Diseño y Análisis Numérico de una Cámara de Combustión Anular
Autores: Moreno-Pacheco, Luis Alfonso; Sánchez-López, Fernando; Barbosa-Saldaña, Juan Gabriel; Martínez-Trinidad, José; Carpinteyro-Pérez, Mario Alberto; Wong-Ángel, Wilbert; García-León, Ricardo Andrés
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño y Análisis Numérico de una Cámara de Combustión Anular
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Cámara de combustión
Turbinas de gas
Metodología de diseño
Simulaciones numéricas
ángulos de inyección de combustible
Rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Diseñar una cámara de combustión para turbinas de gas se considera tanto una ciencia como un arte. Este estudio presenta una metodología integral para diseñar una cámara de combustión anular adaptada a las condiciones de operación de un motor CFM-56, un motor turbofan de alto bypass ampliamente utilizado. El proceso de diseño involucró el cálculo de los criterios básicos y dimensiones para la carcasa, el revestimiento, el difusor y el remolino, seguido de un análisis de las secciones de enfriamiento del revestimiento. Se realizaron simulaciones numéricas utilizando el software NUMECA y la herramienta de malla HEXPRESS para predecir el comportamiento y rendimiento de la cámara de combustión, empleando el modelo de turbulencia - y el modelo de combustión Flamelet. Se utilizó metano como combustible, y se realizaron simulaciones para tres ángulos de inyección de combustible: axial, 45 grados y 60 grados. Los resultados demuestran que la cámara de combustión está debidamente dimensionada y logra una combustión completa para todas las configuraciones. La relación de presión es 0.96, superando los criterios mínimos de diseño. Además, las emisiones de hidrocarburos no quemados son cero, mientras que los niveles de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono están por debajo de los límites regulatorios. Estos hallazgos validan la metodología de diseño propuesta, asegurando un rendimiento eficiente y conforme a las normativas ambientales de la cámara de combustión.
Descripción
Diseñar una cámara de combustión para turbinas de gas se considera tanto una ciencia como un arte. Este estudio presenta una metodología integral para diseñar una cámara de combustión anular adaptada a las condiciones de operación de un motor CFM-56, un motor turbofan de alto bypass ampliamente utilizado. El proceso de diseño involucró el cálculo de los criterios básicos y dimensiones para la carcasa, el revestimiento, el difusor y el remolino, seguido de un análisis de las secciones de enfriamiento del revestimiento. Se realizaron simulaciones numéricas utilizando el software NUMECA y la herramienta de malla HEXPRESS para predecir el comportamiento y rendimiento de la cámara de combustión, empleando el modelo de turbulencia - y el modelo de combustión Flamelet. Se utilizó metano como combustible, y se realizaron simulaciones para tres ángulos de inyección de combustible: axial, 45 grados y 60 grados. Los resultados demuestran que la cámara de combustión está debidamente dimensionada y logra una combustión completa para todas las configuraciones. La relación de presión es 0.96, superando los criterios mínimos de diseño. Además, las emisiones de hidrocarburos no quemados son cero, mientras que los niveles de óxidos de nitrógeno y monóxido de carbono están por debajo de los límites regulatorios. Estos hallazgos validan la metodología de diseño propuesta, asegurando un rendimiento eficiente y conforme a las normativas ambientales de la cámara de combustión.