Análisis teórico y experimental de la combustión estabilizada en la superficie de un medio poroso confinado

Abstract

RESUMEN: En este trabajo se realiza un estudio de la combustión estabilizada sobre la superficie de un medio poroso confinado, en donde se evalúan parámetros como los perfiles de temperatura al interior del medio poroso, estabilidad y morfología de llamas, emisiones contaminantes, efectos de la recirculación de gases sobre la estructura de la llama, entre otros. Lo anterior, debido a que no hay reportes de la combustión estabilizada en la superficie de medios porosos confinados, lo cual es un vacío teniendo en cuenta que para aprovechar eficientemente la energía aportada por los combustibles, el calor debe concentrarse, tal como sucede en motores de combustión interna, turbinas y hornos. Para abordar el problema, se realizan análisis teóricos, numéricos y experimentales, tomando como base estudios previos realizados por el grupo GASURE y la revisión del marco teórico y estado del arte. Se hace una descripción detallada de la metodología implementada para evaluar los aspectos teóricos, como también los modelos, suposiciones (o simplificaciones) utilizados en las simulaciones numéricas y las técnicas de medición de cada uno de los parámetros evaluados experimentalmente, destacando la implementación de la técnica OH-PLIF para realizar un diagnóstico óptico de la combustión (morfología de llama). Uno de los hallazgos de este trabajo es que en la combustión estabilizada sobre la superficie de medios porosos confinados, prima el efecto del régimen de la transferencia de calor sobre los efectos de la recirculación de gases, lo cual se evidenció en los resultados de la morfología de llama, emisiones contaminantes, perfiles de temperatura del medio poroso y rango de operación del quemador, tanto numérica como experimentalmente. Lo anterior, se pudo establecer al comparar la combustión estabilizada sobre la superficie del medios poroso confinado con respecto a uno no confinado. Adicionalmente, se encontró que para la geometría utilizada en los experimentos se generaron fenómenos termo-acústicos en el quemador confinado, los cuales no se presentan en condiciones de no confinamiento y que además, al modificar la geometría de la sección de salida del quemador, el efecto termo-acústico puede mitigarse o incluso disiparse.