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

Abstract

La demanda energética global potencia los beneficios ambientales y operativos del gas natural como alternativa energética, debido a su composición, principalmente metano (CH4), sus bajas emisiones contaminantes y sus ventajas en los sistemas de energía y combustión. En este trabajo, se determinó numérica y experimentalmente la velocidad de combustión laminar del metano a dos presiones: 0,85 atm y 0,98 atm, correspondientes a las ciudades de Medellín y Caucasia, respectivamente, ubicadas en Colombia. Las condiciones ambientales fueron 0,85 atm, 0,98 atm y 295 ± 1 K. Las simulaciones y mediciones experimentales se realizaron 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 orificios rectangulares contorneados para mantener los números de Reynolds laminares para las relaciones de equivalencia estudiadas y para reducir los efectos de estiramiento y curvatura en la dirección del eje del quemador. En general, la velocidad de combustión laminar concuerda bien con 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 utilizando el mecanismo GRI-Mech 3.0, el cual mostró que la reacción más sensible fue H + O₂ = O + OH (R38). Adicionalmente, se encontró que las reacciones H + CH₃ (+M) = CH₄ (+M) (R52), 2CH₃ (+M) = C₂H₆ (+M) (R158) y O + CH₃ = H + CH₂O (R10) dominan el consumo de CH₃, un radical importante en la oxidación del metano. Este análisis se llevó a cabo para relaciones de equivalencia de 0,8 y 1,0, y presiones atmosféricas de 0,85 atm y 0,98 atm.