Efecto Térmico de la Adición de Hidrógeno al Proceso de Combustión de Metano en un Quemador de Medio Poroso Inerte

Abstract

El Plan Estratégico Nacional de Hidrógeno Verde busca fomentar el uso del hidrógeno como combustible y su desarrollo tecnológico en Chile. En este contexto, y considerando las diferentes propiedades termofísicas que presenta este combustible en comparación con el metano, la presente investigación tiene como objetivo identificar y caracterizar el efecto térmico de la adición de hidrógeno al proceso de combustión de metano en un quemador de medio poroso inerte (MPI). La metodología de investigación considera el uso de un modelo matemático bifásico que considera las ecuaciones de conservación de energía de la fase sólida y gaseosa, y de especie química con una cinética de reacción detallada. El modelo matemático se resuelve mediante el programa PREMIX, adaptado para la simulación de la combustión filtrada en reactores de MPI, utilizando el paquete de datos CHEMKIN. Se obtienen los principales parámetros operacionales en el quemador como son la velocidad del frente de llama y los perfiles térmicos, tanto de la línea base (combustión de metano) como de las pruebas con adición de hidrógeno en la mezcla. Mediante un análisis de las temperaturas de la fase sólida y gaseosa se determina el efecto del hidrógeno en los mecanismos de transferencia de calor y en la estabilidad de llama en estos quemadores. Adicionalmente, se contrastan los resultados numéricos con experimentos. Los principales resultados indican una disminución de la temperatura del frente de llama con el aumento de la concentración de hidrógeno en la mezcla, y un aumento de la velocidad del frente de llama bajo estas mismas condiciones.