Diseño de un banco de pruebas para evaluar el desempeño de un quemador tipo micromix operado con mezclas de hidrógeno-gas natural como combustible

Abstract

El creciente desarrollo humano y la necesidad continua de energía han intensificado la búsqueda de recursos energéticos, predominantemente cubiertos por combustibles fósiles que generan significativas emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2 y los NOx. Estos últimos, producto de la combustión de hidrocarburos, son particularmente preocupantes por su impacto en la salud humana y su contribución a la formación de smog y lluvia ácida. En respuesta, se ha explorado el uso de combustibles alternativos como el hidrógeno y sus mezclas con hidrocarburos, que muestran potencial para reducir las emisiones de CO y CO2, aunque con el desafío de gestionar incrementos en la producción de H2O y NOx en los gases de escape. La tecnología de quemadores tipo micromix se destaca en este contexto debido a su capacidad para mezclar eficientemente combustibles gaseosos con aire, formando micro llamas que minimizan el tiempo de residencia de los reactivos y reducen las emisiones de NOx. Sin embargo, su diseño requiere una cuidadosa consideración de la geometría y parámetros específicos para prevenir retrocesos de llama, lo cual representa un área crítica de investigación para optimizar el rendimiento de estos quemadores. Esta investigación se centró en abordar estas limitaciones mediante el desarrollo de un proceso de diseño definido y validado por simulaciones numéricas, especialmente adaptadas para evaluar y optimizar quemadores micromix utilizando mezclas de hidrógeno y gas natural. El estudio se estructuró en dos etapas principales: la primera se enfoca en el desarrollo de modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) para analizar la combustión de estas mezclas en el quemador micromix. Esto incluye revisión de modelos numéricos de combustión, desarrollo de modelos de reacciones químicas, integración con modelos de radiación y conservación de masa, así como la validación frente a datos de referencia. La segunda etapa se concentró en el diseño detallado y la optimización de un banco de prueba para el quemador micromix, utilizando herramientas avanzadas de simulación numérica para determinar las dimensiones óptimas y configuraciones del equipo. En última instancia, se espera lograr un diseño robusto que garantice una operación segura, cumpliendo con los estándares técnicos y contribuyendo significativamente a la reducción de emisiones contaminantes en aplicaciones industriales. En este documento se detallan las etapas planteadas, así como las conclusiones de la investigación y las recomendaciones a trabajos futuros.