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Influencia de los Tipos de Combustible y las Relaciones de Equivalencia en las Emisiones de NO en la Combustión: Un Análisis Comparativo de Mezclas de Metano, Metanol, Propano e Hidrógeno

Autores: Abbass, Amr

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Influencia de los Tipos de Combustible y las Relaciones de Equivalencia en las Emisiones de NO en la Combustión: Un Análisis Comparativo de Mezclas de Metano, Metanol, Propano e Hidrógeno


Categoría

Ciencias Medioambientales

Subcategoría

Desarrollo sostenible

Palabras clave

Hidrógeno
Metano
Metanol
Propano
Características de combustión
Relación de equivalencia

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 33

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este estudio utiliza un modelo de reactor perfectamente agitado (PSR) de cero dimensiones y presión constante dentro del marco de Cantera para examinar las características de combustión del hidrógeno, metano, metanol y propano, tanto individualmente como en mezclas enriquecidas con hidrógeno. Se evalúa metódicamente el impacto de la relación de equivalencia ( = 0.75, 1.0, 1.5), la composición del combustible y la duración de la residencia en el aumento de temperatura, la liberación de calor, el retraso en la ignición y las emisiones (NO y CO). Las simulaciones se realizan bajo condiciones de estado estacionario para emular los procesos de ignición y propagación de la llama dentro de las precámaras y zonas de combustión primaria de los motores de combustión interna. Los resultados demuestran que el hidrógeno mejora significativamente la reactividad de la combustión, disminuyendo el retraso en la ignición y aumentando la temperatura máxima de la llama, especialmente en tiempos de residencia cortos. La incorporación de hidrógeno en combustibles hidrocarburos, como el metano y el metanol, mejora la velocidad de ignición, aumenta la eficiencia térmica y estabiliza la combustión pobre. Sin embargo, las concentraciones elevadas de hidrógeno resultan en un aumento de las emisiones de NO, particularmente en relaciones de equivalencia estequiométricas, debido a las temperaturas de llama más altas. El examen de mezclas de combustible a diferentes concentraciones de hidrógeno (10-50% en moles) indica que el rendimiento térmico es óptimo en condiciones estequiométricas y disminuye tanto en entornos pobres en combustible como ricos en combustible. Se creó un modelo termodinámico utilizando la teoría clásica de combustión para validar las estimaciones de liberación de calor basadas en Cantera. El modelo calcula la liberación de calor por unidad de volumen (MJ/m) utilizando la demanda de oxígeno estequiométrica, la dilución de nitrógeno, la fracción molar de combustible y los valores de calentamiento superior (HHVs). Las estimaciones termodinámicas -3.61 MJ/m para H-CHOH, 3.43 MJ/m para H-CH y 3.35 MJ/m para H-CH- muestran una fuerte concordancia con los resultados de Cantera (2.82-3.02 MJ), validando así la consistencia física de la metodología numérica. Esta comparación sustenta el modelo de Cantera para la simulación precisa de la combustión mezclada con hidrógeno, respaldando su uso en el diseño y desarrollo de motores avanzados de bajas emisiones.

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