Um novo modelo conceitual para descrever a composição de um combustível pode acelerar e simplificar as simulações de combustão. A gasolina e o diesel que injetamos em nossos veículos são um coquetel complexo que pode conter milhares de produtos químicos diferentes. Mas olhe mais de perto para o combustível, e a enorme complexidade começa a se resolver, Pesquisadores da KAUST mostraram.
Em vez de tentar modelar a combustão do combustível com base na longa lista de moléculas que o combustível contém, os pesquisadores encontraram uma abreviatura:eles agora mostram que podem destilar a complexidade em uma lista muito curta de subunidades moleculares ou grupos funcionais dos quais a maioria das moléculas de combustível é feita. Este método radicalmente simplificado para simular com precisão a combustão de combustível foi desenvolvido por Abdul Gani Abdul Jameel sob a orientação de Mani Sarathy e sua equipe.
O projeto partiu da hipótese de que o comportamento de combustão de cada componente de um combustível é ditado pelos grupos funcionais que o compõem. Para corroborar a teoria, a equipe realizou análises de ressonância magnética nuclear de alta resolução nos laboratórios principais da KAUST para identificar os principais grupos funcionais em uma série de combustíveis complexos. Eles então criaram substitutos simples para cada combustível, selecionando uma ou duas moléculas que continham os grupos funcionais no mesmo equilíbrio do combustível real.
Comparando os principais parâmetros de combustão, como tempo de atraso de ignição e ponto de fumaça no laboratório, os pesquisadores confirmaram que os substitutos simples eram imitadores fiéis do combustível real. Eles mostraram um bom substituto necessário para corresponder ao peso molecular médio e conter as proporções corretas de apenas cinco grupos funcionais de carbono-hidrogênio chave:CH 3 , parafínico CH 2 , parafínico CH, naftênica CH – CH 2 e C – CH aromático.
A modelagem de combustão tradicional captura com precisão o comportamento das misturas de combustível, adicionando dados de cinética química detalhados para cada vez mais componentes do combustível, mas a desvantagem é que a simulação torna-se proibitivamente lenta para ser executada. “Mostramos que não é necessário adicionar complexidade aos modelos, contanto que características subjacentes de parâmetros moleculares mais simples, os grupos funcionais, são capturados, "Sarathy diz.
O método da equipe para fazer substitutos de combustível simples irá melhorar diretamente o projeto de novos motores eficientes, explica Abdul Jameel. "Usar um número mínimo de componentes reduz significativamente o tempo envolvido no desenvolvimento de modelos cinéticos químicos e os gastos computacionais envolvidos na simulação da combustão em motores de combustão interna, " ele diz.
Mas a abordagem baseada em grupo funcional da equipe irá muito além da formulação substituta. "Atualmente, estamos desenvolvendo modelos baseados em aprendizado de máquina para prever as propriedades de combustão de combustíveis com base em seus grupos funcionais, "Abdul Jameel acrescenta.
