Tesis Pre-grado
Análisis computacional de la generación de energía eléctrica a partir de la energía de combustión de metano en medios porosos anulares enfriados por un flujo interno del agua
Autor
Bubnovich-Ssa, Valeri Ivanovich
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
Institución
Resumen
La combustión en medios porosos es una técnica avanzada donde una matriz solida porosa en conjunto con una cámara de combustión acumulan calor desde los productos de combustión calientes y pre-calientan los reactantes de entrada. Esta recuperación de calor permite la combustión de metano, que conserva los recursos energéticos, o la quema de los gases de bajo valor calórico, utilizando los recursos que de otro modo serían desperdiciados. Las buenas propiedades para la trasferencia de calor de los medios porosos sólidos permiten la quema de mezclas pobres y mantienen una menor temperatura máxima de llama, lo que ayuda a reducir las emisiones de NOX, y ayuda también a mantener un campo de temperatura homogénea en toda la longitud del medio otorgando el tiempo necesario para la oxidación de CO, que está directamente relacionada con la prevención y control de la contaminación del aire. El calor generado por combustión dentro del quemador poroso puede ser aprovechado utilizando dispositivos termoeléctricos como una forma factible de producir energía eléctrica. Los dispositivos termoeléctricos operan haciendo uso del efecto Seebek: un gradiente de temperatura a través de dos materiales conductores unidos crearán una tensión (voltaje). Para optimizar el voltaje de salida a cualquier aplicación dada, se escogerá un elemento termoeléctrico con la mayor eficiencia posible respecto de la temperatura específica de trabajo. Con el propósito de aumentar el voltaje y potencia obtenidos, el gradiente de temperatura se incrementa aumentando la temperatura del lado caliente o disminuyendo la temperatura del lado frio del dispositivo. Por lo tanto, para un quemador de medios porosos que utiliza dispositivos termoeléctricos, el voltaje generado puede incrementarse refrigerando la cara fría del dispositivo de manera pasiva como lo sería un disipador de calor o activa mediante un ventilador o un chorro de fluido, o incrementando la cara caliente aumentando la temperatura de la llama. Adicionalmente, es normal conectar varios dispositivos termoeléctricos en serie para incrementar el voltaje y potencia obtenidos, aunque la mayoría de los dispositivos termoeléctricos comerciales traen ya incorporados múltiples elementos termoeléctricos individuales. Por lo tanto, la idea de utilizar elementos termoeléctricos, junto con un quemador poroso puede proporcionar una fuente de viable de energía. Entonces, el objetivo general del proyecto es entender los mecanismos de combustión en quemadores cilíndricos anulares de medios porosos y como podría utilizarse para generar energía eléctrica de la manera más eficiente posible. El desarrollo y análisis del problema planteado se realizara mediante simulaciones computacionales. El modelo se discretizará y resolverá usando el software COMSOL .