Estudio teórico y numérico de las propiedades de combustión del hidrógeno / gas natural / aire premezclado a una presión subatmosférica de 0.849 BAR
Resumen
Debido a la transición energética que se ha venido presentando a nivel mundial, se han buscado complementariedades a los combustibles fósiles con energías de fuentes renovables, teniendo en cuenta que el hidrógeno es un combustible que puede generar sólo agua como producto de la reacción con el aire, se deben evaluar los diferentes escenarios en los que el hidrógeno puede tener un papel tanto protagónico como complementario en cuanto a disminución de gases de efecto invernadero (GEI). En este trabajo se realiza un análisis teórico y numérico que evalúa el cambio en las propiedades de combustión con la adición de hidrógeno al gas natural (GN). Ocho mezclas fueron evaluadas desde 0% H2 con incrementos de 15% (en volumen) hasta 100% H2. Para dichas mezclas, se calculó a condiciones estequiométricas el requerimiento de aire (volumétrico y másico), producción de H2O y CO2 (volumétrico y másico), humos húmedos y humos secos (volumétrico y másico), poder calorífico, índice de Wobbe, gravedad específica, intervalos de inflamabilidad, punto de rocío y gravedad específica. También, se calcularon de manera numérica algunas propiedades de combustión en llamas de premezcla, bajo un rango de relaciones de equivalencia entre 0.5 y 1.5 para las condiciones atmosféricas de la ciudad de Medellín; estas propiedades corresponden a la energía mínima de ignición, distancia crítica de enfriamiento, espesor difusivo, velocidad de deflagración laminar, temperatura de llama adiabática, estructura de llama y tiempo de retraso a la ignición, para esta última propiedad se consideraron temperaturas de precalentamiento de los reactivos entre 1000 K y 1600 K y encontró una tendencia inversa respecto a esta variable. Los resultados mostraron un aumento en la temperatura de llama y velocidad de deflagración laminar conforme se aumenta el contenido de hidrógeno en la mezcla, y del mismo modo se evidenció una disminución en el tiempo de retraso a la ignición, espesor de llama, diámetro crítico de enfriamiento y energía mínima de ignición. Asimismo, se encontró que el valor máximo/mínimo de las diferentes propiedades se encuentra para condiciones estequiométricas para 100% gas natural, y conforme se adiciona hidrógeno en la mezcla hay un desplazamiento a mezclas ricas.
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