Determinação experimental de limites de inflamabilidade e temperatura de auto-ignição de petro e biocombustíveis em tubo de combustão

Orientador : Prof. Dr. Everton Fernando ZanoeloDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias Exatas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Defesa: Curitiba, 08/10/2010Bibliografia: fl.78-88Área de concentração: Engenharia QuímicaResumo: Ensaios experimentais para a determinacao de limites de inflamabilidade de vapores de diferentes combustiveis puros e em mistura foram realizados na presenca de ar como oxidante. Os experimentos foram conduzidos em um tubo de combustao construido em vidro e operando a pressao atmosferica. Nas extremidades opostas da camara cilindrica de combustao foram acoplados uma fonte de ignicao e um pre-misturador, utilizado para homogeneizacao da mistura comburente. Uma bomba peristaltica com controle de vazao e um soprador foram envolvidos no bombeamento dos combustiveis liquidos e de ar, respectivamente. As vazoes do unico combustivel gasoso utilizado nos ensaios (GLP) e de ar necessario para combustao foram determinadas com auxilio de um rotametro. Uma serpentina inserida em uma camara termicamente isolada, a temperaturas superiores a de ebulicao dos combustiveis liquidos a pressao atmosferica, foi empregada para vaporizacao destas especies quimicas. As fracoes volumetricas minimas e maximas de vapores de combustivel nas misturas gasosas que ocasionaram a formacao de uma chama estavel quando submetidas a ignicao definiram os limites inferiores e superiores de inflamabilidade dos combustiveis investigados, respectivamente. Os valores encontrados destes parametros para GLP, alcool etilico e acetona estao em acordo com os resultados reportados na literatura e corroboram a metodologia utilizada nos ensaios experimentais. As amostras de alcool anidro, gasolina e oleo diesel apresentaram os seguintes intervalos de inflamabilidade, respectivamente: 3,8 „b 0,05 % a 19,9 „b 0,3 %; 1,3 „b 0,02 % a 7,2 „b 0,3 %; 0,6 „b 0,01 % a 5,7 „b 0,04 %. Novamente, dados de diferentes fontes da literatura validam os resultados obtidos nesta investigacao. A adicao de biocombustiveis em petrocombustiveis demonstrou efeitos positivos analogos sobre os limites inferiores de inflamabilidade das misturas de alcool anidro-gasolina e biodiesel-oleo diesel. Entretanto, o limite superior da primeira mistura aumentou de forma aproximadamente linear quando o percentual de alcool anidro na gasolina foi variado de 0 a 25%, enquanto o mesmo parametro para a mistura biodiesel-oleo diesel decresceu de forma exponencial entre 0 a 50% de biodiesel. As temperaturas de auto-ignicao do bioetanol da mistura comercial B4 (4% de biodiesel no petrodiesel) foram experimentalmente determinadas. O efeito da temperatura sobre os limites de inflamabilidade deste ultimo combustivel tambem foi investigado.Abstract: A set of experiments was carried out to determine the flammability limits of pure and mixed fuels involving air as oxidant. The results were obtained in a combustion tube made of glass and operated at atmospheric pressure. An ignition source was inserted in one end of the cylindrical combustion chamber, while on the other was connected a mixing device to have a homogenous air-fuel vapors mixture. A variable speed tubing pump and a moderate pressure blower were used to pump liquid fuels and air, respectively. The flow rates of air and of the single gaseous fuel (LPG) involved in the experiments was measured and regulated through flow controllers. A serpentine copper tube placed inside a thermally isolated oven at a temperature higher than the boiling point of the liquid fuels was used to vaporize them. The lowest and highest volumetric fraction of vapor fuels that formed an stabilized flame when the air-fuel mixture received a discharge upper than the minimum ignition energy defines the lower and upper flammability limit, respectively. The found experimental values of these parameters for LPG, ethylic alcohol and acetone are in close agreement with results reported in the literature. This finding supports the reliability of the experimental apparatus and procedure involved in the experiments to determine the flammability limits. Samples of ethanol, gasoline and diesel presented the following flammability limits, respectively: 3.8 „b 0.05 % to 19.9 „b 0.3 %; 1.3 „b 0.02 % to 7.2 „b 0.3 %; 0.6 „b 0.01 % to 5.7 „b 0.04 %. Available data from different references have validated these results. Analogous positive effects on lower flammability limits were evidenced for ethanol-gasoline and biodiesel-diesel fuels when biofuels were added in petrofuels. However, the upper flammability limit of the first mixture show a linear increase when increasing ethanol from 0 to 25%, instead the same parameter for biodiesel-diesel mixture decreased exponentially in a range of 0 to 50% of biodiesel. The auto-ignition temperatures of the bioethanol and of the B4 commercial mixture (4% of biodiesel and petrodiesel to complete) were experimentally determined. The influence of temperature on the flammability limits of this last fuel was also investigated