Resumen

El presente estudio evaluó numérica y experimentalmente en un horno de 20 kW (a gas natural y con un factor de aireación de 1.2) la estabilidad del régimen de combustión sin llama ante la variación de la carga térmica usando diferentes flujos de aire (43 scfm, 63 scfm y 83 scfm) y una mezcla de Aire-Helio (Aire 82.02 scfm y Helio 7.06 scfm); esta última se utilizó con el fin de evaluar el comportamiento del sistema ante un incremento en el calor específico del fluido de carga. El estudio se dividió en dos partes, una parte numérica y otra experimental. A partir de la simulación numérica se calculó el perfil de temperatura, el perfil de CO, el factor de recirculación Kv y la masa de productos de combustión recirculados. En La fase experimental los perfiles de temperatura mostraron una disminución en la temperatura de la cámara de combustión a medida que el flujo de aire de carga incrementaba, sin embargo, esta disminución no afectó la uniformidad térmica dentro del horno. Además la eficiencia útil mostró un incremento al pasar de un flujo de aire de carga de 43 scfm a 63 scfm, seguido de una disminución al incrementar la carga térmica.

1 INTRODUCCIÓN

La combustión sin llama se da por auto-ignición del combustible, de forma tal que las reacciones toman lugar de manera distribuida en todo el volumen de la cámara de combustión suprimiendo así el frente de llama visible y concentrado, este es el modo de operación de la combustión sin llama, sin embargo esto no significa que no exista sino que se distribuye de manera uniforme por todo el volumen de la cámara de combustión de forma tal que carece de ese espectro luminoso en la longitud visible para el ser humano 1.

En la combustión sin llama, a diferencia de la convencional, las reacciones toman lugar a una temperatura por encima de la auto-ignición (temperaturas mayores a 850oC) en un gran volumen distribuido, sin que se presente un frente de llama definido. Además de no presentase una llama visible, no hay detección UV o de ionización, y lo más significativo en términos ambientales es que las emisiones de CO y NOx son reducidas a valores muy pequeños 1. El control de la combustión sin llama depende del patrón de mezcla logrado entre el combustible, el aire y los productos de combustión, proporcionado por una gran cantidad de recirculación 2.

Dada las grandes ventajas ambientales y de eficiencia térmica presentes en el régimen de combustión sin llama, se han llevado a cabo diferentes estudios que evalúan los fenómenos fluido-dinámicos, cinético-químicos y térmicos propios de este tipo de combustión y sus variables asociadas a escala de laboratorio. En el laboratorio del grupo GASURE de la Universidad de Antioquia desarrollaron un prototipo de horno de combustión sin llama a gas natural utilizando viciado externo a partir de un motor diésel, sin embargo solo pudieron obtener llamas diluidas en régimen de alta temperatura (HiTAC) y llamas diluidas desprendidas del puerto 3. Aunque las llamas fueron estables no se logró alcanzar el régimen de combustión sin llama completamente. Posterior a esto, realizó una amplia revisión sobre los modelos de simulación usados en combustión sin llama que permitieran el diseño y posterior desarrollo de un equipo semi-industrial operando en este régimen 4.

• Materias:Temperatura Energía térmica Combustión
• Subjects:Temperature Thermal energy Combustion
• Palabras claves:Combustión sin llama; Factor de recirculación; Perfil de temperatura; Factor de uniformidad térmica; Emisiones de No.
• Keywords:Flameless combustion; Recirculation factor; Temperature profile; Thermal uniformity factor; No emissions.