Proyectos
Estudio de llamas descendentes en coflujo para aplicaciones industriales
Resumen
Actualmente en la matriz energética global los dispositivos de combustión representan el 80% de la energía obtenida en el planeta. Debido a esto los procesos de combustión han sido los principales actores en los efectos de cambio climático y emisiones de gases de efecto invernadero como NOx y CO2 [1]. Múltiples industrias como el transporte y generación de potencia en zonas dispuestas han encontrado procesos de electrificación e instalaciones que permiten la generación de potencia sin generar emisiones después de su construcción. Sin embargo, bastantes industrias y procesos actuales no se pueden electrificar, principalmente aplicaciones de alta temperatura o transporte de carga ultra pesada [2]. Adicionalmente la capacidad de los combustibles de albergar altas cantidades de energía y ser fácil de almacenar sigue siendo la primera alternativa a considerar en industrias térmicas. [3] Los quemadores son dispositivos mecánicos utilizados para liberar energía por medio del proceso de combustión. A nivel industrial estos dispositivos se utilizan en régimen turbulento [4]. Se clasifican tradicionalmente como premezclados y no premezclados. En el primero se mezclan los reactantes (combustible que tiene energía química y oxidante (aire atmosférico)) previamente a la liberación de energía. En estos quemadores se prioriza la entrega de calor en distancias cortas, a altas temperaturas con emisiones caracterizadas por altos NOx y CO2. Si la cantidad de combustible entregado es muy grande, las emisiones de CO y otros hidrocarburos intermedios se incrementan. Se utilizan en industrias como la de producción de vidrio. Estas llamas presentan retos operativos interesantes, además del control de las emisiones, como el retorno de llama, los cambios repentinos en la liberación de energía y el ruido. [5] Las llamas no premezcladas, por su parte, hacen que los reactantes se encuentren muy cerca del punto donde se necesita liberar la energía. Se utilizan en las industrias de producción de hidrocarburos, producción de metales, producción de alimentos, entre otras. Su diseño es flexible usando como oxidante el aire atmosférico circundante al flujo principal del combustible o dispositivos de coflujo en que el oxidante es implusado en paralelo al flujo de combustible. En cualquiera de los casos, se busca generalmente llamas de gran tamaño, de alta temperatura que transfieren altas tasas de energía por radiación. Estos dispositivos producen emisiones de CO2, CO, NOx, y material particulado. En general son más seguros de operar que los quemadores premezclados, pero como se observa, sus retos operativos incluyen un control más estricto de las emisiones según las regulaciones ambientales actuales debido a que su rango de operación es más amplio. Los quemadores que operan en coflujo tienen condiciones muy variadas de flujo de aire y de combustible donde se puede presentar liberación de energía. Esto influye directamente en dos variables adicionales: el tamaño de la llama (importante desde el contexto de la aplicación) y la dirección de esta. Los tres parámetros mencionados: liberación de energía, tamaño de llama y dirección de la llama, van además a ser determinados por la flotación y el entorno en el que se encuentre la llama, e.g. cambio de presión en la sección paralela a la llama, flujos cruzados de aire o productos de combustible, entre otros. Todos estos parámetros han sido estudiados para flujos ascendentes utilizando números adimensionales, principalmente el número de Froude, en llamas no premezcladas. Sin embargo, para llamas descendentes no premezcladas en coflujo no existen estudios. Adicionalmente la caracterización de estos quemadores ante flujos cruzados no ha sido estudiada a pesar de ser uno de los montajes más utilizados en la industria. Este tipo de quemador es fácilmente controlable, sin embargo, es muy importante caracterizar su funcionamiento con el fin de diseñar procesos y equipos eficientes con menos emisiones [6].
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DE APOYO A PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN DE LOS SEMILLEROS DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA 2024
Modalidad:Dirigida al apoyo de proyectos de investigación realizados por semilleros de la Facultad de Ingeniería, con la participación adicional interdisciplinarmente de estudiantes de diferentes Áreas Curriculares. Con una financiación de hasta once millones de pesos.
Responsable