS DE MEDIDA

SISTEMA DE EXAUSTÃOSISTEMA DE EXAUSTÃO

SEGURANÇA

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE GASES

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE LÍQUIDOS

SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE SÓLIDOS

ESQUEMA DOS QUEIMADORESESQUEMA DOS QUEIMADORES

SONDA DE GASES

SONDA DE PARTICULAS

ESQUEMA DOS ANALISADORES

MÉTODOS DOS ANALISADORES

CALIBRAÇÃO DOS ANALISADORES

ESQUEMA DA FORNALHA(2)ESQUEMA DA FORNALHA(2)