Contribución al estudio de la ignición térmica en sistemas gaseosos dinámicos

Abstract

La investigación objeto del presente trabajo ha perseguido, como fin primordial, adaptar un método continuo, ya existente en este Departamento, para la determinación de condiciones de ignición de combustibles liquidos. También desea ampliar y desarrollar un modelo matemático que describe teóricamente el fenómeno de la combustión tal y como se produce en el método experimental utilizado.

La aplicación de las ecuaciones de conservación de la energia y materia, junto con la de conservación de cantidad de movimiento y con la ecuación cinética correspondiente conduce, en el caso de un reactor tubular con distribución radial de temperatures y concentraciomes, en regimen laminar y condiciones estacionarias, al modelo matemático del sistema, constituido finalmente por dos ecuaciones diferenciales en derivadas parciales.

El sistema de ecuaciones, con sus adecuadas condiciones de contorno, no tiene solución analitica obteniéndola numéricamente solamente cuando los parámetros del sistema toman ciertos valores. Se han determinado, mediante empleo de un ordenador, las valores críticos del sistema correspondientes al modelo planteado. Del mismo modo se ha realizado el estudio de la influencia de las condiciones internas del sistema, como es la consumición de los reactantes y de condiciones externas al mismo, como son las condiciones de la pared que lo confina. En general, las soluciones se han obtenido considerando la temperatura de pared como constante e igual a la inicial de la mezcla gaseosa, si bien se ha deducido la influencia de la variación de dicha temperatura sobre los valores de los parámetros críticos.

La comprobación experimental del modelo es simplemente orientativa ya que se carece de los datos cinéticos lo suficientemente precisos requeridos por el modelo planteado.

La idea inicial, base del método experimental utilizado, fue dada por Costa Novella y col. (1) y posteriormente utilizada par Storch de Gracia [2]. Una mejora del conocimiento y control de la temperatura en la pared fue realizada por Torra (3], quien construyó el reactor utilizado , en el que existen dos lechos fluidizados coaxiales. El interno tiene como misión mezclar, calentar, controlar térmicamente la mezcla gaseosa y actuar de cierre aguas arriba al producirse las explosiones de la misma. El externo controla la temperatura de pared. La innovación primordial del presente trabajo ha consistido en adoptar el métod·o al estudio de combustibles líquidos, alimentados directamente al reactor en dicho estado, mientras que en las anteriores trabajos las combustibles utilizados eran gases (metano, etano, propano y butano).

Se ha ceñido el estudio a los hidrocarburos n-heptano e isooctano, ya que se toman como referencia de los combustibles utilizados en los motores de combustión interna, y de sus rnezclas, con el fin de establecer la influencia de la concentración de uno de ellos. La investigación experimental se ha llevado a cabo determinando las lapsos de ignición a distintas temperaturas. Para el n-haptano las ensayos se han efectuado a 2, 3, 4, 5, 6 y 7 veces la velocidad mínima requerida para la fluidización del lecho interno y para el isooctano y mezclas a unas 4 veces dicha velocidad minima.