Manipulando a Taxa de Combustão

Existem muitas formas de se manipular a taxa de combustão de um propelente caso seja necessário. Para propelentes onde o oxidante é a principal influência na taxa de combustão a mudança do tamanho do seu particulado altera a taxa. Alterar a proporção de oxidante/combustível é outra forma de manipular a taxa. Podem ser usados aditivos catalisadores ou supressores que, respectivamente, aumentam ou diminuem a taxa.  A forma mais simples é alterando a pressão na câmara de combustão.

Tamanho das partículas de oxidante

Essa manipulação só é eficiente em propelentes onde o fator determinante da taxa de combustão é o oxidante, como nos propelentes onde o oxidante é perclorato de amônia, que é o caso da maioria dos propelentes profissionais. Nos propelentes amadores mais comuns, KN-açucares e KN-Epóxi, o fator determinante é o combustível. A mudança no tamanho da partícula do oxidante, como pesquisou Richard Nakka, (2), não apresenta grande influência. 

Proporção Combustível / Oxidante

A maioria dos propelentes é fortemente influenciada por essa relação, mas essa mudança é muito restrita já que tanto o desempenho do propelente quanto suas características mecânicas são afetadas.

Aditivos

O uso de aditivos é a forma mais eficiente e usual de se manipular a taxa de combustão. Um aditivo geralmente é usado em pequenas proporções, tipicamente poucos pontos porcentuais da massa total. No caso dos aditivos estes podem agir de diferentes maneiras (ou a combinação de algumas): melhorando o processo de decomposição do combustível ou do oxidante, acelerando a reação dos gases de combustível na zona de combustão e melhorando a taxa de condução de calor da frente de chama para o propelente. Alguns aumentam a taxa de queima alterando o coeficiente de pressão, outros tendem a aumentar o expoente, fazendo o propelente mais sensível a mudanças de pressão. Alguns exemplos de catalisadores citaddos por Nakka, (2), e Sutton, (8):

•  Óxido de ferro (), Óxido de cobre (), Dióxido de manganês () são comumente usados como catalisadores em propelentes de Perclorato de amônia, assim como Cromato de cobre;
• Dicromato de potássio () ou Dicromato de amônia  para propelentes de Nitrato de amônia;
• Óxido de Ferro () e Sulfato de ferro (), Dicromato de potássio em propelentes Kn-Açucar;
• Negro de fumo, basicamente carbono, pode aumentar ligeiramente a taxa de combustão na maioria dos propelentes pelo aumento da transferência de calor da frente de chama para a superfície do propelente.

Figura 9 - Influência do óxido de ferro em propelentes AP/PBAN, NASA, (17).

É importante ressaltar que a adição de um catalisador não só aumenta a taxa de combustão como torna mais fácil o inicio da combustão. Essa é uma dupla vantagem, ao mesmo tempo em que facilita a ignição e leva a um uso mais eficiente do propelente já que o processo inicial de pressurização do motor se torna mais rápido e a curva de empuxo-tempo é mais próxima do projetado. Em casos extremos o propelente fica mais perigoso de se manipular e estocar exigindo muito cuidado em seu uso para evitar uma ignição acidental, já que atinge rapidamente altas pressões.

 Os supressores são usados quando se deseja diminuir a taxa de combustão, ou seja, seu efeito é o oposto dos catalisadores. Em propelentes KN-Açucares a umidade é um eficiente, mas de difícil controle, supressor. Propelentes suprimidos são mais difíceis de se iniciar o processo de combustão e necessitam de sistemas de ignição mais energéticos.

Alteração na Pressão de Projeto

Para propelentes se comportam dentro da Lei de Vieille alterar a pressão de projeto é um meio muito simples de se alterar a taxa de combustão. Para os que entram nos padrões Mesa ou Platô esse efeito é menos significativo. Os limites dessa técnica podem ser observados na Figura 5, na faixa dos expoentes práticos pode-se observar que será necessária uma grande diminuição de pressão para se reduzir a taxa de combustão de forma significativa, o que pode ser um sério problema em relação ao desempenho. Já, aumentar a pressão é mais limitado, já que uma estrutura mais resistente seria necessária e esbarraria em limites de peso e custo.