Investigación experimental del proceso de combustión de hidrógeno y gas licuado de petróleo en estufa infrarroja residencial

Abstract

El enriquecimiento de hidrógeno (H2) derivado de energías renovables en los sistemas de gas licuado de petróleo (GLP) está siendo estudiado como una alternativa viable para almacenar el exceso de energía solar y eólica, y también como una forma de utilizar este combustible en aplicaciones domésticas en un futuro. Sin embargo, los cambios en las propiedades de combustión del GLP tras la adición de hidrógeno pueden afectar el rendimiento de los equipos de uso final conectados a la red de gas. El objetivo general del presente trabajo es evaluar el funcionamiento y rendimiento de una estufa infrarroja residencial cuando se suministran mezclas de gas GLP/H2. El método para evaluar el funcionamiento consistió en analizar las temperaturas superficiales del quemador según la adición de H2, realizando comparaciones a potencias equivalentes al uso con GLP. Además, tras la adición de H2, los límites de idoneidad se rigen por la variación en la potencia térmica producto de los cambios en el índice de Wobbe. Junto con ello, se pudo observar un retroceso de llama progresivo, siendo este un punto de seguridad a considerar para aplicaciones futuras. Se propuso un método para evaluar la presencia de flashback o levantamiento de llama, mediante el cálculo de la velocidad de combustión y los cambios en la composición del combustible. Se observa que el comportamiento experimental del dispositivo, en particular su temperatura de operación, se logró describir con suficiente detalle en los cálculos teóricos realizados. La comparación de los cambios en el índice de Wobbe y las variaciones en la velocidad de combustión proporcionan un método inequívoco e internamente coherente para evaluar los cambios en el rendimiento esencial tras la adición de hidrógeno. De este modo, pueden establecerse límites a la adición de H2, para mantener el nivel actual de seguridad. Los resultados muestran que la fracción máxima de hidrógeno en el GLP que mantiene el rendimiento del aparato depende de la composición elemental del GLP. Por ejemplo, en este estudio se presentó un caso de mezcla pobre de aire-combustible donde la potencia térmica determinó la fracción máxima de hidrógeno admitida. Este método se ilustra utilizando un rango de índice de Wobbe característico de la clasificación de gases para la cual se diseñó la estufa infrarroja residencial. Investigación experimental del proceso de combustión de hidrógeno y gas licuado de petróleo en estufa infrarroja residencial.