Publication: Experimentación y modelación bidimensional del "fire rate" en un reactor de medio poroso inerte compuesto por esferas huecas
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Date
2022
Authors
Carmona Malatesta, Nicolás Ignacio
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Abstract
La combustión en medios porosos inertes se caracteriza por intensificar los
mecanismos de transferencia de calor. Una de las configuraciones más investigadas
consiste en reactores que utilizan esferas de alúmina sólidas como medio poroso. El
objetivo principal de esta tesis es investigar numérica y empíricamente la tasa de quemado
(“Fire Rate”, FR) en un reactor poroso compuesto por esferas de alúmina hueca, de
manera de analizar las temperaturas y velocidades de desplazamiento del frente de llama.
Se propone un modelo bidimensional de combustión en medios porosos inertes que
considera las ecuaciones de conservación de masa, energía del sólido, gas y especie
química, reconociendo los efectos radiativos internos a las esferas huecas. El modelo
se discretiza utilizando el método ADI y se resuelve mediante un algoritmo TDMA. Por
su parte, se diseña e implementa un reactor cilíndrico compuesto por esferas huecas de
alúmina de 3-4 mm con sus sistemas de medición y control de flujos y temperaturas. Para
una relación de equivalencia entre 0.4 ⩽ ϕ ⩽ 1, y un Fire Rate entre 755kW/m2 ⩽ FR ⩽
3775kW/m2, se presentan temperaturas en un rango de 1049 K y 1501 K, y velocidades
de desplazamiento entre -1.02 cm/s y -0.005 cm/s. Un incremento del FR genera una
temperatura de combustión más elevada debido principalmente al mayor consumo de
combustible. Las mezclas de gases como aire, vapor de agua y dióxido de carbono en
el interior de las esferas huecas, no presentan cambios significativos en las temperaturas y
velocidades de desplazamiento en el interior del reactor. En conclusión el uso de esferas
huecas de alúmina como medios poroso inerte, permiten sostener los perfiles térmicos
característicos de este tipo de tecnología, pero con temperaturas de combustión más
elevadas que los reactores que utilizan esferas sólidas de alúmina.
Description
Keywords
COMBUSTION FILTRADA , MEDIO POROSO INERTE , ESFERAS HUECAS , ESTABILIZACION DE LLAMA , ESFERAS DE ALUMINA