Comparison of Transparent and Opaque models from 2006 to

En los resultados de la línea base, se observa una disminución de temperatura a medida que aumenta la relación de equivalencia, mientras que la velocidad del frente de llama es directamente proporcional a la relación de equivalencia, véase en el estudio [15]. Al disminuir mi velocidad de equivalencia, es decir, aumentar mi flujo de aire, se genera mayor cantidad de mezcla fresca dentro del reactor, por lo que existe una mayor quema de combustible, aumentando la temperatura.

Gráfico 5.12 Temperaturas promedio y vfc. promedio, línea base.

5.2.4.2 Con/sin premezcla

Se presenta la temperatura máxima obtenida en la configuración con premezcla y con difusión, donde se obtiene que la llama con difusión, alcanza una mayor temperatura que una combustión con premezcla, para las diferentes relaciones

76 de equivalencia, dado que al no estar premezclados los gases reactantes, en la zona de reacción, ocurren puntos donde la relación aire y combustible es estequiométrica, por lo que se aprovecha de mejor manera el combustible, alcanzando los 1,428 °C (1,701 K) con un φ = 2, mientras que con premezcla se obtuvo una temperatura máxima de 1,341 °C (1,614 K). Véase en el Gráfico 5-13.

Gráfico 5.13 Temperaturas máximas, con/sin premezcla.

Para la velocidad del frente de llama existe un decrecimiento para la configuración con difusión al aumentar la relación de equivalencia, mientras que con premezcla es directamente proporcional a la relación de equivalencia [15].

Con difusión la velocidad del frente de llama es mayor para φ=2, mientras que para una combustión premezclada φ = 4 tiene la velocidad del frente de combustión notoriamente mayor.

El decaimiento de la velocidad del frente de combustión en el caso sin premezcla, se debe a que al aumentar mi relación de equivalencia, disminuye mi flujo de aire, que es inyectado por el costado, demorándose un mayor tiempo en llegar a la zona de reacción.

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Gráfico 5.14 Velocidad del frente de combustión, con/sin premezcla.

5.2.4.3 Con difusión con/sin vapor

Se presenta la temperatura promedio obtenida en la configuración con difusión con/sin vapor, donde se obtiene una disminución de temperatura cuando se adiciona vapor al reactor. En los estudios anteriores se había estudiado sin separar la premezcla, donde en esos casos la adición en diferentes proporciones de vapor, aumentaba la temperatura de la reacción [16]. Para el caso de difusión con adición de vapor, con un flujo 1:1 de vapor y combustible, se genera un proceso endotérmico que disminuye la temperatura de la reacción.

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Gráfico 5.15 Temperatura promedio, con/sin vapor, con difusión.

En el Gráfico 5-16 se presenta la velocidad del frente de llama con/sin vapor, donde para la adición de vapor al aumentar la relación de equivalencia, aumenta levemente la velocidad de filtración, esto se debe a que aumenta mi velocidad de mezcla vapor-aire que se inyecta por el costado, ya que el flujo de vapor aumenta en la misma proporción a la del combustible 1:1, en cambio sin vapor existe una disminución.

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Gráfico 5.16 Velocidad del frente de combustión, con/sin vapor, con difusión.

5.2.4.4 Porcentaje de generación de H2 y CO

Se presentan los gráficos de los porcentajes de la generación de gases en volumen obtenidos en esta investigación, donde se analiza la línea base y las configuraciones con difusión (sin premezcla), correspondientes a inyección lateral aire, con inyección central de metano y con difusión con vapor (sin premezcla), correspondiente a inyección lateral aire con vapor, con inyección central de metano.

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5.2.4.4.1 Línea base

Gráfico 5.17 Porcentaje en volumen de H2 y CO para diferentes φ. 5.2.4.4.2 Con difusión con/sin vapor

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5.2.4.4.3 Conversión de Hidrógeno y Monóxido de carbono

Se presenta el Gráfico 5-19 donde se observa en primera instancia que el metano está siendo mejor utilizado en la línea base, alcanzando una conversión de hidrógeno de 38.84% y de un 60.99% de CO para φ = 2. Conforme a la línea base, al aumentar la relación de equivalencia en la mezcla, es decir, mientras sea menor la cantidad de aire presente para quemar el combustible, menor será el grado de utilización del metano.

Para las pruebas realizadas con difusión (sin premezcla) se observa una tendencia similar al aumentar la relación de equivalencia, por otro lado al adicionar vapor se puede observar una disminución en la utilización del metano, por lo que se observa una disminución en la conversión de hidrógeno y monóxido de carbono.

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5.2.4.5 Contrastación con resultado de los autores

Ya presentados los resultados obtenidos en la operación del reactor, dentro de los objetivos de la investigación, se encuentra contrastar experimentalmente, los resultados numéricos postulados por Dorofeenko y Polianczyk respecto a la conversión de hidrocarburos en gas de síntesis al operar en un reactor de flujo recíproco. En la Tabla 5-13 se presenta el cálculo de flujo molar de oxígeno con respecto al metano "x", y la razón de aire/combustible real para los diferentes φ utilizados en esta investigación [11].

Tabla 5-13 Cálculo de flujo molar de oxígeno con respecto al metano x para los diferentes φ.

Se observan del Gráfico 6-20 los resultados numéricos de los autores para una inyección lateral de aire-vapor con inyección central de combustible, donde incluyen los puntos obtenidos en la operación de esta investigación. La operación con φ=2 no se encuentra dentro del rango del gráfico donde "x" está entre 0.5 y 0.7, por lo que se compara sólo φ=3 con adición de vapor/combustible 1:1, ya que la Tabla 2-1 solo analiza con un w0=1. Para este caso se obtiene una temperatura promedio de 1,217°C

(1,490 K) y un porcentaje en volumen de H2 de 1.14% .

φ RAC EST. RAC REAL x WO

SIN VAPOR 2 17.19 8.59 1 0 3 17.19 5.73 0.667 0 4 17.19 4.30 0.500 0 CON VAPOR 2 16.6 8.30 1 1 3 16.6 5.53 0.645 1

83 Si bien las temperaturas obtenidas en esta investigación están dentro de los rangos, la conversión de hidrógeno y monóxido de carbono distan mucho de los resultados teóricos que éstos alcanzan Los rangos son de 28.99-33.75% en volumen de hidrógeno y 13% en volumen de CO.

En la Tabla 2-1 se muestra que la mayor generación de hidrógeno se obtiene con una temperatura de 1,000 K, donde la configuración de inyección central de combustible y aire-vapor por los costados, la generación de hidrógeno calculada está entre 28.99-33.75%, mientras que la mayor generación de CO se encuentra en la isoterma de 1,300 K.

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CAPÍTULO 6