Caracterización experimental de un quemador de medio poroso de dos etapas operando con mezclas de amoníaco-hidrógeno para aplicaciones residenciales

Abstract

En este estudio, se analizó el funcionamiento de un quemador de medio poroso inerte de dos etapas operando con mezclas de amoníaco-hidrógeno. Se comprobó que el sistema puede operar de manera estable utilizando mezclas con una proporción de amoníaco de 70% y de 85%, obteniéndose un rango más amplio de operación con la primera proporción. Se controlaron las temperaturas internas a lo largo del quemador y se midieron las emisiones de NOx y NH3 no quemado. Los resultados demuestran que la relación de equivalencia global influye directamente en los niveles de emisión. Al aumentar el φg en el rango entre 0.6 y 0.9, se logró una reducción sostenida en las emisiones de NOx y NH3. Se determinó que una relación de equivalencia φg = 0.9 resulta óptima, equilibrando altas temperaturas y menores emisiones. Se observó una relación directa entre el aumento del flujo másico primario por unidad de área y las temperaturas alcanzadas, aumentando sostenidamente hasta ṁ''p = 0.42 kg m^-2 s^-1, en donde se produce un estancamiento en el incremento de las temperaturas. Finalmente, al utilizar mezclas de combustible con una menor proporción de H2, aumentan significativamente las emisiones de NH3 al operar con un ṁ''p = 0.15 kg m^-2 s^-1. Al incrementar el flujo primario a ṁ''p = 0.175 kg m^-2 s^-1, las emisiones descienden a niveles comparables con los obtenidos con mezclas con una proporción de 70% NH3.

In this study, the operation of a two-stage inert porous medium burner operating with ammonia-hydrogen mixtures was analyzed. It was verified that the system can operate stably using mixtures with an ammonia proportion of 70% and 85%, obtaining a wider operating range with the first proportion. Internal temperatures along the burner were controlled, and unburned NOx and NH3 emissions were measured. The results show that the global equivalence ratio directly influences emission levels. By increasing φg in the range between 0.6 and 0.9, a sustained reduction in NOx and NH3 emissions was achieved. It was determined that an equivalence ratio of φg = 0.9 is optimal, balancing high temperatures and lower emissions. A direct relationship was observed between the increase in the primary mass flux per unit area and the temperatures reached, increasing steadily up to ṁ''p = 0.42 kg m^-2 s^-1, where a stagnation in the temperature increase occurs. Finally, when using fuel mixtures with a lower proportion of H2, NH3 emissions increase significantly when operating with a ṁ''p = 0.15 kg m^-2 s^-1. By increasing the primary mass flux to ṁ''p = 0.175 kg m^-2 s^-1, emissions drop to levels comparable to those obtained with mixtures featuring a 70% NH3 proportion.