Estudio teórico y experimental de la velocidad de deflagración turbulenta del metano a condiciones subatmosféricas

Abstract

RESUMEN: Durante varios años se ha investigado la combustión turbulenta de combustibles gaseosos en el mundo. Sin embargo, estas investigaciones se centran en estudios a condiciones atmosféricas sobre el nivel del mar (1 atm - 1013 mbar) y condiciones de alta presión y temperatura, y no se encuentran resultados de investigaciones a presiones inferiores a la atmosférica. En el caso colombiano que es un país de alto relieve se presentan las condiciones idóneas para realizar este tipo de estudios, ya que la mayoría de las ciudades están ubicadas por encima del nivel del mar. En este proyecto se levantó una línea base de la velocidad de deflagración turbulenta para el metano a condiciones cercanas de nivel del mar (0.98 atm - 991 mbar) para establecer diferencias con respecto a condiciones de Medellín (0.85 atm - 849 mbar). Este proyecto tiene por objeto profundizar en temas importantes en la combustión, como el estudio de la combustión en régimen turbulento y el manejo de técnicas ópticas y de procesamiento de imágenes para determinar morfologías de llama. Formar personal científico con capacidades especificas en este tema, contribuyendo al aumento de la capacidad científica del país, y formando personas cada vez más competentes para el beneficio de la investigación y el sector industrial. La velocidad de deflagración turbulenta se calculó experimentalmente usando el método del quemador, donde se generan llamas de premezcla turbulenta en un quemador tipo Bunsen, para diferentes condiciones de dosado e intensidad de turbulencia. El caudal de los gases es medido mediante rotámetros debidamente calibrados para cada gas y suministrar la cantidad exacta. Mientras que la intensidad de turbulencia es medida con un anemómetro hilo caliente de temperatura constante. Las llamas turbulentas son estabilizadas usando llamas de difusión de hidrogeno en una ranura anular alrededor del puerto del quemador. Para calcular la velocidad de deflagración turbulenta es necesario determinar el ángulo promedio de 60 imágenes, estas imágenes son obtenidas usando la técnica Schlieren que posteriormente son procesadas mediante un código de computadora y así obtener el ángulo promedio de la llama. Los experimentos y teoría muestran que la velocidad de deflagración turbulenta aumenta a medida que aumenta la presión, igual comportamiento es presentado para la intensidad de turbulencia, donde a lo largo del documento se explica a qué son debidos estos comportamientos. Estos cambios conducen a que la relación entre la velocidad de deflagración turbulenta y laminar incrementa con la presión y con incrementos de la relación intensidad de turbulencia y velocidad de deflagración laminar. La velocidad de deflagración laminar también fue estimada y calculada en este estudio, ya que ésta es un parámetro para posteriores análisis sobre la velocidad de deflagración turbulenta, sobre la velocidad de deflagración laminar se realizaron análisis de sensibilidad.