SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UNA CÁMARA DE COMBUSTIÓN DE ALTA VELOCIDAD CON DOS CONFIGURACIONES DE...

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1 See dscssons, stats, and athor profles for ths pblcaton at: SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UNA CÁMARA DE COMBUSIÓN DE ALA VELOCIDAD CON DOS CONFIGURACIONES DE... Artcle n Dyna (Medelln, Colomba) Janary 008 Sorce: DOAJ CIAION 1 READS 34 3 athors, ncldng: Andrés Adolfo Amell Unversty of Antoqa 39 PUBLICAIONS 338 CIAIONS Francsco Cadavd Unversty of Antoqa 34 PUBLICAIONS 316 CIAIONS SEE PROFILE SEE PROFILE Some of the athors of ths pblcaton are also worng on these related projects: Optmzaton of the Eddy Dsspaton Concept (EDC) model for syngas and bogas combston n hghly dlted condtons Vew project All content followng ths page was ploaded by Andrés Adolfo Amell on 9 Janary 015. he ser has reqested enhancement of the downloaded fle.

2 Redalyc Sstema de Informacón Centífca Red de Revstas Centífcas de Amérca Latna, el Carbe, España y Portgal COPEE, HENRY;AMELL, ANDRÉS;CADAVID, FRANCISCO SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UNA CÁMARA DE COMBUSIÓN DE ALA VELOCIDAD CON DOS CONFIGURACIONES DE INYECCIÓN DE COMBUSIBLE Dyna, Vol. 75, Núm. 156, novembre-sn mes, 008, pp Unversdad Naconal de Colomba Colomba Dsponble en: Dyna ISSN (Versón mpresa): dyna@nalmed.ed.co Unversdad Naconal de Colomba Colomba Cómo ctar? Número completo Más nformacón del artíclo Págna de la revsta Proyecto académco sn fnes de lcro, desarrollado bajo la ncatva de acceso aberto

3 SIMULACIÓN NUMÉRICA DE UNA CÁMARA DE COMBUSIÓN DE ALA VELOCIDAD CON DOS CONFIGURACIONES DE INYECCIÓN DE COMBUSIBLE NUMERICAL SIMULAION OF HIGH SPEED COMBUSION CHAMBER USING WO FUEL INJECION CONFIGURAIONS HENRY COPEE Grpo de Cenca y ecnología del Gas y Uso Raconal de la Energía, Unversdad de Antoqa, elhcl897@dea.ed.co ANDRÉS AMELL Grpo de Cenca y ecnología del Gas y Uso Raconal de la Energía, Unversdad de Antoqa, anamell@dea.ed.co FRANCISCO CADAVID Grpo de Cenca y ecnología del Gas y Uso Raconal de la Energía, Unversdad de Antoqa, fcadavd@dea.ed.co Recbdo para revsar Dcembre 1 de 007, aceptado Mayo 05 de 008, versón fnal Mayo 8 de 008 RESUMEN: En este trabajo se smló nmércamente el proceso de combstón en na cámara de alta velocdad qe opera con are precalentado y metano. Las smlacones han sdo realzadas tlzando el software comercal FLUEN y para generar el mallado se empleó el software GAMBI. Estos programas se emplearon como herramentas de dseño para nvestgar sobre el fnconamento del sstema de combstón al emplear dos qemadores, sn sstema de generacón de swrl : no con nyeccón aal del combstble y el otro con nyeccón radal, antes de constrr y probar el prototpo defntvo. Los modelos tlzados han sdo - para trblenca, P1 para la radacón y PDF Mtre Fracton para la combstón. Los resltados nmércos obtendos mestran qe el sstema de nyeccón radal de combstble pede traer ventajas respecto a la nyeccón aal desde el pnto de vsta de efcenca de combstón, sendo más completa la combstón radal debdo al mejor mezclado entre el gas y el are. PALABRAS CLAVE: Alta velocdad, Combstón, Smlacón, Llama de dfsón, FLUEN, Inyeccón de gas. ABSRAC: In ths wor, t was smlated the combston process n a hgh velocty chamber, whch ses hghly preheated ar and methane as fel. he smlaton was carred ot wth FLUEN and the grd was drawn wth GAMBI. hese programs were sed as desgnng tool to predct the performance of the combston system when two dfferent types of brners are tested, and there s not swrl generaton. he frst type of brner the fel s njected aally. In the second one the fel s njected radally. he models were: - for trblence, P1 for radaton and PDF-Mtre Fracton for combston processes. he nmercal reslts show that radal njecton of fel presents a better performance than aal njecton wth regard to combston effcency, also t s acheved a more complete combston de to the better m between ar and fel. KEY WORDS: Hgh velocty, Combston, Smlaton, Non-premed flame, FLUEN, Gas njecton. Dyna, Año 75, Nro. 156, pp Medellín, Novembre de 008. ISSN

4 110 Copete et al 1. INRODUCCIÓN La tecnología de qemadores de alta velocdad ha sdo amplamente sada en dferentes aplcacones ndstrales desde los años 1960 s, es na tecnología versátl para el calentamento drecto de metales compatble con el so de combstbles gaseosos [1]. enen la característca de descargar los prodctos de la combstón a my alta velocdad en el rango de 50 a 00 m/s con na descarga en régmen trblento y n elevado número de Reynolds 0. La alta velocdad de salda de los prodctos de combstón casa na presón negatva qe hace recrclar la atmósfera estente en los hornos mamzando el calor dsponble, además la trblenca creada faclta la nformdad de la temperatra en el hogar de los hornos y mejora la transferenca de calor por conveccón haca la carga. Una aplcacón para los qemadores de alta velocdad dferente a calentar na atmósfera confnada y recrclar ss gases consste en el calentamento de pezas medante mpacto drecto 0, lo cal se converte en na herramenta efcente para amentar la transferenca de calor haca la carga. Para qe este proceso sea óptmo se deben tener en centa las característcas del proceso como: temperatras, geometría, condcones de fljo, composcón del combstble y combrente, perfles de velocdad y tpo de combstón. Característcas determnantes en la efcenca térmca, emsones contamnantes, prodctvdad y caldad de los prodctos. En este trabajo se bsca dentfcar entre dos confgracones de nyeccón de combstble (CH 4 ) aal y radal, cal es la confgracón más óptma para smnstrar el gas dada na msma potenca térmca, gal factor de areacón y la msma geometría de la cámara de combstón, cando se desarrolla na llama de dfsón trblenta de alta velocdad sn rotacón de la corrente de are. Las ventajas qe pede presentar na nyeccón respecto a la otra peden estmarse medante la predccón de los perfles de temperatra, velocdades y composcón de los prodctos de combstón en dferentes zonas del sstema. Por ejemplo, para na aplcacón ndstral de calentamento por mpacto drecto con qemadores de alta velocdad es mportante tener en el pnto de mpacto de la peza a calentar na combstón completa ya clmnada, pesto qe al contacto con na sperfce fría se favorecería la combstón ncompleta sgnfcando na menor efcenca de combstón. Estás comparacones se realzaron medante smlacón nmérca con el software FLUEN.. DESCRIPCIÓN DEL SISEMA ANALIZADO El qemador analzado es presentado esqemátcamente en la Fgra 1, es no de los dos qemadores enfrentados qe hacen parte de n sstema de combstón de alta velocdad con are precalentado por medo de regeneradores térmcos aplcable a n proceso de forjado en calente. El are entra precalentado a la cámara de combstón despés de pasar por n lecho regeneratvo y el combstble gaseoso es smnstrado por medo de n nyector con na de las dos posbles confgracones analzadas aal o radal. Una bjía de gncón garantza la energía necesara para qe la combstón se nce y se sostenga. Una tobera convergente acelera los prodctos de la combstón generando el régmen de alta velocdad necesaro al nteror del hogar del horno para amentar la transferenca de calor convectva, crear na presón negatva en la descarga y hacer recrclar los gases del horno. El qemador opera con na potenca térmca de 60 W y n factor de areacón de 1.1. Las condcones de frontera tlzadas para el cálclo feron de entrada de fljos máscos para el are y el metano con valores de 0.04 g/s y g/s respectvamente entrando el are precalentado a 1058 K, para la salda se tlzó na condcón de presón de salda con na presón negatva de -00 Pa, para la pared en la atmósfera confnada se empleo na condcón de conveccón haca la ambente con n coefcente de transferenca de calor de 10 w/(m K) con espesor de pared de 0. m y na emsvdad nterna de 0.75 y la pared del qemador se asmó adabátca por la baja condctvdad y el gran espesor de aslamento a tlzar en el prototpo defntvo. El metano se nyecta a través de ses orfcos de 0.8 mm de dámetro cada no a na presón de 150 Pa.

5 Dyna 156, Fgra 1. Sstema de combstón de alta velocdad Fgre 1. Hgh velocty combston system 3. DESARROLLO DEL MODELO 3.1 Ecacones de conservacón Los fljos en este tpo de sstema térmco son trblentos y reactvos, para s estdo deben ser empleadas las ecacones de conservacón de la forma promedada de Favre qe nvolcra los efectos debdo al cambo de densdad. Estas ecacones de conservacón en tres dmensones para la masa, el momentm y la energía peden ser epresadas como [4]: Masa: ( ) 0 t (1) Momentm: ( ) ( ) l l e j j e j j j p t 3 () Donde e, C y C Energía: ( ) ( ) h h S h h h t σ (3) Donde h S es el térmno fente de entalpía debdo a la reaccón qímca y radacón. 3. Modelo de trblenca Para la trblenca se empleó el modelo estándar, amplamente sado en la mayoría de códgos CFD. Este modelo reslta de la solcón de las ecacones de transporte para la energía cnétca trblenta y la tasa de dspacón vscosa respectvamente 0. ( ) ( ) σ G t (4) ( ) ( ) C G C t 1 σ (5) El térmno de generacón de la energía cnétca trblenta se defnen como: j j G (6) Los térmnos σ,σ,, 1 C C son constantes del modelo y en este caso se tlzaron los valores qe por defecto tene FLUEN: , 1.9,.44, 1 1 σ σ C C

6 11 Copete et al Este modelo se selecconó por s robstez y porqe en comparacón con otros modelos del tpo RANS, es el qe menos tempo de cálclo por teracón reqere. Además, en n gran nmero de smlacones realzadas en eqpos térmcos de so ndstral, el modelo estándar es el más tlzado no obstante ss lmtacones (sobreestmacón de los fenómenos dfsvos y de la dspersón de chorros crclares y dfcltades para predecr los resltados obtendos epermentalmente en fljos con rotacón tpo swrl ) Modelo de combstón Para analzar la combstón trblenta de la reaccón metano/are se empleó el modelo conocdo como Non premed combston para na llama de dfsón en la cal el combstble y el combrente entran a la zona de reaccón por correntes dferentes. Bajo certas sposcones la termoqímca pede ser redcda a n parámetro smple: la fraccón de mezclado f, qe es la fraccón másca orgnada en la corrente de combstble, es decr, es la fraccón másca local de elementos qemados e nqemados en la corrente de combstble (C, H, etc) en todas las especes (CO, H O, O, etc.). Está fraccón de mezclado pede ser escrta en térmnos de las fraccones elementales máscas como: Z Z, o f (7) Z Z, comb, o S los coefcentes de dfsón son gales para todas las especes, entonces la ecacón 7 es déntca para todos los elementos y la defncón de fraccón de mezclado es únca, sendo así la fraccón másca elemental qe se orgnó en la corrente de combstble. Bajo la sposcón de dfsvdades gales, la ecacón de especes pede ser redcda a na smple ecacón para la fraccón de mezclado, f y los térmnos fente en la ecacón de especes son cancelados, logrando así na conservacón de la cantdad f. Mentras qe la sposcón de dfsvdades gales presenta problemas para fljo lamnar, es generalmente aceptable para fljos trblentos, donde la conveccón trblenta predomna sobre la dfsón moleclar. La ecacón promedada de Favre para la fraccón de mezclado con densdad promedada es: t r ( f) ( vf) f σ (8) Además de resolver la ecacón promedo de Favre de la fraccón de mezclado, FLUEN reselve na ecacón de conservacón para la ' varanza de la fraccón de mezclado, f [4]. t C ' g ' r ' ( f ) ( v f ) ' ( f) C f d f σ ' (9) Donde f f f. Los valores de las constantes son los qe trae FLUEN por defecto σ 0.85, C.86 yc.0. g d abacco et al 0 smlaron na cámara de combstón sn llama, aplcando dos modelos de combstón: Fnte Rate/Eddy Dsspaton (Magnssen & Hjertager), sando n mecansmo de reaccón de n paso (mecansmo de Westbroo & Dryer) y el modelo PDF/mtre fracton sponendo eqlbro qímco. Ambos modelos deron benos ajstes caltatvos de los datos epermentales. Sn embargo, se decde tlzar este últmo modelo porqe se reqere menos tempo de cálclo por teracón y además la solcón converge con mayor rapdez. 3.4 Modelo de radacón En este trabajo se tlzó el modelo de radacón P1 [11] para calclar el térmno fente en la ecacón de la energía debdo a la transferenca por radacón. El fl de radacón promedo, q, es determnado por la sgente ecacón: 4 q ag 4aσ (10) Donde G es calclado por la sgente ecacón de transporte:

7 Dyna 156, G σ (11) ( Γ ) ag 4a 4 0 Donde Γ 1/ 3a. El coefcente de absorcón, a, fe consderado como varable y se calcló empleando el modelo de smas ponderadas de gases grses (WSGG, por ss sglas en ngles). En este estdo se consderó qe la dspersón de la radacón prodcda por la presenca de hollín era desprecable. Lo anteror se jstfca porqe en este trabajo se está analzando la combstón en fase gaseosa del metano con eceso de are y bajo estas condcones la presenca de hollín es nsgnfcante. El modelo de radacón P-1 fe selecconado con base al trabajo de Kontogeorgos et al 0, los cales eamnaron nmércamente na llama de gas natral trblenta no premezclada sn radacón y con dos modelos de radacón: 6-fl y P-1, confrmando qe es sgnfcante el efecto de la radacón sobre la temperatra de llama y el cálclo de la concentracón de especes, presentando el modelo P-1 la mayor apromacón a los resltados epermentales. Resltados smlares feron obtendos por Sazhn et al [13] en otras sstemas de combstón con aplcacones ndstrales, reportando las ventajas de tlzar el modelo P Mecansmos de formacón de NO En este trabajo se tlzaron los dos mecansmos prncpales de formacón de NO en la combstón metano are, n mecansmo térmco y n mecansmo súbto. Utlzando las tres ecacones anterores, la tasa neta de cambo en la concentracón de NO, esta dada por: [ NO] [ O][ N ] [ N][ O ] [ N][ OH] (15) d dt 1 1 [ NO][ N] [ NO][ O] [ NO][ H] Los tres prmeros térmnos del lado derecho de la Ec. 15 representan la reaccón en el sentdo en qe esta avanza, en esta dreccón el NO es prodcdo. Por otro lados, los tres últmos térmnos corresponden al sentdo nverso de la reaccón donde el NO es consmdo 0. Los valores asgnados por FLUEN para las constantes de las reaccones son: e / e e 4680 / 450 / e e 45/ e / 4560 / S se asme n estado sem-estable, la tasa de formacón de radcales lbres de ntrógeno, es gal a la tasa de consmo, con valores sgnfcantes solo en altas temperatras sperores a 1800 K, de ahí qe la formacón de NO llega a ser 0: [ NO] d dt [ ] 1 NO [ ] [ ] 1 N O [ ] 1 NO [ O ] [ OH] [ O][ N ] (16) Mecansmo de NO térmco La formacón de NO térmco es determnada por n conjnto de tres reaccones qímcas altamente dependentes de la temperatra, conocdo como el mecansmo etenddo de Zeldovch 0. ±1 O N N NO (1) ± N O O NO (13) ±3 N OH H NO (14) 3.5. Mecansmo de NO sbto Conocdo en ngles como Prompt NO, es n mecansmo qe reslta de la reaccón de hdrocarbros con moléclas de ntrógeno, s contrbcón en la formacón del NO total es peqeña. La formacón mplca na sere compleja de reaccones y mchas posbles especes ntermedas [17]. Para el proceso de smlacón en este artíclo se tlzó el mecansmo proporconado por FLUEN:

8 114 Copete et al [ NO] 6 ( / ) d dt fc e a 1 a ( R / p) [ O ] [ N ][ FUEL] (17) Donde fc es n factor de correccón, calclado a partr de la sgente epresón [17]: 3 fc n (18) 4 φ φ φ 3.6 Mallado del domno del modelo El domno comptaconal para el fljo de are, combstble y prodctos de combstón, nclye la tobera de alta velocdad, la cámara de combstón, na atmósfera confnada donde se da la descarga del chorro lbre y na zona destnada a la regeneracón de calor para precalentar el are de combstón, como se mestra esqemátcamente en la Fgra. El mallado nterno del sstema está compesto por n total de elementos trdmensonales heaédrcos para la confgracón de nyeccón radal y para la nyeccón aal, dstrbdos en las dferentes zonas. Smlacones prevas con tres veces más de mallas para la smlacón aal, arrojaban los msmos resltados qe al tlzar los mallados empleados en el trabajo defntvo, de esta forma fe cheqeada la sensbldad de la solcón respecto al mallado empleado. Fgra. Mallado del domno comptaconal Fgre. comptaconal grd La atmósfera confnada posee n longtd de 550 mm respecto a orfco de descarga, empleando mallas más fnas en la zona central del fljo donde se da la descarga, al gal qe en la tobera de alta velocdad, la cámara de combstón y la zona de nyeccón qerendo lograr na gran apromacón con el objetvo de captrar los efectos de compresbldad y los altos gradentes de temperatra. Para ahorrar tempo comptaconal, se realzó la smlacón de la mtad del prototpo aprovechando s smetría aal. En ambas confgracones y por la smetría aal del prototpo, el sstema de nyeccón de combstble se hace por medo de tres orfcos de gal dámetro, es decr qe en realdad se tenen ses descargas de combstble, como se ve en la Fgra 3. (a) (b) Fgra 3. Confgracones de nyeccón de combstble (a) radal, (b) aal Fgre 3. Fel njecton confgratons (a) radal, (b) aal

9 Dyna 156, RESULADOS Y DISCUSIÓN Los resltados presentados en esta seccón corresponden al sstema de combstón de alta velocdad descrto en la Fgra, qerendo smlar el sstema operando con na potenca térmca 60 W, metano como combstble y are precalentado como combrente. Las condcones del modelo empleadas son mostradas en la abla 1. La estrctra de la llamas para cada na de las confgracones de nyeccón son mostradas por los perfles de temperatra presentados en la Fgra 4. abla 1. Especfcacones del modelo able 1. Model specfcatons Característca Defncón Modelo de combstón Fraccón de mezclado PDF Eqlbro qímco Modelo de trblenca estándar Algortmo de solcón SIMPLE Esqema de dscretzacón Upwnd de segndo orden Radacón P1 Factor de areacón 1.1 Emsones de NO Mecansmo térmco y súbto El are de combstón entra precalentado a 1058 K sn rotacón y con la descarga del combstble gaseoso a través de los nyectores se crea na llama de dfsón qe ocrre a medda qe se da la mezcla, acelerando los prodctos de combstón posterormente en la tobera. Para realzar las comparacones entre las dos confgracones de nyeccón se selecconaron las tres zonas qe se mestran en la Fgra 5. En la cámara de combstón antes de la tobera de alta velocdad, en la zona de descarga de la tobera y al nteror de la atmósfera confnada. Fgra 5. Zonas de comparacón Fgre 5. Comparaton zones En la Fgra 6 se presentan las comparacones de los resltados obtendos para la temperatra y velocdad aal y en la Fgra 7 las comparacones del comportamento del proceso de combstón medante la composcón en fraccones molares del O, CO, CO y NO en los pntos anterormente descrtos. De estás comparacones se encontró qe: (a) (b) Fgra 4. Contornos de temperatra (a) nyeccón radal, (b) nyeccón aal Fgre 4. emperatre contors (a) radal njecton, (b) aal njecton La máma temperatra encontrada para la confgracón radal es de 45 K bcada en la cámara de combstón antes de ncar la descarga en la tobera z 0.45, como pede observase esta tendenca no es gal en la nyeccón aal con n valor de 80 K en este pnto. Esta dferenca de temperatras en la cámara de combstón es debdo a la reaccón estente en todo el volmen de la cámara para la nyeccón radal como consecenca de n mejor mezclado, stacón qe no ocrre con la nyeccón aal donde la reaccón se da en la trayectora de la corrente de combstble descargado y en z 0.45 todavía hay consderables cantdades de oígeno y monódo de carbono sn reacconar, los cales reacconan en la tobera presentándose la mayor temperatra en esta zona.

10 116 Copete et al Estas altas temperatras de llama es debdo a qe el are de combstón entra altamente precalentado (1058 K). La dstrbcón de temperatras al nteror de la atmósfera confnada se encontró smlar en ambas confgracones con temperatras de pared de 1098 K y 1086 K respectvamente para gales propedades térmcas del materal refractaro tlzado. En la zona de descarga de los prodctos de combstón z 0.65 y en la atmósfera confnada z 0.75, el comportamento aal de la velocdad posee magntdes smlares cercanas a los 100 m/s en ambas confgracones sendo lgeramente mayor la descarga aal, esta velocdad es mportante en n sstema de combstón de alta velocdad. En z 0.45 no scede lo msmo pesto qe la nyeccón aal del combstble con na mportante cabeza de presón descargado por los nyectores amenta la velocdad en dreccón aal, lo qe no acontece en la nyeccón radal donde la descarga se da perpendclar a esta dreccón mezclándose nmedatamente con la corrente del are de combstón qe lleva na velocdad menor en la dreccón aal. Fgra 6. Perfles de temperatra y velocdad aal Fgre 6. emperatre and aal velocty profles La fraccón molar de oígeno al nteror de la cámara de combstón z 0.45 es totalmente dferente entre las dos confgracones, para la nyeccón aal se centa con gran dsponbldad de O en las cercanías a las paredes de la cámara y posee n valor mínmo en la zona central debdo a qe la reaccón qímca en esta confgracón avanza en la trayectora aal por la descarga del combstble. Por otro lado, la confgracón de nyeccón radal posee más dsponbldad de O en la zona central debdo a la zona de mezclado entre el combstble y el are en la perfera de nyeccón. En la zona de descarga z 0.65 se pede observar n comportamento smlar con mayor presenca de O en la zona central para la nyeccón radal y menor en la zona cercana a la pared. En la atmósfera confnada la fraccón molar de O posee gal comportamento con na composcón mínma en la zona central y recrclacón a medda qe se avanza haca las paredes. El CO es mcho mayor para la nyeccón aal en la cámara de combstón z 0.45, esto se da por el mejor mezclado del

11 Dyna 156, Fgra 7. Fraccones molares de O, CO, CO y NO Fgre 7. Molar fracton of O, CO, CO y NO combstble y el combrente en la nyeccón radal, donde na mayor cantdad de combstble se qema al nteror de la cámara de combstón, stacón qe tambén se pede observar por la mayor cantdad de CO formado en este pnto. En la zona de descarga z 0.65 y en la atmósfera confnada z 0.75 el comportamento del CO sge sendo mayor para la nyeccón aal, obtenéndose n qemado más óptmo con mayor formacón de CO en ambas zonas para la nyeccón radal. Esta stacón es mportante al momento de cantfcar pérddas por combstón ncompleta, tenendo en centa qe para na aplcacón de calentamento por mpacto drecto la llama entraría en choqe con na sperfce fría pdendo amentar la combstón ncompleta. Para smlar el CO se tlzó el eqlbro qímco, qe anqe se conoce tende a sobre estmar la formacón de CO es valdo en este trabajo pesto qe el objetvo prncpal es comparar tenddas entre los dos qemadores antes de predecr valores pntales.

12 118 Copete et al Las concentracones de NO smladas medante el mecansmo etenddo de Zeldovch descrto por la Ec. 16 y el mecansmo NO súbto medante n postproceso, se mestran mayores para la confgracón de nyeccón radal en los tres pntos de comparacón, lo cal pede ser eplcado por la mayor concentracón de oígeno en la zona de reaccón debdo al mejor mezclado qe orgna relacones más cercanas a la esteqométrca con temperatras sperores. Este comportamento es opesto al observado por la combstón ncompleta evdencada por la fraccón molar de CO. En las grafcas de las Fgras 6 y 7 se observa na asmetría del fljo qe es debdo a na asmetría en el mallado qe se pede evdencar en las Fgras, 3 y 4 para el plano Z-Y. En las gráfcas de la Fgra 7 en z 0.75 no se observa dspersón en la atmósfera confnada lo qe ndca qe no hay dfsón haca esas zonas de especes como CO, CO ó NO, esto es debdo a qe es n sstema netamente advectvo y no dfsvo y debdo a las altas velocdades los prodctos de combstón tenden rápdamente a salr. 5. CONCLUSIONES La posbldad de predecr medante smlacones nmércas el comportamento de la combstón en sstemas térmcos permte defnr la confgracón geométrca más óptma de dseño en los eqpos de calentamento. Se ha llevado a cabo la smlacón nmérca CFD de la combstón en na de las cámaras y la mtad del horno de n sstema de combstón de alta velocdad con regeneracón de calor medante la comparacón de dos confgracones de nyeccón de combstble tlzando el software comercal FLUEN. Los resltados obtendos mestran qe el sstema de nyeccón aal pede traer desventajas respecto a la nyeccón radal, pesto qe se evdenca altos nveles de CO en los tres pntos de comparacón posblemente debdo a la falta de mezclado y qemado al nteror de toda la cámara de combstón. Stacón contrara al comportamento del NO en donde se tenen mayores concentracones con la nyeccón radal debdo a las mayores temperatras y el mejor mezclado. Estas comparacones merecen especal atencón en el momento de dseñar eqpos de combstón desde el pnto de vsta ambental y de efcenca de combstón. Los atores con base a los resltados obtendos ven más bondades en la confgracón de nyeccón radal de tal forma qe es selecconada para la constrccón del prototpo defntvo. Además de analzar el CO, la combstón más óptma se pede evdencar tambén con la formacón de CO en los pntos de comparacón, sendo mayor en la nyeccón radal atrbble al mejor mezclado y qemado en la cámara de combstón, stacón mportante al momento de cantfcar pérddas por combstón ncompleta, tenendo en centa qe para na aplcacón de calentamento por mpacto drecto la llama entraría en choqe con na sperfce fría pdendo amentar la presenca de nqemados. Los perfles de temperatra y velocdad poseen gal orden de magntd y ambos peden servr para ser aplcados a n proceso ndstral de alta temperatra, pero con na ventaja de la nyeccón radal sobre la aal por la efcenca en la combstón.

13 Dyna 156, NOMENCLAURA a C g y C d Coefcente de absorcón Constantes en la ecacón de la fraccón de mezclado y s varanza C 1, C y C Constantes en el modelo f f Fraccón de mezclado Varanza de la fraccón de mezclado fc Factor de correccón en la Ec. 18 G h 1, y 3-1, - y - 3 n p q R S Radacón ncdente Entalpía Energía cnétca trblenta Valores constantes en la dreccón de la reaccón Valores constantes en la dreccón nversa de la reaccón Número de átomos de carbono por molécla de hdrocarbro Presón Fl de radacón Constante nversal del gas érmno fente en las ecacones gobernantes emperatra emperatra promedo Componente de la velocdad en la dreccón, y, z Coordenadas cartesanas Z [ ] Símbolos gregos Coordenada cartesana en la dreccón Fraccón másca del elemento Concentracón asa de dspacón de la energía cnétca trblenta Vscosdad dnámca σ Densdad Constantes de Stefan-Boltzmann σ h, σ, σ, Número de Prandlt/Schmt σ ' trblento para h,,, f, f φ Sbíndces Relacón de eqvalenca rblento, j Indca dreccón de coordenadas comb Combstble Odante o Speríndces a REFERENCIAS asa de dspacón de la energía cnétca trblenta Energía cnétca trblenta Orden de la reaccón de oígeno Promedo convenconal Promedo densdad ponderada [1] WINER, E. Le brûler-jet. Un procédé sople d tlsaton d gaz por le réchaffage des méta (Jet mpngement, a versatle gas fred system for process heatng of metals). Conférence sr la recherche et la technologe dans le domane d gaz natral. Chcago, [] OEN, GEORGE y HOWES, MAURICE. Steel Heat reatment Handboo. Marcel Deer, Inc, [3] HÄLLQVIS,. Large eddy smlaton of mpngng jets wth heat transfer. echncal Reports from Royal Insttte of echnology, 006. [4] FAVRE, A., Eqatons des gaz trblents compressbles, Jornal de Mécanqe. 4 pp: , [5] LAUNDER, B., Y SPALDING, D. Lectres n Mathematcal Models of rblence. Academc Press, London, England, 197.

14 10 Copete et al [6] FURUHAA,., ANNO, S., MIURA,., IKEDA, Y. Y NAKAJIMA. Performance of nmercal spray combston smlaton. Energy Convers. Mgmt, 38, [7] RAHIMI, M., KHOSHHAL, A., MEHDI, S. CFD modelng of a boler s tbes rptre. Appled hermal Engneerng, 6, pp: 19-00, 006. [8] HERRMANN, M. Nmercal smlaton of trblent Bnsen flames wth a level set flamelet model. Combston and Flame, 145, Isses 1-, pp: , 006. [9] SHIN, M., KIM, H., JANG, D. Nmercal stdy on the SNCR applcaton of space-lmted ndstral boler. Appled hermal Engneerng, 7, Isses 17-18, pp: , 007. [10] ABACCO D., INNARELLA C., Y BRUNO C. heoretcal and Nmercal Investgaton on Flameless Combston. Combston Scence and echnology. 174(7), 00. [11] SIEGEL R., HOWELL, J.R. hermal Radaton Heat ransfer. Forth Edton. aylor and Francs, New Yor, 00. [1] KONOGEORGOS, D., KERAMIDA, E. Y FOUNI, M. Assessment of smplfed thermal radaton models for engneerng calclatons n natral gas-fred frnace. Internatonal Jornal of Heat and Mass ransfer, 50, 007. [13] SAZHIN, S., SAZHINA, E., SARAVELOU, F., WILD, P. he P-1 model for thermal radaton transfer: advantages and lmtatons. Fel, 75, [14] BAROK, W., SAROFIM, A.F. Fossl Fel Combston: A Sorce Boo. John Wley & Sons, Inc, New Yor, [15] BIN, J., XINGANG, L., HONGYING, L. Y XINGANG, L. Stdy on NO Formaton n CH4/Ar Jet Combston. Chnese J. Chem. Eng., 14, 006. [16] SOBIESIAK, A., RAHBAR, S. Y BECKER, H. Performance characterstcs of the novel low-no CGRI brner for se wth hgh ar preheat. Combston and Flame, 115, [17] WAANABE, H., SUWA, Y, MASUSHIA, Y., MOROZUMI, Y., AOKI, H., ANNO, S. Y MIURA,. Spray combston smlaton ncldng soot and NO formaton. Energy Converson and Management, 48, 007. Vew pblcaton stats