SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN EN MEDIOS POROSOS INERTES CON VARIACIÓN RADIAL DE LA POROSIDAD

Abstract

En la actualidad QUEMPIN, un spin off de la Universidad Técnico Federico Santa María, tiene problemas de temperatura en los soportes de sus quemadores. Esta empresa, utiliza la tecnología de medio porosos inertes (MPI), para ofrecerlo como solución a las panaderías que utilizan leña como combustible. El problema es que estos quemadores que ofrece QUEMPIN tienen que usar las mismas cámaras de combustión donde antes utilizaban la leña, por lo que el espacio es limitado. Se propone el estudio de variación radial del MPI en la zona de reacción, con el fin de estudiar el comportamiento del perfil de temperatura y parámetros operacionales para estabilizarlo con esta nueva configuración. Se proponen 3 MPI con esferas de alúmina para las distintas configuraciones. El primero utilizará esferas con un diámetro de 3[mm] y una porosidad del 30[%], usado principalmente para la zona de precalentamiento. El segundo estará compuesto por esferas de 6[mm] y una porosidad del 35[%]. Y el tercero estará compuesto por esferas de 9[mm] y una porosidad del 40[%]. El modelamiento matemático es realizado en dos dimensiones, y discretizado en diferencia finitas con el método ADI. Para su solución se utilizó el algoritmo de Thomas, el cual se detallará dentro de este informe. Los parámetros operacionales que se variaron fueron las velocidades de filtración (0.5, 0.67, 0.83[m/s]) y las relaciones de equivalencia (Desde Φ=0.2[-] hasta Φ=0.9[-]). Al utilizar estos parámetros, resultó favorable la variación del MPI, ya que las cuatro configuraciones con más de una zona obtuvieron menores temperaturas del sólido en el borde, mientras mantenían altas temperatura del sólido y el gas en el frente de llama. El mejor resultado se obtuvo a una velocidad de filtración de 0.83[m/s], en donde las mejores configuraciones fueron “dp3-9” y “dp3-6-9”, disminuyendo en 80[K] la temperatura del sólido en el borde en comparación con la configuración “dp3-9-6”, y en 160[K], con respecto a la configuración “dp3-6”. En las otras velocidades de filtración, los resultados no fueron concluyentes.