Simulación numérica de un quemador de estufa doméstica operando con mezclas de gas natural e hidrógeno

Abstract

RESUMEN : Este trabajo de grado cuantifica las propiedades de la combustión de mezclas de metano (CH4) e hidrógeno (H2) con el objetivo de estudiar la intercambiabilidad del gas en el quemador. Las características termo-físicas de la combustión del quemador de estufa doméstica con mezclas de CH4 y H2 se analizan mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD por sus siglas en inglés) utilizando ANSYS-FLUENT. La sustitución de parte del volumen del gas natural de la red por mezclas de GN y H2 es una estrategia que aporta a la transición energética y ayuda a cumplir con el compromiso de la reducción del 51% de las emisiones de carbono para el año 2030 en el país y a la eventual neutralidad de carbono mundial para el año 2050 [1]. Luego de realizar las simulaciones numéricas se observa que, efectivamente, las emisiones de carbono y dióxido de carbono (CO2) se reducen a medida que se aumenta el volumen de H2 en la mezcla, así como un aumento en el factor de aireación primario. Del mismo modo se evidencia que a pesar de que el H2 tiene una mayor temperatura de llama adiabática, el hecho de que este arrastre mayor cantidad de aire primario, hace que la temperatura de reduzca de los gases de combustión se reduzca, así como también una reducción en la longitud de llama.

ABSTRACT : This thesis quantifies the combustion properties of methane (CH4) and hydrogen (H2) mixtures in order to study the interchangeability of gas in the burner. The thermo-physical characteristics of the combustion of a domestic stove burner with CH4 and H2 mixtures are analyzed using Computational Fluid Dynamics (CFD) through ANSYS-FLUENT. The substitution of part of the volume of natural gas from the network with mixtures of natural gas (GN) and H2 is a strategy that contributes to the energy transition and helps to meet the commitment to reduce carbon emissions by 51% by 2030 in the country, and eventual global carbon neutrality by 2050 [1]. After performing the numerical simulations, it is observed that carbon and carbon dioxide (CO2) emissions are indeed reduced as the volume of H2 in the mixture increases, as well as an increase in the primary air factor. Similarly, it is evidenced that although H2 has a higher adiabatic flame temperature, the fact that it drags more primary air causes the temperature of the combustion gases to decrease, as well as a reduction in the flame length.