Pesquisa

A combustão é uma ciência que permeia quase todos os setores das sociedades, em qualquer parte do mundo, independentemente do grau de desenvolvimento. O processo de
combustão é responsável por mais de 85 % da energia utilizada pelo homem, sendo estratégico para a economia de todos os países. A geração de energia a partir da combustão de derivados do petróleo, gás natural, carvão mineral, lenha, carvão vegetal e dos derivados da cana de açucar corresponde a mais de 80 % da energia utilizada no Brasil, de acordo com o balanço energético nacional publicado pelo Ministério das Minas e Energia (2009).

A ciência e a tecnologia da combustão têm grande impacto nos setores industrial, de transporte e de geração de energia elétrica. No setor de petróleo e de gás natural o processo de combustão é, na maioria das vezes, o destino final dos hidrocarbonetos e, também, o meio utilizado para a geração de energia durante os processos de extração, transporte e refino. As indústrias de mineração, química, siderúrgica, de cimento e de vidro destacam-se como grandes utilizadoras da combustão de hidrocarbonetos e do gás natural em seus processos de fabricação. A imensa maioria dos veículos automotores, dos navios e dos aviões utiliza a queima de derivados do petróleo ou do gás natural em seu funcionamento.

Além dos múltiplos benefícios que traz para o ser humano, a combustão também traz consigo seu lado negativo – poluição ambiental – o qual precisa ser cuidadosamente tratado. Os principais poluentes produzidos nos processos de combustão incluem hidrocarbonetos não/parcialmente queimados, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, óxidos de enxofre e material particulado. Nas duas últimas décadas, tem aumentado consideravelmente o nível de conscientização do público em relação às questões de meio ambiente e de saúde pública, o que levado aos governos a regulamentar o nível de emissões permitidas e, aos geradores de poluição, a adotar práticas de gestão ambiental.

Nos processos de combustão, com o objetivo de maximizar a taxa de conversão de reagentes em produtos, a queima frequentemente ocorre em escoamentos turbulentos. Embora grandes progressos na compreensão da combustão em escoamentos turbulentos tenham ocorrido nos últimos 30 anos, diversos problemas permanecem abertos e são objetos de intensas pesquisas. O estudo da combustão em escoamentos turbulentos é de fundamental importância para (i) processos industriais da cadeia do refino petróleo e gás natural e que envolvem, em particular, fornos e caldeiras e (ii) turbinas a gás.

Os objetivos principais das pesquisas realizadas envolvem o aumento da eficiência
energética e a redução dos impactos ambientais associados ao processo de combustão em escoamentos turbulentos, os quais não podem ser atingidos com o conhecimento atualmente disponível. Estas pesquisas requerem a descrição dos escoamentos turbulentos tanto em termos das equações de transporte de quantidade de movimento, energia e massa das espécies químicas; como das leis constitutivas e de fechamento dos termos abertos, quando da introdução de diversos modelos. O desenvolvimento de modelos de combustão baseados em metodologias capazes de caracterizar, simultaneamente, a interação entre a aerodinâmica e o processo de reação química é um passo a mais nesta direção. A correta caracterização do acoplamento entre combustão e turbulência é a chave para o desenvolvimento destes novos modelos e, consequentemente, de novos equipamentos industriais.

As principais ações de pesquisa atualmente em curso envolvem o desenvolvimento de:
  1. Técnicas de tabulação adaptativa da cinética química da combustão (ISAT)
  2. Simulação numérica das grandes escalas (LES) da combustão turbulenta
  3. Modelos da combustão empregando técnica de transporte de função densidade de probabilidade (PDF)
  4. Caracterização experimental da combustão turbulenta empregando técnicas laser

Home