Thesis SIMULACIÓN COMPUTACIONAL DEL PROCESO DE CALENTAMIENTO DE AGUA MEDIANTE LA ESTABILIZACIÓN DE UN FRENTE DE COMBUSTIÓN DE GAS LICUADO DE PETRÓLEO EN UN MEDIO POROSO INERTE
Date
2021-11
Authors
ARANEDA LAGOS, MATÍAS ANDRÉS
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Abstract
En el presente trabajo de investigación tiene por objetivo principal simular computacionalmente la
estabilización de un frente de combustión de la premezcla aire-gas licuado mediante la implementación de un intercambiador de calor de agua a un reactor de medio poroso inerte. Los diferentes mecanismos de trasferencia de calor son fundamentales para comprender la quema de gas dentro de un reactor MPI. En el presente trabajo se combustionó gas licuado de petróleo (GLP) mezclado en diferentes proporciones con aire, utilizando una velocidad de filtración de 0,9625 [m/s], en cuanto al caudal de
agua utilizado que fluye a través del serpentín, fue de 0,33 [lt/min]. El reactor utilizado contiene una variación en el diámetro de esfera justo en la parte central, donde se pasa de un promedio de dp igual 5,6 [mm] a uno de 2,5 [mm]. Estos cambios en los espacios por donde fluye el gas dentro del reactor generan cambios en los fenómenos de transferencia de calor y, específicamente en los coeficientes definidos para comprender la interacción entre la fase gaseosa y la fase sólida. Es aquí donde el número de Péclet forma parte crucial de la definición de los distintos puntos de operación de un quemador MPI, donde la búsqueda de la extinción de las llamas es importante en los casos que corresponde (según la ubicación y el desplazamiento del frente de combustión). La temperatura máxima registrada en el laboratorio fue de 1587 [°C] para la matriz sólida, mientras que para la simulación numérica fue
de 1482 [°C], en cuanto a las velocidades registradas de ambos casos las dimensiones rondan los 10E-5 [m/s]. Se comprueba la utilización del método de estabilización por variación del diámetro de esferas de alúmina, el cual establece un rango de estabilidad del frente de combustión, para valores de relación de equivalencias entre 0,91 a 0,82 [-] (experimental) y de 0,92 a 0,82 [-] (simulación numérica). La expansión de dicho rango de estabilización mediante la implementación del mecanismo de enfriamiento activo de la zona de combustión se comprobó de igual manera tanto experimental como numéricamente, con valores que se mueven entre 0,93 a 0,77 [-] y 0,96 a 0,8 [-], respectivamente. Ambos resultados representan un aumento significativo en el rango de estabilización del frente de combustión, lo que se expresa en un mayor rango de valores en los cuales se puede modificar los parámetros de operación y obtener estabilidad de las micro llamas dentro del reactor. Dicho aumento representa un 70% para los resultados experimentales y de un 66% para los valores de la simulación numérica. La finalidad última de esta investigación es la comprobación de extensión del rango de estabilización, mediante la implementación de un intercambiador de calor, con el objetivo de calentar agua con fines sanitarios.
En los ensayos realizados en laboratorio, se establece un flujo de calor constante que se extrae del reactor con un valor igual 0,34 [kW], lo cual se ve modificado dentro de los resultados del programa computacional, donde debido a diferentes consideraciones, el rango de extracción de calor que se logra comprobar se encuentra entre los valores 0,482 [kW] a 0,757 [kW], para diferentes valores de ratios de equivalencia.
Description
Keywords
QUEMADOR DE MEDIO POROSO INERTE , GAS LICUADO DE PETRÓLEO , INTERCAMBIADORA DE CALOR , ESTABILIZACIÓN DE FRENTE DE COMBUSTIÓN