Determinación de la velocidad de combustión laminar de llamas de metano/aire en ambientes subatómicos

Abstract

La demanda energética global potencia los beneficios ambientales y operacionales del gas natural como alternativa energética, debido a su composición, principalmente metano (CH4), presenta bajas emisiones contaminantes y beneficios en los sistemas energéticos y de combustión. En el presente trabajo se determinó numérica y experimentalmente la velocidad de combustión laminar del metano a dos condiciones de presión, 0,85 atm y 0,98 atm, correspondientes a la ciudad de Medellín y Caucasia, respectivamente, ubicadas en Colombia. Las condiciones ambientales fueron 0,85 atm, 0,98 atm y 295±1 K. Se realizaron simulaciones y mediciones experimentales para diferentes relaciones de equivalencia. Las velocidades de combustión laminar experimentales se determinaron mediante el método del quemador y la técnica de quimioluminiscencia espontánea, las llamas se generaron utilizando quemadores con puertos rectangulares contorneados para mantener números de Reynolds laminares para las relaciones de equivalencia en estudio y para reducir los efectos de estiramiento y curvatura en la dirección del eje del quemador. En general, la velocidad de combustión laminar se ajusta bien a los resultados numéricos. Con los resultados obtenidos, se propone una correlación que relaciona la velocidad de combustión laminar con los efectos de la presión, en la forma SL=aPb, donde a y b son constantes del modelo. Se realizó un análisis de sensibilidad mediante el mecanismo GRI-Mech 3.0, que mostró que la reacción más sensible fue H+O₂=O+OH (R₃₄). Además, se encontró que las reacciones H+CH₃ (+M)=CH₃ (+M) (R₃₄), 2CH₃ (+M)=C₂H₂+M) (R₃₄) y O+CH₃=H+CH₂O (R₃₄) predominan en el consumo de CH₃, un radical importante en la oxidación del metano. Este análisis se realizó para relaciones de equivalencia de 0,8 y 1,0, y presiones atmosféricas de 0,85 atm y 0,98 atm.