Temperatura inicial do grão de propelente

A temperatura afeta a taxa de reações químicas, logo a temperatura inicial do propelente influencia na taxa de combustão. Mas esse efeito só é considerável, para os tipos de propelentes propostos por este trabalho, em temperaturas abaixo de 0ºC e varia muito pouco entre 0ºC e 40ºC, de acordo com Nakka, (2). Portanto, para lançamentos no clima brasileiro, esse efeito é desprezível.

Velocidade dos gases fluindo paralelos à superfície

Para a maioria dos propelentes uma velocidade de fluxo muito alta leva a variações na taxa de combustão. Essa variação se deve ao aumento da taxa de convecção devido ao fluxo turbulento dos gases. Quando a taxa de combustão aumenta devido ao fluxo o efeito é conhecido por combustão erosiva. A maioria dos propelentes possui uma velocidade inicial onde o fenômeno passa a ocorrer, abaixo dela ou não existe variação ou acontece o que é conhecido por combustão erosiva negativa. A negativa acontece possivelmente pela mudança nos processos físicos de transferência de calor que controlam a taxa de combustão. Nakka, (2) e Gordon, (13).

Na Figura 6 o propelente A tem uma velocidade critica de aproximadamente 240 ft/s, não apresenta combustão erosiva negativa e exibe um grande aumento da taxa de combustão em relação à velocidade do fluxo. O propelente B (AP/Poliuretano) tem uma velocidade critica mais baixa, combustão erosiva negativa e combustão erosiva acima da velocidade inicial. Em velocidades baixas o processo de transferência de massa domina a transferência de calor, Nakka, (2), mas à medida que a velocidade aumenta o mecanismo de convecção começa a se tornar mais significante, como se pode observar na Figura 7.

Figura 6 - Influencia da Velocidade dos gases dentro do grão na Taxa de Combustão. NASA, (14).

Figura 7 - Relação velocidade e natureza de transferência de calor, Kuo, (15).

Para se evitar o efeito da combustão erosiva deve-se projetar o motor com uma relação entre a área de passagem dos gases no propelente e a área da garganta da tubeira. Wang e Feng, (16), sugeriram uma forma de calcular a relação crítica de áreas a partir da qual a combustão erosiva passa a acontecer. Essa relação é dada por: 

Onde J é a relação entre a área de passagem e a área da garganta dada por: 

Sendo A* a área da garganta e A_p a área de passagem dos gases no grão. Essa relação foi comprovada por ensaios e a teoria se mostrou muito precisa. Os valores de J giram em torno de 0,56, portanto a regra básica, recomendada por muitas referências, da área de passagem ser duas vezes maior que a área da garganta, é uma boa escolha. A velocidade dos gases dentro do grão é aumenta ao longo do seu comprimento, já que a vazão é gerada em toda área ao longo da seção de passagem. Por isso, a relação entre comprimento e diâmetro externo do grão deve ser limitada para se evitar queima erosiva no fim do grão. A regra geral,é uma relação L/D menor que 5. Acima deste valor podem-se usar grãos de seção variável, aumentando a área A_p quanto mais próximo da tubeira, mas o projeto e a produção de um grão nessa geometria são mais complexos.