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dc.contributor.advisorAmell Arrieta, Andrés Adolfo-
dc.contributor.authorMejía Botero, Cristian Camilo-
dc.date.accessioned2020-06-17T16:38:59Z-
dc.date.available2020-06-17T16:38:59Z-
dc.date.issued2020-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10495/15036-
dc.description.abstractRESUMEN: En este trabajo se evaluó de manera numérica y experimental el efecto que tiene el dióxido de carbono (CO2) añadido a través de una fuente externa sobre la estabilidad del régimen de combustión sin llama, para así valorar la posible implementación de esta técnica en procesos industriales que requieren de fuentes térmicas y liberan CO2 dentro de sus reacciones paralelas, como es el caso de la calcinación. Se consideró la cinética química de la reacción de calcinación de la piedra caliza para establecer los flujos de CO2 añadidos al horno, debido a la importancia que tiene esta reacción en el contexto colombiano. Los experimentos fueron desarrollados en el laboratorio del Grupo de Ciencia y Tecnología del Gas y Uso Racional de la Energía (GASURE) de la Universidad de Antioquia, realizándose en condiciones sub atmosféricas (0.84 atm). El combustible utilizado fue gas natural empleando aire normal como comburente. La inyección de CO2 se realizó directamente desde la zona inferior del horno, al que se le midió el perfil de temperatura que mostró una gran uniformidad característica del régimen de combustión sin llama, con gradientes de temperatura menores a 30 K. Para el desarrollo del componente numérico se realizaron simulaciones CFD mediante el software ANSYS- Fluent en las que se evaluó el efecto del cambio del flujo másico de CO2 añadido a través de una fuente externa sobre la uniformidad del perfil de temperatura y emisión de agentes contaminantes, y la relación que tiene el diámetro de inyección de aire de combustión con el flujo másico de CO2 tomando como criterio la estabilidad del régimen de combustión sin llama. Los modelos utilizados para la estimación de la turbulencia, radiación e interacción cinética química- turbulencia fueron los modelos k-ε estándar, ordenadas discretas y Eddy Dissipation Concept, respectivamente, utilizando un mecanismo de reacción de 7 pasos. Para aumentar el poder de estimación de agentes contaminantes, se utilizó el pos procesamiento de Fluent para predecir la emisión de NOx y CO mediante acople de reactores en cadena utilizando el mecanismo de reacción GRI 3.0, el cual cuenta con 325 reacciones y 53 especies y ha sido validado por múltiples autores para reacciones con gas natural. Se dividió el trabajo en dos secciones. La primera evaluó de manera numérica y experimental el efecto que tiene únicamente el CO2 añadido a partir de una fuente externa sobre el régimen de combustión sin llama. En esta se evaluó también el efecto que tiene el factor de aireación sobre la estabilidad del régimen, encontrando que para n=1.3, sin la adición de CO2 se presenta una desestabilización del régimen al presentar destellos de llama, lo cual fue atenuado al ingresar CO2 debido al efecto dilutivo que este genera sobre el sistema. Se evidenció además que al aumentar tanto la cantidad de CO2 como el factor de aireación, se presenta una disminución considerable de la temperatura global del proceso, lo que genera un aumento en la emisión de CO y una disminución en la emisión de NO. Con respecto a la transferencia de calor hacia la carga, se encontró que el aumento del flujo de CO2 añadido al sistema tiene como consecuencia una disminución del calor neto que le llega a la misma, debido a la gran capacidad calorífica que posee este compuesto, lo que aumenta las pérdidas de calor por los humos. Se encontró que la mayor parte de calor que le llega a la carga corresponde a la radiación emitida por las paredes, cuya participación disminuye a medida que aumenta el flujo de CO2 introducido, aumentando más la participación de la radiación transferida por los gases, mostrando que este compuesto actúa como un refrigerante dentro del sistema de combustión por el efecto de la alta capacidad calorífica y por su capacidad de absorber y emitir radiación. La segunda sección evaluó de manera numérica el efecto combinado que tiene el cambio tanto del flujo de alimentación de CO2 como de aire de carga al sistema, para de esta manera simular un proceso real de calcinación. En esta también se evaluó la relación que existe entre el diámetro de inyección de aire de combustión y el flujo másico de piedra caliza, visualizando que a medida que aumenta el diámetro es posible ingresar más piedra al sistema, ya que a mayor diámetro se genera menor recirculación dentro del horno, lo cual aumenta significativamente la temperatura y disminuye la presión parcial de CO2, trayendo como consecuencia un aumento en la velocidad de reacción de la piedra.spa
dc.description.abstractABSTRACT: This work evaluates numerically and experimentally the effect of adding carbon dioxide (CO2) through an external source on the stability of the flameless combustion regime, in order to assess the possible implementation of this technique in industrial processes that require thermal sources and release CO2 within their parallel reactions. The calcination reaction of the limestone was considered to establish the CO2 flows add to the furnace, due to the importance that this reaction has in the Colombia context. The experiments were developed in the laboratory of the Group of Gas Science and Technology and Rational Use of Energy (GASURE) of the University of Antioquia, being carried out in sub-atmospheric conditions (0.84 atm). The fuel used was natural gas using normal air as oxidizer. The CO2 was injected directly from the lower part of the furnace. The temperature profile showed a great uniformity, which is characteristic of the flameless combustion regime. For the development of the numerical component, CFD simulations were carried out using the ANSYS-Fluent software in which the effect of the change in the mass flow of CO2 added through an external source on the uniformity of the temperature profile and emission of pollutants was evaluated, together with the relationship between the diameter of combustion air injection and the mass flow rate of CO2. The models used for the estimation of turbulence, radiation and chemical kinetic-turbulence interaction were the standard k-ε models, discrete ordenates and Eddy Dissipation Concept, respectively, using a 7-step reaction mechanism. To increase the power of estimation of pollutants, Fluent post-processing was used to predict the emission of NOx and CO by coupling chain reactors using the GRI 3.0 reaction mechanism, which has 325 reactions and 53 species and has been validated by multiple authors for reactions with natural gas. The work was divided into two sections. The first one evaluated numerically and experimentally the effect that has only the CO2 addition from an external source on the flameless combustion regime. In this, the effect of the aeration factor on the stability of the regime was also evaluated, finding that for n = 1.3, without the addition of CO2, a destabilization of the regime occurs when flame flashes occur, which was attenuated upon adding CO2 due to the dilutive effect that this generates on the system. It was also shown that by increasing both the amount of CO2 and the aeration factor, there is a considerable decrease in the global temperature of the process, which generates an increase in the emission of CO and a decrease in the emission of NO. The second section evaluated numerically the combined effect of the change of both the CO2 mass flow and the charge air to the system, in order to simulate a real calcination process. In this, the relationship between the combustion air injection diameter and the limestone mass flow was also evaluated, visualizing that as the diameter increases it is possible to enter more limestone into the system, since the larger the diameter, the smaller it is generated recirculation inside the furnace, which significantly increases the temperature and decreases the partial pressure of CO2, resulting in an increase in the reaction rate of the stone.spa
dc.format.extent70spa
dc.format.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.type.hasversioninfo:eu-repo/semantics/draftspa
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia (CC BY-NC-ND 2.5 CO)*
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessspa
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/*
dc.titleEstudio numérico y experimental del efecto que tiene el dióxido de carbono añadido a través de una fuente externa sobre el régimen de combustión sin llamaspa
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesisspa
dc.publisher.groupCiencia y Tecnología del Gas y Uso Racional de la Energía (GASURE)spa
oaire.versionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccespa
dc.rights.accessrightshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2spa
thesis.degree.nameMagíster en Ingenieríaspa
thesis.degree.levelMaestríaspa
thesis.degree.disciplineFacultad de Ingeniería. Maestría en Ingenieríaspa
thesis.degree.grantorUniversidad de Antioquiaspa
dc.rights.creativecommonshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/spa
dc.publisher.placeMedellín, Colombiaspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccspa
dc.type.redcolhttps://purl.org/redcol/resource_type/TMspa
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestríaspa
dc.subject.unescoDióxido de carbono-
dc.subject.unescoCarbon dioxide-
dc.subject.unescoCombustión-
dc.subject.unescoCombustion-
dc.subject.unescoRecursos de gas-
dc.subject.unescoGas resources-
dc.subject.unescoTemperatura-
dc.subject.unescoTemperature-
dc.subject.unescoPrograma de ordenador-
dc.subject.unescoComputer software-
dc.subject.unescoContaminante-
dc.subject.unescoPollutants-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept4650-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept5009-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept11241-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept4155-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept6081-
dc.subject.unescourihttp://vocabularies.unesco.org/thesaurus/concept208-
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