Modelagem e simulação da produção de negro de fumo em reatores FSP

Abstract

Aos meus pais, Maria Elizabeth e Paulo, por todo incentivo dado aos meus estudos, pelo apoio e carinho.Às minhas irmãs, Michele e Melline, pelos conselhos, suporte e por estarem presente quando precisei. À Carina, por sempre acreditar em mim e ter uma palavra amiga. Às minhas amigas, Juliana e Gabriela, por estarem ao meu lado e me apoiarem nos momentos difíceis. Ao meu orientador, Professor Dr. Dirceu Noriler, pela oportunidade, confiança e orientação.A todos os professores do programa de Pós-graduação da FEQ.Aos colegas e amigos do Laboratório de Pesquisa em Processos Químicos e Gestão Empresarial -LPQGe, em especial ao Pedro, Nadine, Fernanda e Felipe pela amizade e por me ajudarem durante essa jornada. Agradeço novamente ao Pedro e ao Felipe, pelo apoio técnico e por estarem sempre dispostos a me ajudar quando as dúvidas surgiram.Ao Fundo de Apoio ao Ensino, à Pesquisa e à Extensão -FAEPEX da UNICAMP pelo auxílio financeiro (n➸ de solicitação 2188/18).Agradeço a todos que, direta ou indiretamente, contribuíram para a realização deste trabalho."Whether you think you can, or you can't, you're right." Henry Ford RESUMOA formação de fuligem durante processos de combustão vem ganhando a atenção dos pesquisadores haja vista que, apesar dos progressos significativos realizados nas últimas décadas, esse fenômeno ainda não é totalmente compreendido. Devido a leis ambientais cada vez mais restritas e ao fato de que a fuligem pode ser usada em casos práticos, como na produção de pós de negro de fumo (carbono nanoestruturado), é necessário prever a quantidade e as características desse componente. O negro de fumo é amplamente empregado nas indústrias automotivas, de plásticos e tintas. Recentemente, devido a suas propriedades de nanoescala como, por exemplo, maior área superficial, o negro de fumo tem se destacado para aplicações em baterias. Além disso, uma técnica alternativa para a produção de nanopartículas que também tem recebido atenção nos últimos anos é a pirólise em sprays flamejantes (FSP), a qual é capaz de fornecer produtos de alta pureza com faixas estreitas de distribuição de tamanhos. Desse modo, um estudo computacional sobre a formação de nanopartículas de negro de fumo em reatores FSP foi realizado empregando-se chamas turbulentas difusivas axissimétricas de p-xileno líquido e ar como gás de revestimento à pressão atmosférica. Um modelo matemático semi-empírico de três equações capaz de predizer a formação, crescimento e oxidação, bem como o diâmetro das partículas de negro de fumo foi desenvolvido e implementado no código comercial de CFD da ANSYS Fluent. O efeito da radiação das nanopartículas na chama foi avaliado a partir de modelos de radiação para o negro de fumo propostos na literatura. Cálculos numéricos foram realizados negligenciando e considerando a transferência de calor radiativa do negro de fumo com o intuito de avaliar esse efeito sobre o perfil de temperatura da chama e da fração mássica de negro de fumo. Os resultados mostraram que o perfil de temperatura é bastante sensível à radiação, ...