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
2012-02-08
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).
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.
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
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).
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.
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.
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.
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.
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, SO2, e NO2, NO, N2O, e O3.
• Conhecer os métodos de controlo das emissões poluentes, em particular as dos óxidos de azoto.
• Conhecer a legislação aplicável