Comparación del muestreo de especies químicas en zonas reactivas mediante el uso de sonda con y sin cuello sónico

Comparison of sampling chemical species in reacting zones using probes without sonic nozzle

El análisis de los productos de combustión en las zonas de reacción y al interior de cámaras de combustión requiere, conrespecto a las medidas efectuadas en chimeneas, de equipos y de métodos particulares de muestreo. Así por ejemplo, enlas zonas donde hay presencia de llama se deben utilizar dispositivos experimentales no intrusivos, tales como las técnicasláser, o intrusivos como las sondas de muestreo. El empleo de los primeros implica altos costos mientras que el de lossegundos deben garantizar que las reacciones de combustión no continúen al interior de la sonda pues de lo contrario seproducen errores importantes en la medición. En este trabajo se presenta una comparación de los resultados obtenidos alrealizar muestreos al interior de la zona de reacción de una llama de premezcla parcial empleando dos tipos de sondas:una con cuello sónico y enfriamiento convectivo de la muestra y la otra constituida simplemente por un tubo en aceroinoxidable para identificar si existen efectos térmicos y cinético-químicos que generen diferencias en la medición de lasespecies mayoritarias. Los resultados muestran que al emplear una sonda con un tubo liso se estarían presentando erroresen las mediciones de CO₂ y CO cercanos al 7,0% y en las de O₂ superiores al 14%.

INTRODUCCIÓN

La determinación de las concentraciones locales de especies químicas estables, al interior de cámaras de combustión, en zonas tales como las llamas, donde aun se dan reacciones químicas, permite comprender mejor la forma como se dan las reacciones, así como manejar mejor los parámetros de combustión tales como la relación aire/combustible y la calidad del mezclado. Con el conocimiento de estas concentraciones se busca limitar la producción de sustancias contaminantes, mejorar la estabilidad de la llama y comprender la distribución de los fluxes de calor, para manejar mejor los intercambios de calor.

Durante los pasados treinta años las investigaciones en combustión han logrado avances significativos como resultado del desarrollo de técnicas de medición para flujos reactivos tanto a nivel de laboratorio como en instalaciones de combustión industriales [1-4].

Aunque hay disponibles numerosas técnicas de diagnóstico, la medición de las cantidades escalares de un fluido reactivo, esto es, temperatura y concentración de especies estables (CO, CO₂, O₂, NO, etc.), se ha basado tradicionalmente en la introducción de sondas dentro del flujo [3-8]. Sin embargo, al ser utilizadas siempre surge la siguiente pregunta: ¿Si al introducir una sonda dentro de un flujo de fluido este se ve perturbado, son entonces fiables las mediciones realizadas? [9].