Efeito do grafite expandido na combustão e taxa de queima de combustíveis e propelentes sólido e híbrido

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dc.contributor.authorMuller, Gabriele Thamires
dc.date.accessioned2025-12-23T22:01:28Z
dc.date.available2025-12-23T22:01:28Z
dc.date.issued2025-12-23
dc.description.abstractEste Trabalho de Conclusão de Curso investiga o efeito do grafite expandido (EG) na combustão e na taxa de queima de combustíveis sólidos e propelentes sólidos e híbridos, com foco em aplicações em sistemas de propulsão mais seguros, eficientes e controláveis. A propulsão híbrida, embora apresente vantagens significativas em termos de segurança e controle de empuxo, é limitada pela baixa taxa de regressão típica de combustíveis poliméricos. Nesse contexto, o trabalho reúne e discute três artigos científicos que analisam o uso do EG como aditivo para manipular a taxa de queima. Os estudos experimentais envolveram combustíveis poliméricos como poliéster, polibutadieno terminado em hidroxila (HTPB) e parafina, além de propelentes compósitos à base de perclorato de amônio (AP), avaliados em diferentes condições e frações mássicas de EG. Os resultados mostram que a adição de pequenas quantidades de EG pode aumentar significativamente a taxa de regressão de combustíveis poliméricos em motores híbridos, chegando a duplicá-la, efeito atribuído principalmente ao aumento da transferência de calor por condução através das fibras de grafite formadas durante a combustão. Em propelentes sólidos, o efeito do EG depende fortemente da matriz polimérica: formulações AP-HTPB apresentaram aumentos expressivos na taxa de queima, enquanto sistemas AP-poliéster mostraram efeito nulo ou até inibidor da combustão. Conclui-se que o grafite expandido possui elevado potencial como intensificador de taxa de queima, desde que adequadamente ajustado à formulação do combustível ou propelente.
dc.identifier.urihttps://dspace.unila.edu.br/handle/123456789/9528
dc.language.isoen
dc.rightsopenAccess
dc.subjectveículos espaciais - sistemas de propulsão
dc.subjectpropulsão
dc.subjectgrafite
dc.subjectcombustíveis
dc.titleEfeito do grafite expandido na combustão e taxa de queima de combustíveis e propelentes sólido e híbrido
dcterms.abstractThis paper presents an investigation on a novel method for manipulating and enhancing the burning of solid fuels and propellants by expandable graphite additive. Expandable graphite (EG) is a form of intercalated graphite. At elevated temperature it undergoes an increase in volume, forming elongated strings/.bers many folds longer than the original particles//akes. It was found experimentally that the addition of 1-5% of expandable graphite (original particle size 100-150 micrometer, onset of expansion at 200-230°C) to a polymeric fuel matrix (polyester) in hybrid combustion, increased the fuel regression rate by 2 fold and more. It was hypothesized that the EG strings forming near the burning surface protrude into the hot gas environment increasing heat transfer into the fuel via conduction. Furthermore, the swelling effect at the surface layer might increase the effective surface area, hence further increasing the burning rate. High-speed photography of a surface subjected to /ame in oxidizing atmosphere showed EG .bers protruding and growing on the surface, supporting the increased heat transfer hypothesis. On the other hand, the addition of the same EG to an ammonium perchlorate-based propellant showed a tendency to reduce burning rate and even extinguish the /ame at EG fractions higher than about 3-5%. It is concluded that in the case of hybrid or solid fuel ramjet combustion, EG can serve as a novel and effective burning rate enhancer while employing polymeric fuels of good mechanical properties in contrast to para0n fuels which have inferior mechanical properties. The in/uence of EG on the combustion of solid propellants needs further investigation, looking for combinations of EG and propellant types that may exhibit a similar effect.

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