Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-24T09:03:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fassani_FabioLuis_D.pdf: 4581004 bytes, checksum: 522f53b51ed91bca9f748a16cea9d03e (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: A combustão de óleo combustível em equipamentos industriais é um processo que fornece energia para aquecimento, geração de vapor e produção de energia elétrica, entre outros. A fuligem que se forma durante a combustão ocasiona aumento da taxa de transferência de calor por radiação entre os gases produtos da combustão e as superfícies de troca de calor do equipamento de processo, o que ocorre devido à luminosidade da chama. O gás natural tem sido utilizado para substituir o óleo combustível, porém esse gás produz pouca fuligem e pode ocasionar diminuição das trocas térmicas nos equipamentos projetados para óleo combustível. Assim, observa-se que o conhecimento da relação entre a concentração de fuligem na chama e a transferência de calor fornece subsídios para o projeto de caldeiras e fornalhas. O problema abordado nesse trabalho consiste em determinar a relação entre a transferência de calor e a fração volumétrica de fuligem em uma câmara de combustão cilíndrica horizontal, considerando a rotação imposta ao escoamento. O foco principal do trabalho é experimental. Para conduzi-lo, foi projetada e construída uma câmara de combustão dotada de um queimador que induz rotação ao escoamento. A concentração de fuligem foi determinada a partir da variação da intensidade de feixes de luz laser ao passar pela câmara. Complementarmente ao trabalho experimental realizado, para estimar a influência da presença de fuligem, do comprimento da chama e outros parâmetros sobre as trocas térmicas, foi elaborada uma simulação numérica da transferência de calor em uma câmera de combustão cilíndrica, empregando-se o método das zonas. A principal contribuição do trabalho foi indicar que a fração volumétrica de fuligem depende tanto do excesso de ar quanto do número de rotação do escoamento e que para o maior excesso de ar considerado, quanto menor a fração volumétrica de fuligem, menor a taxa de transferência de calor. Os resultados numéricos sugerem que a adoção de um padrão de liberação de energia pela chama foi o fator preponderante para a intensificação das trocas de calor / Abstract: Fuel oil combustion in industrial equipment is a process that provides energy for heating, steam generation and production of electrical energy. Soot produced during combustion causes an increase in the radiation heat transfer rate between the combustion gases and the heat exchange surfaces of the process equipment, due to the flame luminosity. Natural gas has been used as a substitute to fuel oil, but this gas produces little soot and may cause a decrease in the thermal exchanges that take place in equipment originally designed to burn fuel oil. Thus, the knowledge of the relationship between soot concentration in the flame and heat transfer provides subsidies for the design of boilers and furnaces. The issue addressed in this work is to determine the relationship between heat transfer and the soot volume fraction in a horizontal cylindrical combustion chamber, considering the swirling intensity of the flow. The main focus of the work is experimental. To accomplish it, a combustion chamber equipped with a swirl burner to induce rotation to the flow was designed. Soot volume fraction was assessed by means of a laser beam directed towards the chamber. Additionally to the experimental work, a numerical simulation of the heat transfer in a cylindrical combustion chamber was carried out to estimate the influence of soot, flame release pattern and other parameters on the thermal exchanges. The main conclusion of the work was to indicate that the soot volume fraction depends both on the excess air and the swirl number of the flow. In the highest excess air employed, the lower the soot volume fraction, the lower the heat transfer rate. The numerical results suggest that the flame energy release pattern was the most important contributing factor to increase the heat transfer / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientador: Waldir Antônio Bizzo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-26T13:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NavarreteCereijo_German_M.pdf: 5308158 bytes, checksum: e2000224af9eab9b23e1890faab22618 (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Este trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo simples para a simulação numérica da combustão de uma partícula pequena de bagaço numa fornalha industrial. Com este fim foi feito um estudo das principais etapas na combustão de uma partícula de biomassa: secagem, devolatili- zação, gaseificação e combustão do carvão. Destaca-se os modelos cinéticos para cada etapa e os mecanismos de transferência de calor por radiação em gases e de massa por convecção. Também foi modelada a trajetória vertical da partícula baseando-se nas forças de empuxo, peso e a força de arrasto com o objetivo de desenvolver uma ferramenta para determinar quais partículas são quei- madas em suspensão, quais são queimadas na grelha e quais são arrastradas pelo escoamento de gases. Para a simulação foi desenvolvido um programa em Fortran 90 onde a resolução numérica das equações diferenciais governantes é feita utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem. As equações governantes para as taxas de consumo da biomassa são determinadas a partir da cinética das reações e do transporte de massa por convecção. A devolatilização é modelada como uma pi- rólise cujo mecanismo de reação é modelado por uma equação cinética de primeira ordem baseada nos parâmetros de Arrhenius. A taxa de consumo de carvão é determinada por duas equações ciné- ticas de primeira ordem baseadas nos parâmetros de Arrhenius que representam a oxidação direta do carbono e a gaseificação do carbono utilizando como reagente o dióxido de carbono. As equa- ções governantes para a temperatura da partícula são determinadas a partir dos balanços de energia para cada etapa. A validação do modelo foi feita em base a outros modelos apresentados na literatura para par- tículas menores a 1 mm obtendo-se resultados consistentes. Nos resultados apresentam-se gráficos de massa, raio, composição e temperatura da partícula, fração molar de oxigênio na superfície da partícula, taxa de consumo da biomassa, e raio do frente de chama em função do tempo tanto para partículas esféricas como cilíndricas. Também apresentam-se gráficas da trajetória e velocidade da partícula variando a forma e tamanho desta e a velocidade do escoamento dos gases dentro da fornalha / Abstract: The aim of this work is to develop a simple model for the numerical simulation of the com- bustion of a small particle of bagasse in an industrial furnace. To this end a study of the main stages of the biomass particle combustion was carried out. Thats stages are: drying, devolatiliza- tion, char gasification and char combustion. Kinetics models for each stage and the mechanisms of heat transfer by radiation in gases and convective mass models are presented in details. Also, the vertical trajectory of the particle was modeled based on buoyant force, weight and drag force in order to develop a tool for determine which particles are burned in suspension, which are burned on the grate and which are dragged by the gas flow. It was developed a program in Fortran 90 where the numerical solution of the governing diffe- rential equations is done using a fourth order Runge-Kutta. The governing equations for the bio- mass consumption rates are determined by kinetics equations and convection mass transport. The devolatilization is modeled as a pyrolysis which reaction mechanism is modeled by a first order kinetic equation based on the Arrhenius parameters. The rate of coal consumption is determined by two first-order kinetics equations based on the Arrhenius parameters that represent the direct char oxidation and char gasification using as reagent carbon dioxide. The governing equations for the particle temperature are determined from the energy balance for each stage. Model validation is carried out by comparing the predictions with other models taken from the literature for particles smaller than 1 mm giving consistent results. The results are presented plotting the following variables as a function of time: particle mass, raio, composition and tempe- rature, oxygen concentration on the particle surface, consumption rate of biomass and flame front raio for both spherical and cylindrical particle. Also, graphics of the particle speed and trajectory are presented, varying particle¿s shape and size and gas flow velocity of gases inside the furnace / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: João Andrade de Carvalho Junior / Coorientadora: Ana Maura Araujo Rocha / Banca: Ivonete Ávila / Banca: Marco Antonio Rosa do Nascimento / Resumo: O presente trabalho foi desenvolvido com a finalidade de avaliar a combustão do óleo pirolítico, obtido a partir de pneus inservíveis, tendo sido levadas em consideração as viabilidades energética e ambiental para seu emprego como combustível alternativo, em um processo de combustão convencional. A primeira etapa consistiu em uma revisão da literatura sobre a grande quantidade de pneus inservíveis gerados no mundo e as principais rotas de disposição destes, a fim de ressaltar a relevância do estudo do óleo pirolítico de pneus (OPP) como uma alternativa de solução energética e ambiental. Assim como, verificaram-se suas principais propriedades físicoquímicas, que fazem deste, um atrativo combustível alternativo. Posteriormente, foi desenvolvido um modelo de equilíbrio químico utilizando o método de minimização da energia livre de Gibbs para obter uma estimativa da formação e emissão dos principais produtos da combustão do OPP. Neste, foram avaliadas as concentrações dos produtos da combustão da mistura de óleo pirolítico de pneus e óleo diesel, focando-se principalmente na influência promovida pelas emissões de SO2 ao se aumentar a concentração do óleo diesel na mistura. Os testes experimentais foram realizados utilizando uma câmara de combustão de paredes não isoladas, constituída de dois módulos desmontáveis. Foi empregado nestes testes um queimador, no qual foi montado um swirler axial de pás movíveis que permitiu avaliar a influência do ângulo das pás do swirler sobre as concentrações dos produtos da combustão (CO, CO2, NOx e O2). Um problema crucial foi a elevada formação e deposição de material particulado, o que conduziu os experimentos a algumas paradas durante os testes, devido ao entupimento reiterativo do bico injetor e do filtro do compressor, utilizado na ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This study was conducted in order to evaluate the combustion of pyrolytic oil derived from waste tires, for which the energy and environmental feasibility of its use as an alternative fuel in a conventional combustion process were considered. The first stage consisted in a review of literature about the large amount of waste tires generated in the world and the main disposal routes of them, to highlight the relevance of the study of tyre pyrolytic oil (TPO) as an alternative energy and environmental solution. Also, its main physico-chemical properties that make it an attractive alternative fuel was verified. After that, a chemical equilibrium model using the Gibbs free energy minimization method to obtain an estimate of the formation and emission from the main combustion products of TPO was developed. At this, the concentrations of the combustion products of the blend between tyre pyrolytic oil and diesel fuel were assessed mainly focused on the promoted influence by SO2 emissions with the increase of diesel fuel in the mixture. The experiments were carried out using a combustion chamber of non-isolated walls that consisted of two removable modules. A burner was used in the experiments, which was mounted an axial swirler of movable blades that allowed to assess the influence of the swirler blades angle on concentrations of combustion products (CO, CO2, NOx and O2). A crucial issue was the elevated formation and deposition of particulate matter, which led the experiments a few stops during the tests, due to reiterative clogging the nozzle and compressor filter used in the exhaust. The results showed the viability of the TPO's use as an alternative fuel, using only a commercial type atomizer pressure swirl for its atomization. The flame was stable for the equivalence ratio values below 0.92. Furthermore, emissions of ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Saulo Philipe Sebastião Guerra / Banca: Ivana Cesarino / Banca: Vladimir Eliodoro Costa / Resumo: A utilização da biomassa vegetal está se apresentando como uma alternativa viável para a sustentabilidade energética das futuras gerações. Apesar dessa crescente necessidade de fontes renováveis, são poucos os trabalhos que caracterizam a viabilidade dos tocos para fornecimento de energia. O tema tocos é inovador e, por isso, existem poucos relatos, na literatura nacional, sobre este assunto. O objetivo principal da pesquisa foi realizar a caracterização físico-química de tocos de florestas plantadas de eucalipto, avaliando os efeitos de clone e tempo de estocagem, contribuindo, assim, no conhecimento que envolve a conversão da biomassa florestal em energia. Para isso, foram utilizadas as espécies de tocos de eucalipto, Eucalyptus grandis × camaldulensis, Eucalyptus urophylla × grandis, e Eucalyptus grandis. A biomassa foi coletada com tempo de estocagem de 0,15, 30, 45, 60, 75 e 90 dias. As análises realizadas foram: análise imediata, análise elementar, poder calorifico, densidade básica, cloro e umidade. O trabalho foi desenvolvido em um experimento inteiramente casualizado e considerou-se um esquema fatorial (3 x 7) com dois fatores, 3 clones e 7 tempos. Foram realizados modelos lineares generalizados e quando apresentada diferença significativa, foi realizado o teste TUKEY-KRAMER para a comparação entre as médias. O fator tempo não apresentou diferença significativa em nenhuma das variáveis analisadas. A densidade básica da madeira e o poder calorífico superior não aprese... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of plant biomass is a viable alternative for the sustainability of future generations. Firstly, there are renewable energy sources, these are the jobs that characterize the viability of the stumps for energy supply. The theme is very innovative, however, we must consider the existence of some reports in the national literature on this subject. The main objective of the research is to perform a physical-chemical analysis of stumps of eucalyptus planted plants, evaluating the effects of the clone and the time of storage. Thus contributing, no knowledge that involves the emission of the forest biomass in energy. The species Eucalyptus, Eucalyptus grandis × camaldulensis, Eucalyptus urophylla × grandis, and Eucalyptus grandis were studied. The biomass was collected with storage time of 0.15, 30, 45, 60, 75 and 90 days. They were analyzed (immediate analysis, elemental analysis, calorific value, basic measurement, chlorine and humidity). The work was developed in a completely randomized experiment and considered a factorial scheme (3 x 7) with two factors, 3 clones and 7 times, generalized linear models were performed and when it made the difference, the TUKEY-KRAMER test was performed for a comparison between averages. At present, the ability to analyze is not determined. The basic magazine of wood and calorific power superior non-frequent when compared to the behaviors time and clone. The ash content, the volatile content, the fixed carbon and the difference between all the clones. Hyphloria, hydrogen, oxygen, nitrogen, sulfur and chlorine are also significantly different for a 5 % probability of biomass production and for energy production. The analyzed conditions, the studied eucalyptus clones can be considered with a renewable biofuel and have a great energetic potential. / Mestre

Orientador: Pedro Magalhães Sobrinho / Resumo: O Brasil tem uma grande capacidade para produzir biocombustíveis devido a sua extensa área territorial com grande produtividade de matéria-prima para este setor. O Governo Federal vem investindo bastante neste setor, pois além de ser estratégico economicamente, também tem grandes vantagens na luta contra o aquecimento global. Desde 2005, ano em que se iniciou a comercialização do biodiesel em caráter voluntário, até 2017 a produção cresceu de 736 m3/ano para 4291294 m3/ano. Isto se deu devido a política de aumento obrigatório da porcentagem de biodiesel misturado ao diesel de petróleo de forma gradativa até o nível de 10% (B10) em 2018. Neste trabalho propõe-se um sistema de cogeração utilizando um motor de combustão interna (queimando gás natural), um queimador suplementar e uma caldeira de recuperação para gerar energia elétrica e vapor superaquecido necessário para o processo de reforma a vapor do glicerol; comparando-o com outro sistema proposto por Galarza (2017) que utiliza microturbina à gás. Este sistema será estudado para uma planta capaz de produzir 17820 m3/ano de biodiesel operando 7920 h/ano. Foi escolhido um motor de combustão interna com potência de 200 kW e consumo de 42,9 kg/h, pois foi o motor com menor consumo, mas que mantêm o nível de temperatura dos gases de exaustão (471,8 ºC). Energeticamente o sistema se demonstrou viável, mas possui grande perda de calor na chaminé que poderia ser aproveitada, como na produção de água quente por exemplo. A análise ex... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Brazil has a large capacity to produce biofuels due to its extensive land area with high productivity of raw material for this sector. The Federal Government has been investing a lot in this sector, since besides being economically strategic, it also has great advantages in the fight against global warming. Since 2005, when the commercialization of biodiesel began on a voluntary basis, by 2017 production increased from 736 m3/year to 4291294 m3/year. This was due to the policy of mandatory increase of the percentage of biodiesel mixed with petroleum diesel gradually until the level of 10% (B10) in 2018. In this work, a cogeneration system is proposed using an internal combustion engine (burning natural gas), an additional burner and a recovery boiler to generate electrical energy and superheated steam necessary for the steam reforming process of glycerol; comparing it with another system proposed by Galarza (2017) that uses microturbine to gas. This system will be studied for a plant capable of producing 17820 m3/year of biodiesel operating at 7920 hours per year. An internal combustion engine with a power of 200 kW and a consumption of 42.9 kg/h was chosen, because it was the engine with the lowest consumption, but it maintains the level of temperature of exit (471.8 ºC). Energetically the system has proven viable, but it has great heat loss in the chimney that could be better used, as in the production of hot water for example. Exergetic analysis helps to understand the sys... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho, foi investigada a influência de alguns agentes controladores de processo (ACP), a saber: ácido esteárico, etanol, metanol e ciclohexano, na ativação mecânica de misturas de pós de 25% at. de nióbio e 75% at. de alumínio (correspondente à estequiometria do composto intermetálico NbAl3), com posterior reação de combustão. Os agentes foram adicionados à mistura em questão com o intuito de estabelecer um equilíbrio entre os eventos de soldagem e fratura durante o processamento em moinho de alta energia SPEX® 8000. A influência das variáveis (tipo e quantidade) relativas aos ACPs na densidade relativa das pastilhas reagidas de NbAl3 foram avaliadas mediante a elaboração de planejamentos de experimentos, do tipo composto central para dois fatores, para cada agente. Foi possível construir modelos empíricos para os ACPs ácido esteárico, metanol e ciclohexano, capazes de relacionar numericamente as variáveis (tempo de moagem e quantidade de ACP) investigadas em cada planejamento e indicar a melhor condição para se obter a otimização da resposta avaliada. Os resultados das análises de distribuição granulométrica e a caracterização microestrutural por microscopia eletrônica de varredura permitiram avaliar os efeitos dos agentes na distribuição do tamanho de partículas e na formação dos agregados de Nb/Al. A influência dos ACPs na evolução da reação de combustão foi avaliada mediante a análise das temperaturas de ignição registradas durante o processo. A espectroscopia no infravermelho possibilitou sugerir um mecanismo para a atuação do ácido esteárico e dos álcoois (etanol e metanol) com os pós metálicos durante a moagem. Constatou-se que os agentes afetam de forma significativa o processo de ativação mecânica, resultando em diferentes resultados de densidade relativa. Essa influência depende do tempo de moagem adotado. Os efeitos mais pronunciados na cinética de moagem e as maiores densidades relativas para o NbAl3 foram obtidos com o uso dos agentes ácido esteárico e etanol. / In this work, the influence of some process control agents (stearic acid, ethanol, methanol and cyclohexane) in the mechanical activation of powder mixtures of 25% at. niobium and 75% at. aluminum (stoichiometry of the intermetallic compound NbAl3) followed by combustion synthesis reaction, was investigated. The process control agents (PCA) were added to the mixtures to establish a balance between welding and fracture of powder particles during high energy ball milling in SPEX® 8000. The influence of PCAs variables (type and quantity) in NbAl3 bulk densities was evaluated by central composites experimental designs elaborated for each PCA. It was possible to construct empirical models for stearic acid, methanol and cyclohexane. These models were able to establish the relationship between the investigated variables (milling time and quantity of PCA) and to indicate the better conditions to optimize the response. Particle size and SEM microstructural analysis allowed evaluating the effects of PCAs on size distribution and formation of Nb/Al aggregates. The influence of PCAs on the combustion reaction was evaluated by recording the thermal profiles of the pellets during the process. From the results of the infrared spectroscopy analysis it was possible to suggest a mechanism for the behavior of stearic acid and alcohols (ethanol and methanol) with metallic powders during milling. It was verified that PCAs affect significantly the mechanical activation process, resulting in NbAl3 pellets with different bulk densities. This influence depends on the milling time utilized. The more pronounced effects in the milling kinetic and major densities were produced with stearic acid and ethanol agents.

Em motores de combustão interna, o entendimento do processo de combustão é de fundamental importância para o desenvolvimento de modelos de queima empregados em simuladores de ciclos termodinâmicos, sendo a curva de pressão medida na câmara uma das principais fontes de informações a respeito deste processo. Além disto, este entendimento fornece subsídios valiosos para o projeto e desenvolvimento de novas câmaras de combustão, de componentes e do próprio motor. O objetivo deste trabalho é, a partir da medição da pressão na câmara de combustão de motores de ignição por centelha, obter informações a respeito da evolução da combustão, tais como taxa de liberação de calor e fração de massa queimada em função da posição angular do virabrequim. Para tanto, supõe-se a câmara de combustão dividida em três zonas, a saber: a de gases não queimados, composta pela mistura fresca admitida pelo motor e uma fração de gases residuais; a de gases queimados resultantes da combustão e a de gases não queimados contidos em frestas. Uma frente de chama adiabática, com formato esférico e interagindo com as paredes da câmara é admitida como interface entre as zonas queimada e não queimada. São também considerados os efeitos da dissociação química dos produtos da combustão, de troca de calor com as paredes e os de vazamento de gases da câmara para o cárter (blow-by). O modelo construído a partir destas hipóteses foi traduzido em um código computacional e aplicado a curvas de pressão geradas por um simulador e obtidas experimentalmente em um motor específico. / Understanding the combustion process in IC engines is very important to develop combustion models used in thermodynamic cycle simulators, and the in-cylinder pressure history is the basic source of information about this process. Besides, this understanding provides valuable knowledge to design and develop new combustion chambers, components and the engine itself. The purpose of the present work is to obtain information about combustion development in SI engines from in-cylinder pressure measurements, in terms of variables such as heat release and mass fraction burned as a function of crank angle. The combustion chamber is divided into three zones, comprising burned gases, mixture of fresh charge and residual gases, and gases in crevices. A spherical and adiabatic flame front that interacts with the chamber walls is assumed to separate the burned and unburned zones. The proposed model considers chemical dissociation at high temperatures, heat transfer and blow-by as well. The model built from the assumptions above was implemented as a numerical code and applied to a specific engine, using both cylinder gas pressure data from a cycle simulator and experimentally obtained.

Combustão pré-misturada dentro de meio poroso é área de intensa pesquisa na atualidade. Isto se deve à necessidade da indústria na utilização de câmaras de combustão com alta eficiência e baixa emissão de poluentes. Aplicações desta tecnologia em áreas como produção de hidrogênio, exploração de petróleo e aquecimento doméstico estão sendo investigadas por vários grupos de pesquisa. Neste trabalho são apresentadas simulações numéricas da combustão em meio poroso. Um modelo laminar, bidimensional, baseado em uma formulação macroscópica para as equações de transporte foi adotado. A cinética química é modelada através de dois mecanismos reduzidos, 6 e 8 equações elementares. O método numérico empregado é o de volumes finitos em um sistema de coordenadas generalizadas. Foram investigados três protótipos de reatores porosos e comparados os resultados das simulações aos resultados experimentais encontrados na literatura. Esta tecnologia tem como fundamento o controle sobre a chama a partir da possibilidade de uso de diferentes materiais porosos dentro do reator. Para um melhor entendimento das características dos materiais porosos e sua influência sobre a chama, foram realizadas análises de sensibilidade de vários parâmetros relacionados aos materiais porosos e às condições de entrada no reator.

Uma combustão eficiente depende de muitos fatores, tais como injeção de combustível, turbulência e características de ignição. Com a melhoria dos motores de combustão interna a intensidade de turbulência e a pressão interna vêm aumentando, demandando com isso sistemas de ignição mais potentes e eficientes. Em motores de injeção direta, as cargas estratificadas resultantes do spray direto guiado por fronteiras ou ainda por escoamento requerem ainda mais energia. Neste trabalho foi investigado o efeito de diversos parâmetros de ignição nos fenômenos elétricos e mecânicos ligados à abertura e sustentação do arco elétrico e ao processo de combustão. Para isso foram estudados limites de centelhamento, diferentes níveis de energia, bobinas e velas com maiores ou menores perdas internas, diferentes cargas impostas ao sistema de ignição e diferentes sistemas. Foram feitas três bancadas de testes: uma com ignição indutiva padrão; uma com ignição indutiva de alta voltagem e uma com ignição capacitiva de alta energia, com voltagem e capacitância variáveis. A aquisição de dados foi feita através de osciloscópios com pontas de prova específicas e fotografias de alta velocidade utilizando a técnica schlieren, que permite avaliar efeitos térmicos e ondas de choque geradas nos processos de centelhamento e combustão. Os resultados obtidos através destes experimentos mostraram que os sistemas de ignição veiculares padrão ainda podem melhorar muito em voltagem, atraso de resposta, limite de centelhamento e energia entregue à câmara de combustão. Com os sistemas de alta voltagem e/ou energia testados neste trabalho, indutivo e especialmente o capacitivo, pode-se aumentar consideravelmente as folgas de vela, o que melhora bastante o rendimento global dos motores de combustão interna.

In the last decade the hybrid propulsion has been considering as a viable alternative of chemical energy conversion stored in propellants into kinetic energy. This energy is applied in propulsive systems of manned platforms, maneuvering procedures and even in the repositioning process of micro satellites. It presents attractive features and good balance between performance and environmental impact. Paraffin based grains are the hybrid solid fuels appointed as polymeric fuel substitute. The liquid layer formed on the burning surface ensures high regression rate when driven into the flame front. Paraffin grains allow raw material recovery and reduce the risk of explosion in the presence of erosive burning. The structure of the grain and the control of the liquefying burning surface layer depend on the additives concentration, such as carbon black, which are added to the fuel matrix during the production process. In the solid propellant paraffin based grain a cylindrical center port developed during the centrifugation tends to concentrate carbon black in the outer region of the grain. The influence of carbon black distribution and hardness gradient in paraffin based grain were evaluated in this work. Despite being a well-known material, scarce data on the relation of activation energy (Ea) of paraffin is available. In this work, the kinetic parameters (activation energy and pre-exponential factor) of microcrystalline 140/1450F paraffin have been raised through Thermo Gravimetric Analysis in conjunction with the Arrhenius kinetic mechanism, according to ASTM-E1461. The analysis indicated that the microcrystalline 140/1450F paraffin presents activation energy of 242 kJ.mol-1 and pre-exponential factor from 1.42x1020 min-1 to 2.90x1025 min-1. Ignition was achieved with a 50 W pyrotechnic igniter. Firing tests with 140/1450F paraffin as solid fuel and gaseous oxygen (GOX) as oxidizer were carry on at pressure above 3.8 MPa. The study suggests that multiple thin layers grain may generate burning surfaces with hardness and carbon black concentration almost constant. In this work combustion instability presented by rocket engine was calculated applying the frequency and boundary layer delay time relationship as proposed by Karabeyoglu. The frequency instability up to was evaluated using LabVIEW data acquisition system. In hybrid propulsion the carbon black has been playing a key role in the gas production process on the burning surface, the contribution of carbon black in the combustion instability suppression of hybrid propulsion system with paraffin-based propellant was evaluated. The results confirm the potential use of paraffin base propellant grains loaded with carbon black charge in hybrid propulsion. Paraffin propellants grains doped with carbon black (CB - from 2% to 8%) were burned on the rocket engine test workbench in the Aeronautical Engineering Laboratory / ITA. In the hybrid combustion performance evaluation based on conventional methods approach, it was applied graphical means to visualize the flow path results. Through the flow profile adjustment it was identified a global regression rates values near the practical grain consumption. The model represented graphically the relationships between oxidizer mass flow rate from with injection pressure from and it is recommended as a tool to help the hybrid propulsion performance assessment.