Estudio numérico de la estructura de llama de premezcla y extinción de llama de combustibles gaseosos

En Colombia se utilizan diversos gases combustibles para suplir la demanda energética del mercado, los GLP, los Gases Naturales y el biogás son los principales gases utilizados para la generación de energía eléctrica, en sistemas combustibles industriales, sistemas de cocción y sistemas térmicos. La...

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Autores:: Camacho Portillo, Mariana

Tipo de recurso:: Trabajo de grado de pregrado

Fecha de publicación:: 2016

Institución:: Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB

Repositorio:: Repositorio UNAB

Idioma:: spa

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Colombian Sedimentary Basins: Nomenclature, Boundaries and Petroleum Geology, a New Proposal. Agencia Nacional de Hidrocarburos. Bogotá, 2007. RINCÓN MARTÍNEZ, Yully. Caracterización físico-química del gas natural de las cuencas sedimentarias colombianas. Semillero en Prospectiva Energética Colombia a 2050. Universidad Indistrial de Santander. CENGEL, Yunes A; BOLES, Michael. Termodinámica séptima edición. Editorial McGRAW- Hill/INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V. ISBN 978-0-07-352932-5 SÁNCHEZ Echeverría, Judith; CALDERÓN Beruecos, Zoila y GARCÍA Becerril; María. Química II: Libro de Texto. CHEMKIN Tutorials Manual: Flame Extinction Analysis. Reaction Design. San Diego, 2013. CHEMKIN Theory Manual: Flame Extinction Analysis. Reaction Design. San Diego, 2013. Informe del sector Gas Natural 2016 – Cifras 2015: Colombia XVII Edición. Promigas. Colombia, 2016. J. P. Franco Valencia and H. M. Guerrero Castillo. Evaluación de las redes hidráulicas para la optimización de producción en las troncales principales de las líneas de transferencia de los pozos productores del Campo Costayaco. Universidad Industrial de Santander, 2015. E. Bolaños Rodríguez and I. D. Osma Ruiz. Optimización de la producción de la estación K-27 del Campo Tibú, mediante un sistema de evaluación de desempeño. Universidad Industrial de Santander, 2009 C. A. Pérez Balaguera. Mejoramiento de la eficiencia de las plantas de endulzamiento de gas en Cusiana. Universidad Industrial de Santander, 2013. A. a Amell, C. a Bedoya, and B. Suárez. Efectos del cambio de composición química del gas natural sobre el comportamiento de turbinas a gas: Una aproximación al caso colombiano. Universidad Nacional de Colombia. Composición gas La Creciente. Promigas. [En Línea]. [Citado 22 noviembre 2016] Disponible en internet: http://www.promigas.com/wps/wcm/connect/web_content/Ne oPromigas/Clientes/Composici_oacute_n+gas/ D. A. González Acevedo y O. Y. Cruz Ruiz. Evaluación y Selección del Sistema de Medición Para el Recibo de Gas Opón en la Planta de Gas el Centro Perteneciente a la Superintendencia de Operaciones de Mares ECOPETROL S.A. Universidad Industrial de Santander, 2013. DIAZ Gonzales, Carlos A; AMELL Arrieta, Andrés; y CARDONA Luís F. Estudio Experimental de la Estabilidad de Llama de Biogás en un Sistema de Premezcla. Grupo de ciencia y Tecnología del gas y uso racional de la energía. Universidad de Antioquia, Facultad de ingeniería. Medellín. 2008.
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La oferta de este energético proviene en el país de los GLP de las refinerías de Barrancabermeja y Cartagena, los GLP de los pozos Apiay y Cusiana y los gases naturales de las cuencas Caguán- Putumayo, Catatumbo, Cordillera Oriental, La Guajira, Llanos Orientales, Valle Inferior del Magdalena y Valle Medio del Magdalena; mientras que el biogás es producido a partir de diferentes fuentes orgánicas como desechos urbanos y/o residuos de cultivos. La distribución y venta de los gases combustibles se hace a través de ductos y cilindros. La geografía influye directamente en la repartición del energético, siendo los puntos de venta principales las grandes urbes y los centros poblados de mayor cercanía a los puntos productores y/o de tratamiento. Los GLP se componen principalmente de propano y butano, y no hay diferencias considerables entre las composiciones de los cuatro gases estudiados. Ahora, las composiciones de los gases naturales si difieren significativamente y dichas combinaciones diferentes influyen en los estudios de estructura y estabilidad de llama. Por otro lado, se asume una composición genérica para el biogás de 60% CH4 y 40% CO2. En este trabajo de grado se realizaron los balances estequiométricos para cada gas combustible y se sometieron a la simulación bajo el modelo de llama opuesta en el software de cinética química CHEMKIN PRO. A partir de estas simulaciones se obtuvieron los resultados de tasa de liberación de calor, perfiles de temperatura, formación y extinción de especies químicas y, límites de estabilidad y extinción de llama.INTRODUCCIÓN 2 PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA 3 OBJETIVO DEL PROYECTO 3 Objetivos específicos 3 1. MARCO TEÓRICO 4 1.1. Combustión 4 1.2. Llamas laminares de premezcla 7 1.2.1. Estructura y mecanismo de la llama 7 1.2.2. Velocidad de deflagración laminar 8 1.2.3. Estabilidad de una llama de premezcla 10 1.3. Intercambiabilidad de gases combustibles 11 1.3.1. Propiedades de combustión asociadas a la intercambiabilidad de una mezcla de gases 14 1.4. Herramientas computacionales para el estudio de fenómenos de combustión 18 1.4.1. EES: Engineering Equation Solver 18 1.4.2. CHEMKIN PRO 18 2. METODOLOGÍA 20 2.1. Metodología de simulación 20 2.2. Panorama de los gases combustibles en Colombia 20 2.2.1. Biogás 20 2.2.2. Gas Licuado de Petróleo 22 2.2.3. Gas Natural 23 2.3. Ecuación estequiométrica 27 2.4. Parametrización del factor de aireación n en los balances de combustión 34 2.5. Mecanismos Cinético-Químicos para aplicaciones de combustión 35 2.6. Modelo de simulación en CHEMKIN PRO 37 2.6.1. Análisis de extinción de llama 37 2.6.2. Modelo de llama opuesta en CHEMKIN PRO 38 3. RESULTADOS DEL ESTUDIO DE ESTRUCTURA Y LÍMITES DE EXTINCIÓN DE LLAMAS DE PREMEZCLA PARA DIFERENTES COMBUSTIBLES GASEOSOS DE USO NACIONAL 41 3.1. Transporte, usos, propiedades y análisis cromatográfico de los gases combustibles nacionales 41 3.1.1. Gas Licuado de Petróleo 41 3.1.2. Gas Natural 44 3.2. Parámetros de simulación para el modelo de Extinción de Llama de Premezcla de Flujo Opuesto 51 3.3. Simulación de los fenómenos de combustión de llama de premezcla 55 3.3.1. Estructura de llama 56 3.3.2. Límites de extinción 80 4. CONCLUSIONES 99 RECOMENDACIONES 100 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 101 ANEXOS 103PregradoIn Colombia, various fuel gases are used to meet the energy demand of the market, LPG, Natural Gases and biogas are the main gases used for the generation of electricity, in industrial fuel systems, cooking systems and thermal systems. The supply of this energy comes in the country from LPG from the Barrancabermeja and Cartagena refineries, LPG from the Apiay and Cusiana wells and natural gases from the Caguán-Putumayo, Catatumbo, Cordillera Oriental, La Guajira, Llanos Orientales basins Lower Valley of Magdalena and Middle Valley of Magdalena; while biogas is produced from different organic sources such as urban waste and / or crop residues. The distribution and sale of fuel gases is done through pipelines and cylinders. Geography directly influences the distribution of energy, with the main points of sale being large cities and populated centers closest to the production and / or treatment points. LPGs are mainly composed of propane and butane, and there are no significant differences between the compositions of the four gases studied. Now, the compositions of natural gases do differ significantly and these different combinations influence the studies of structure and flame stability. On the other hand, a generic composition for biogas of 60% CH4 and 40% CO2 is assumed. In this degree work, the stoichiometric balances were performed for each fuel gas and were subjected to simulation under the opposite flame model in the CHEMKIN PRO chemical kinetics software. From these simulations, the results of heat release rate, temperature profiles, formation and extinction of chemical species, and limits of stability and flame extinction were obtained.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaEstudio numérico de la estructura de llama de premezcla y extinción de llama de combustibles gaseososNumerical study of the premix flame structure and flame extinction of gaseous fuelsIngeniero en EnergíaBucaramanga (Colombia)UNAB Campus BucaramangaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPBiogasCombustion gasesEnergy engineeringInvestigationsNew technologiesEnergy demandThermal systemsOrganic sourcesBiogásGases de combustiónIngeniería en energíaInvestigacionesNuevas tecnologíasDemanda energéticaSistemas térmicosFuentes organicasCamacho Portillo, Mariana (2016). Estudio numérico de la estructura de llama de premezcla y extinción de llama de combustibles gaseosos. Bucaramanga (Colombia) : Universidad Autónoma de Bucaramanga UNABAMELL A, Andrés; CADAVID S, Francisco y COPETE L, H. Proyecto Uso Eficiente y Racional de Energía en el marco del Programa de Producción más limpia del área metropolitana en el Valle de Aburrá.Combustión - Unidad V: Teoría de Llamas, reacciones de combustión. [en línea] Universidad de Buenos Aires. Argentina. [citado 12 septiembre 2016]. Disponible en internet: http://materias.fi.uba.ar/6730/Tomo1Unidad5a.pdfRENDÓN, Julio; CADAVID, Francisco; AMELL, Andrés. Simulación de la estructura de llama de un quemador de premezcla parcial metano/aire en flujo concéntrico. Grupo de ciencia y Tecnología del gas y uso racional de la energía. Universidad de Antioquia, Facultad de ingeniería. Medellín. 2008.AMELL ARRIETA, Andrés. Fenómenos de combustión en Llamas de Premezcla. 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San Diego, 2013.Informe del sector Gas Natural 2016 – Cifras 2015: Colombia XVII Edición. Promigas. Colombia, 2016.J. P. Franco Valencia and H. M. Guerrero Castillo. Evaluación de las redes hidráulicas para la optimización de producción en las troncales principales de las líneas de transferencia de los pozos productores del Campo Costayaco. Universidad Industrial de Santander, 2015.E. Bolaños Rodríguez and I. D. Osma Ruiz. Optimización de la producción de la estación K-27 del Campo Tibú, mediante un sistema de evaluación de desempeño. Universidad Industrial de Santander, 2009C. A. Pérez Balaguera. Mejoramiento de la eficiencia de las plantas de endulzamiento de gas en Cusiana. Universidad Industrial de Santander, 2013.A. a Amell, C. a Bedoya, and B. Suárez. Efectos del cambio de composición química del gas natural sobre el comportamiento de turbinas a gas: Una aproximación al caso colombiano. Universidad Nacional de Colombia.Composición gas La Creciente. Promigas. [En Línea]. [Citado 22 noviembre 2016] Disponible en internet: http://www.promigas.com/wps/wcm/connect/web_content/Ne oPromigas/Clientes/Composici_oacute_n+gas/D. A. González Acevedo y O. Y. Cruz Ruiz. Evaluación y Selección del Sistema de Medición Para el Recibo de Gas Opón en la Planta de Gas el Centro Perteneciente a la Superintendencia de Operaciones de Mares ECOPETROL S.A. Universidad Industrial de Santander, 2013.DIAZ Gonzales, Carlos A; AMELL Arrieta, Andrés; y CARDONA Luís F. Estudio Experimental de la Estabilidad de Llama de Biogás en un Sistema de Premezcla. Grupo de ciencia y Tecnología del gas y uso racional de la energía. Universidad de Antioquia, Facultad de ingeniería. Medellín. 2008.ORIGINAL2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdf2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdfTesisapplication/pdf4200051https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1451/1/2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdfe6fd84fe22214fd0dae0c3e56a6b185eMD51open accessTHUMBNAIL2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdf.jpg2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg4746https://repository.unab.edu.co/bitstream/20.500.12749/1451/2/2016_Tesis_Camacho_Portillo_Mariana.pdf.jpgdf57e71a73575b5be3cc8981333a1baeMD52open access20.500.12749/1451oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/14512024-01-21 11:18:50.199open accessRepositorio Institucional \| Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABrepositorio@unab.edu.co

Estudio numérico de la estructura de llama de premezcla y extinción de llama de combustibles gaseosos

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