ANEXO

59

ANEXO

A1: Generación de geometrías en GAMBIT

En este apartado se pretende explicar cómo se generan las geometrías del

problema que van a formar parte del proceso.

El primer paso que hay que dar para llevar a cabo una simulación es el de definir

la geometría objeto de estudio, mallarla y exportarla al software elegido para realizar

esta tarea. El software seleccionado para ello es GAMBIT.

Para generar una geometría en GAMBIT hay que seguir una serie de pasos. En

primer lugar se generan los nodos (que son los extremos de cada lado que forma el

reactor), luego los lados y por último se generan las caras.

El siguiente paso es el de mallar la geometría. Se distinguen dos tipos de mallas:

estructuradas y no estructuradas. En las mallas estructuradas el conjunto de líneas de

malla de una misma familia no se cortan entre sí y cortan solamente una vez a cada

línea de las otras familias. Como desventaja mencionar la dificultad que presentan para

controlar la distribución de celdas en la malla, por este motivo cundo la geometría es

demasiado compleja se recomienda usar un mallado no estructurado. En una malla no

estructurada no hay restricciones en la forma de las celdas ni en el orden de los nodos,

por esta razón los métodos de resolución son más lentos que en las estructuradas.

Para este estudio en concreto, el mallado se realizará mediante una malla

estructurada formada por cuadriláteros al ser una geometría 2D. Este tipo de mallas

presenta grandes ventajas con respecto a las no estructuradas en cuanto al procesado de

los resultados obtenidos por FLUENT. Es más sencillo estructurar los resultados en cada

nodo en función de la geometría debido a que cada nodo del dominio está determinado

por 2 índices. Las celdas son cuadrados de 1,5mmx1,5mm en todo el reactor. A

continuación se muestra la Geometría 1 mallada creada en GAMBIT:

ANEXO

60

Figura 30: Esquema de la geometría 1 creado en GAMBIT.

El último paso antes de exportar la geometría a FLUENT es el de definir las

condiciones de contorno.

ANEXO

61

A2: Modelos CFD

Modelos básicos de flujo

Se trata de modelos de base física para flujos de fluidos. Para todos los casos,

FLUENT resuelve las ecuaciones de continuidad y conservación de la cantidad de

movimiento.

La ecuación de continuidad, o ecuación de conservación de la masa, se puede

escribir de la siguiente forma:

���� + � ∙ ��� = �

[Ecuación 7]

En la ecuación [Ecuación 7], el término Sm hace referencia a la masa añadida a la

fase continua desde una segunda fase, por ejemplo la masa añadida a la fase líquida

debido a la condensación de la fase gas, o desde cualquier otra fuente de masa definida

en el problema.

La ecuación de conservación de la cantidad de movimiento para un sistema de

referencia inercial (no acelerado) se describe por:

��� ��� + � ∙ ���� = −�� + � ∙ ��̿ + �� + � [Ecuación 8]

donde” p” es la presión estática, “�̿“ es el tensor de esfuerzos y “��" y "�"���� son las

fuerzas por unidad de volumen debidas a la gravedad y a los agentes externos

respectivamente.

Modelos turbulentos

Los flujos turbulentos se caracterizan por fluctuaciones en los campos de

velocidad, que provocan fluctuaciones en otras variables tales como temperatura,

concentraciones de las especies. Dado que las fluctuaciones pueden ser de pequeña

amplitud y alta frecuencia, el cálculo computacional de las ecuaciones de gobierno es

demasiado costoso.

ANEXO

62

FLUENT ofrece las siguientes opciones de modelo de turbulencia:

- Spalart-Allmaras model

- k-ε models

- k-ω models

- Reynolds stress model (RSM)

- Large eddy simulation (LES) model

Spalart-Allmarans model

El modelo está diseñado especialmente para aplicaciones aeroespaciales que

impliquen flujos delimitados en la pared y se ha demostrado que da buenos resultados

para las capas límites sometidas a distintos gradientes de presión. También ofrece

buenos resultados para aplicaciones de turbomáquinas.

k-ε models

Dentro de los modelos turbulentos es el que presenta mejores resultados en el

ámbito ingenieril cuando el problema a estudiar requiere la simulación de flujo de

fluidos. Existen 3 submodelos dentro de este:

- Estándar

- Renormalization-group (RNG)

- Realizable

Los dos últimos nacieron con objeto de presentar mejoras en precisión sobre el

modelo Estándar. El coste computacional del Realizable es mayor que el del RNG, por

ello el modelo de flujo turbulento que se implementará será el k-ε RNG con las

opciones activadas que el programa proporciona por defecto.

Las expresiones del modelo k-ε RNG que se usarán son las siguientes: ��� ��� + ���� ����� = ���� ����� �����! + "� + "# − �$ − %& + ��

[Ecuación 9]

ANEXO

63

��� ��$ + ���� ����$= ���� ��'�� �$���! + ()' $� �"� + (*'"# − (+' �$+� − ,' + �'

[Ecuación 10]

donde “Gk” representa la generación de la energía cinética turbulenta debida a los

gradientes de velocidad promediados, “Gb” representa la generación de energía cinética

turbulenta debida a las fluctuaciones y “YM” representa la contribución de la

compresibilidad provocada por las fluctuaciones en el grado de disipación. “�' y ��”

son los valores de la inversa del número de Prandtl para ε y k respectivamente y “�� y �'” son los términos que incluyen las fuentes definidas por el usuario para el problema.

El procedimiento de reescalado (eliminación de las fluctuaciones de pequeña

escala) da como resultado una ecuación diferencial:

- .�+�√0�1 = 1,72 �67�6* − 1 + (8 -�6 [Ecuación 11]

donde �6 = �� �9

(8 ≈ 100

La integración de esta ecuación conduce a obtener una precisa descripción de la

variación de los fenómenos de transporte turbulento con la variación del número de

Reynolds.

Modelo de transferencia de calor

FLUENT permite modelar problemas que implican transferencia de energía

mediante la siguiente ecuación de conservación:

���<�� + � ∙ =���< + �> = � ∙ ��� �? −@ℎ�B� + ���̿ ∙ � + �C�

[Ecuación 12]

ANEXO

64

donde “�� ” es la conductividad efectiva y “B�” es el flujo difusivo de la especie j. Los

primeros tres términos de la parte derecha de la igualdad en [Ecuación 12] representan

respectivamente, la transferencia de energía por conducción, a la difusión de especies y

a la disipación viscosa. El término “�C” a demás de incluir el calor de reacción, engloba

otras fuentes volumétricas de calor que se hayan definido para el problema.

En la [Ecuación 12], la energía total por unidad de masa viene definida por:

< = ℎ − �� + �+2

[Ecuación 13]

donde “h” es la entalpía sensible por unidad de masa definida como:

ℎ =@%�ℎ��

[Ecuación 14]

En la [Ecuación 14],”%�” es la fracción másica de la especie j y “ℎ�” se define

como:

ℎ� = D (E,�-?FFG�

[Ecuación 15]

donde Tref es 298,15 K.

Modelo de radiación

Este modelo tiene en cuenta los efectos de transferencia de calor por radiación.

Puesto que en nuestro dominio se alcanzan temperaturas superiores a los 1200 K será

necesario activarlo. La ecuación de transferencia de calor por radiación es:

-H�I, J-J + �KL + MNH�I, J = KLO+ M?PQ + MR4QD H�I, JTФPVW �J · JT-ΩT

[Ecuación 16]

ANEXO

65

donde “I” y “ J” son respectivamente la posición y la dirección del medio estudiado. El

segundo término del lado izquierdo de la igualdad representa las pérdidas por absorción

y disipación y el lado derecho de la igualdad representa la emisión de radiación del gas.

FLUENT dispone de diversos modelos de radiación tales como modelo P-1,

modelo Discrete Transfer (DTRM), modelo Surface-to-surface (S2S), modelo

Rosseland y modelo Discrete Ordinales (DO). De los modelos que dispone FLUENT, el

modelo DO es el que abarca un mayor rango de espesores ópticos y permite resolver

problemas en los que participan procesos de combustión en los que se tiene fuentes de

calor muy localizadas. Por este motivo el modelo que se empleará en el caso a estudiar

será el DO con una discretización del espacio en cuatro direcciones.

Modelos de transporte de especies y reacción química

FLUENT ofrece varios modelos de transporte de especies y flujos reactivos para

el estudio de transferencia de materia con reacción química:

1. Modelo general de cinética finita.

2. Modelo de transporte PDF.

3. Modelo de combustión sin premezcla.

4. Modelo de combustión con premezcla.

5. Modelo de combustión con premezcla parcial.

Cada uno de estos modelos presenta características distintas y es adecuado para

un tipo determinado de flujo.

Modelo general de cinética finita

Este modelo está basado en la resolución de ecuaciones de transporte para cada

especie química, permitiendo predecir la fracción másica local promediada de cada una

de ellas.

La forma que adopta la ecuación general de conservación es la siguiente:

���%��� + ∇ · =��%�> = −∇ · B� + ,� + �� [Ecuación 17]

ANEXO

66

donde “Yj” representa la fracción másica local de la espacie “j”, “R j” es la tasa neta de

producción de la especie “j” por reacción química y “Sj” es la tasa de creación mediante

la adición de las fases dispersas por la fuentes definidas por el usuario. El flujo difusivo

“Jj” para flujos turbulentos sigue la siguiente expresión:

B� = −��[�, + �\�]\∇%� [Ecuación 18]

donde Dj,m es la difusividad de la especie “j” y Sct es el número de Schmidt turbulento.

Dentro de este modelo se pueden distinguir 4 submodelos. En función del

modelo en el que estemos el término de velocidad de reacción de la [Ecuación 17] se

calcula de forma distinta. A continuación se hace una breve descripción de dichos

modelos.

a) Modelo laminar de cinética finita

En este caso el efecto de las fluctuaciones turbulentas se ignora frente a la

cinética y la velocidad de reacción se calcula aplicando la expresión de Arrhenius.

b) Modelo Eddy-dissipation

Para este submodelo se asume que la velocidad de reacción está controlada por

la mezcla turbulenta. Se consideran reacciones prácticamente instantáneas, por ello se

ignoran los resultados obtenidos por la expresión de Arrhenius. El modelo aplicado está

basado en el trabajo de Magnussen y Hjertager.

c) Modelo laminar de cinética finita /Eddy-dissipation

Es un caso que nace de la mezcla de los dos anteriores en el que se calcula el

rango de reacción por los dos casos y se elige como resultado el más pequeño.

d) Modelo Eddy-dissipation concept (EDC)

Se trata de una extensión del modelo Eddy-dissipation en el que se incluyen

mecanismos cinéticos basados en la expresión de Arrhenius. Ésta se define como:

ANEXO

67

, = ^_`aLbF c^dLced#

[Ecuación 19]

En este modelo se asume que las reacciones ocurren en pequeñas estructuras

turbulentas llamadas Fine Scales y se asume que las especies reaccionan en las

estructuras en una escala de tiempo determinada.

Modelo de transporte PDF

La predicción de flujos reactivos turbulentos tiene que ver con la predicción de

valores promedio de fluctuaciones, los cuales se relacionan con valores instantáneos por

medio de un modelo de interacción entre la química y la turbulencia. Uno de tales

modelos es la función de densidad de probabilidad (PDF).

Se trata de una alternativa a las ecuaciones de conservación promediadas para

cada especie. Este modelo plantea las ecuaciones de transporte derivada de las

ecuaciones de Navier-Stokes. Queda limitado a flujos reactivos turbulentos con cinética

finita, que no impliquen un número elevado de reacciones. También se usa como un

método de refinamiento de resultados obtenidos previamente con otros modelos.

Modelo de combustión sin premezcla

En una combustión sin premezcla el oxidante y el combustible entran en la zona

de reacción por corrientes distintas.

Bajo ciertos supuestos, la termoquímica del problema puede ser reducida a un

solo parámetro: la fracción de mezcla, “f”, que se define como la fracción másica de los

elementos presentes en la corriente de combustible.

El modelo plantea una única ecuación de transporte para la fracción de mezcla,

por ello el término de fuente/sumidero se ignora en este caso. Las fracciones másicas de

las distintas especies se calcularan posteriormente a partir de “f”.

Modelo de combustión con premezcla

En una combustión con premezcla el combustible y el oxidante se mezclan a

nivel molecular antes de que se produzca la reacción.

ANEXO

68

El proceso de combustión con premezcla es más complicado de modelar que un

proceso de combustión sin premezcla. Esto se debe a que en este caso la combustión

tiene lugar en un fino frente de llama donde tienen lugar fenómenos turbulentos.

Modelo de combustión con premezcla parcial

Este modelo está basado en los dos anteriores y se usa en sistemas de

combustión sin premezcla donde la mezcla combustible/oxidante es no uniforme.

Elección del modelo

De los modelos estudiados, el que se adapta a las condiciones de nuestro

problema es el modelo general de cinética finita con la activación del modelo EDC.

Para este modelo el Rj de la [Ecuación 17] es:

,� = ��f∗+�∗c1 − �f∗*d �%�∗ − %� [Ecuación 20]

donde f∗es la longitud característica de las Fine Scales y se definen como:

f∗ = (h i�$�+j)/P donde:

(h = 2,1377

y �∗es el tiempo característico de reacción de las Fines Scales y se define como:

�∗ = (m i�$j)/+ donde:

(m = 0,4082

Definido esto se tiene que “%�∗” representa la fracción másica de la especie “j”

tras haber reaccionado por un tiempo �∗.

ANEXO

69

A3: Inputs configuraciones

Como se ha mencionada en el capítulo 3 del presente estudio, cada configuración

presenta unos inputs distintos para las superficies S1 y S3. A continuación se muestra

una tabla resumen con los inputs para cada configuración:

- Geometría 1

Parámetros S3

Velocidad axial (m/s)

Velocidad radial (m/s)

Temperatura (K)

Área (m2)

Int. Turbulencia

Sim1, Sim4, Sim5, Sim6, Sim7, Sim8, Sim9, Sim10, Sim11, Sim12, Sim13, Sim14, Sim15, Sim16, Sim17, Sim18, Sim19, Sim20, Sim21, Sim22, Sim23, Sim24, Sim25, Sim26, Sim27, Sim28,

Sim29

0,813 0 1045,55 0,045 3

Sim2 0,813 0 1045,55 0,045 4,5

Sim3 0,813 0 1045,55 0,045 1,5

Tabla 22: Inputs superficie S3 para Geometría 1.

ANEXO

70

Parámetros S1 Velocidad

axial (m/s)

Temperatura (K)

Área (m2) Int. Turbulencia

Sim1, Sim2, Sim3, Sim9, Sim10

1,28 315,16 1,3E-03 31

Sim4 1,28 315,16 1,3E-03 46,5 Sim5 1,28 315,16 1,3E-03 15,5 Sim6 1,36 335,57 1,3E-03 31 Sim7 1,53 376,39 1,3E-03 31 Sim8 0,76 376,39 1,3E-03 31 Sim11 1,42 349,18 1,3E-03 31 Sim12 2,12 349,18 1,3E-03 31 Sim13 2,26 349,18 1,3E-03 31 Sim14 2,52 413,97 1,3E-03 31 Sim15 2,78 457,17 1,3E-03 31 Sim16 3,04 500,36 1,3E-03 31 Sim17 2,68 413,97 1,3E-03 31 Sim18 2,97 457,17 1,3E-03 31 Sim19 3,25 500,36 1,3E-03 31 Sim20 2,83 349,18 1,3E-03 31 Sim21 3,54 349,18 1,3E-03 31 Sim22 4,25 349,18 1,3E-03 31 Sim23 4,95 349,18 1,3E-03 31 Sim24 5,66 349,18 1,3E-03 31 Sim25 6,37 349,18 1,3E-03 31 Sim26 7,08 349,18 1,3E-03 31 Sim27 7,79 349,18 1,3E-03 31 Sim28 8,49 349,18 1,3E-03 31 Sim29 9,20 349,18 1,3E-03 31

Tabla 23: Inputs superficie S1 para Geometría 1.

- Geometría 2

Parámetros S3 Velocidad axial (m/s) 0,9739976 Velocidad radial (m/s) 0 Temperatura (K) 1045,55 Área (m2) 0,0376991 Int. Turbulencia 3

Tabla 24: Inputs superficie S3 para Geometría 2.

ANEXO

71

Parámetros S1

Velocidad radial (m/s)

Temperatura (K)

Área (m2) Int.

Turbulencia

Sim30 0,39 349,18 6,9E-03 31 Sim31 0,41 349,18 6,9E-03 31 Sim32 0,51 349,18 6,9E-03 31 Sim33 0,64 349,18 6,9E-03 31 Sim34 0,77 349,18 6,9E-03 31 Sim35 0,90 349,18 6,9E-03 31 Sim36 1,03 349,18 6,9E-03 31 Sim37 1,16 349,18 6,9E-03 31 Sim38 1,29 349,18 6,9E-03 31 Sim39 0,59 500,36 6,9E-03 31

Tabla 25: Inputs superficie S1 para Geometría 2.

ANEXO

72

A4: Anexo de cálculo

- Cálculo del O2 necesario para la combustión completa del gas.

El O2 necesario para la combustión completa del gas es un dato que hay que

calcular para poder determinar λ, que se define como:

λ = relación molar O2 alimentado/ O2 necesario para la combustión completa

Especies Flujo molar

especies(kmol/s) Factor Flujo molar

neces. O2(kmol/s)

H2O 8,14E-05 0 0,00E+00 O2 0,00E+00 0 0,00E+00 N2 1,93E-04 0 0,00E+00 CO 5,14E-05 0,5 2,57E-05 CO2 5,35E-05 0 0,00E+00 CH4 1,71E-05 1,5 2,57E-05 H2 2,36E-05 0,5 1,18E-05 C6H6 2,66E-06 4,5 1,19E-05 C10H8 2,66E-06 7 1,86E-05

Total 4,28E-04 9,37E-05

Tabla 26: Cálculo del oxígeno necesario para la combustión total del gas.

- Cálculo del PCI del gas.

Especie Flujo (kg/s) PCS (MJ/kg) MJ/s H2O 1,466E-03 0,0 0,000E+00 O2 0,000E+00 0,0 0,000E+00 N2 5,398E-03 0,0 0,000E+00 CO 1,439E-03 10,1 1,454E-02 CO2 2,356E-03 0,0 0,000E+00 CH4 2,748E-04 55,4 1,523E-02 H2 4,748E-05 141,4 6,714E-03 C6H6 2,074E-04 42,3 8,772E-03 C10H8 3,403E-04 40,8 1,389E-02

Total 1,153E-02 5,915E-02

Tabla 27: Poder calorífico de las especies del gas de entrada.

ANEXO

73

Para calcular el PCI del gas se calculó en primer lugar el PCS medio del gas. En

la Tabla 27 aparecen los valores del PCS en MJ/kg de las distintas especies que

componen el gas. Éstos se tomaron de bibliografía.

o(� pqB��r = ∑ t�u�vw p��J r� ∗ o(� pqB��r�y�u�vw�w�Ku���J

[Ecuación 21]

o(H pqB��r = o(� pqB��r − 2,495 ∗ |9 ∗ }+ p��J r�u�vw�w�Ku p��J r +}+~ p��J r�u�vw�w�Ku p��J r�

[Ecuación 22] o(H = 4,72qB/��

El PCI del gas a la salida se calcula con el mismo procedimiento al descrito.

ANEXO

74

A5: Estudio de supuesta configuración elegida

De entre las simulaciones estudiadas se va elegir la configuración más adecuada

en cuanto a la reducción del PCI. Se considera aceptable un valor entorno al 50%.

Se analizará por separado la simulación elegida para cada geometría y se

compararán.

– Geometría 1

Según lo comentado, la configuración que mejor se adapta a nuestras

condiciones es la Sim21:

Simulación T aire (ºC) T vapor(ºC) λ Sim21 25 400 0,25

Tabla 28: Configuración seleccionada para la geometría 1.

La conversión de cada especie para la presente configuración es la siguiente:

Especie Xi (%)

H2O -9,71 O2 100,00 N2 0,00 CO 16,30 CO2 -41,01 CH4 19,46 H2 1,74 C6H6 19,12 C10H8 21,74

Tabla 29: Conversión de las especies a la salida del reactor para la Sim21.

Como se puede apreciar se alcanza una conversión aproximada del 19% en

benceno y 22% en naftaleno.

A continuación se muestra un análisis detallado de la evolución que sigue

distintos parámetros en el interior del reactor.

ANEXO

75

Figura 31: Evolución de los perfiles de temperatura para distintas secciones a lo largo del

reactor (Sim21).

Figura 32: Esquema térmico en el interior del reactor para la Sim21 (temperaturas en K).

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

100 600 1100 1600

Pos

ició

n (m

)

T (ºC)

Entrada gas

x=0,25

x=0,5

x=0,75

x=1

x=1,25

Salida gas

ANEXO

76

Figura 33: Evolución de la temperatura integrada para cada sección a lo largo del reactor

(Sim21).

En la Figura 31 se muestra la evolución de la temperatura para distintas

secciones generadas a lo largo del reactor, alcanzando un máximo de unos 1550 ºC a

una distancia de 0,75 m de la entrada al reactor. La Figura 32 ofrece el esquema térmico en

el interior del reactor, en el que se representa la temperatura, en K, a la que se encuentra cada

zona en mediante una gama de colores. Se observa un aumento de la temperatura en el

momento en el que entran en contacto el gas con el aire debido a las reacciones exotérmicas que

tienen lugar. A partir de 0,75 metros la temperatura comienza a descender como consecuencia

de las reacciones endotérmicas que necesitan parte de la energía desprendidas por las primeras,

tal y como se aprecia en la Figura 33.

Figura 34: Evolución de fracciones másicas a lo largo del reactor (Sim21).

550

650

750

850

950

1.050

0 0,5 1 1,5

T(k

)

L(m)

0,06

0,07

0,07

0,08

0,08

0,09

0,09

0,10

0,10

0,00

0,01

0,01

0,02

0,02

0,03

0,03

0,04

0,04

0,05

0,05

0 0,5 1 1,5

Fra

cció

n m

ásic

a

L (m)

O2 (F. másica)

C6H6 (F.másica)

C10H8 (F.másica)

CH4 (F.másica)

H2 (F.másica)

CO (F.másica)

ANEXO

77

En la Figura 34 se representan las fracciones másicas en tanto por uno del

benceno, naftaleno, metano, hidrógeno y oxígeno en el eje principal, y la del monóxido

de carbono en el eje secundario. Indicar que para representarlo sea tomado el valor

integrado de la fracción másica de cada especie para cada sección a lo largo del reactor.

Se puede observar que en un primer instante el O2 oxida a los alquitranes y al metano,

como consecuencia disminuye la cantidad presente en el gas dando como producto CO.

Éste alcanza un máximo y en ese instante se oxida con el O2 para dar CO2. La cantidad

de H2 se mantiene prácticamente constate a lo largo del reactor.

– Geometría 2

Según lo comentado anteriormente, la configuración que mejor se adapta a

nuestras condiciones es la Sim35:

Simulación T aire (ºC) T vapor(ºC) λ Sim35 25 400 0,35

Tabla 30: Configuración seleccionada para la geometría alternativa.

La conversión de cada especie para la presente configuración es la siguiente:

Especie Xi (%)

H2O -11,86 O2 100,00 N2 0,00 CO 12,95 CO2 -54,97 CH4 13,30 H2 8,20 C6H6 12,32 C10H8 14,73

Tabla 31: Conversión de las especies a la salida del reactor para la Sim35.

Como se puede apreciar se alcanza una conversión aproximada del 12,3% en

benceno y 14,7% en naftaleno.

A continuación se muestra un análisis detallado de la evolución que sigue

distintos parámetros en el interior del reactor.

ANEXO

78

Figura 35: Evolución de los perfiles de temperatura para distintas secciones a lo largo del

reactor (Sim35).

Figura 36: Esquema térmico en el interior del reactor para la Sim35 (temperaturas en K).

Figura 37: Evolución de la temperatura integrada para cada sección a lo largo del reactor

(Sim35).

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

400 800 1200 1600

Pos

ició

n (m

)

T(ºC)

Entrada gas

x=0,25

x=0,5

x=0,75

Salida gas

700750800850900950

1.0001.0501.1001.1501.200

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

T(º

C)

L(m)

ANEXO

79

En la Figura 35 se muestra la evolución de la temperatura para distintas

secciones generadas a lo largo del reactor, alcanzando un máximo de unos 1600 ºC a

una distancia de 0,5 m de la entrada al reactor. La Figura 36 ofrece el esquema térmico en

el interior del reactor, en el que se representa la temperatura, en K, a la que se encuentra cada

zona en mediante una gama de colores. Se observa un aumento de la temperatura en el

momento en el que entran en contacto el gas con el aire debido a las reacciones

exotérmicas que tienen lugar. En la

Figura 37 se observa la evolución de la temperatura integrado en cada sección. A

la entrada se produce un pequeño descenso de temperatura debió a los fenómenos de

difusión térmica que tiene lugar entre la diferencia de temperatura del gas a y el aire a la

entrada. Puesto que la inyección de aire tiene lugar a 10 cm de la entrada del reactor, en

ese punto comienza a subir la temperatura como consecuencia de las reacciones

exotérmicas que tienen lugar, alcanzando un máximo de 1130 ºC en el centro del

reactor. A partir de ahí, se produce el descenso de la temperatura al necesitar las

reacciones endotérmicas parte de la energía desprendida por las primeras.

– Configuración elegida

Una vez que se ha seleccionado la configuración adecuada para cada geometría

en función al criterio de reducción del PCI, se va a realizar una comparación de la

conversión de las especies presentes en el gas de ambas configuraciones.

Figura 38: Comparación de la conversión.

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

H2O CO CO2 CH4 H2 C6H6 C10H8

% c

onve

rsió

n

Sim35

Sim21

ANEXO

80

Como se puede apreciar en la Figura 38, introduciendo el aire lateralmente se

consigue una menor conversión de alquitranes. Se forma más CO2 ya que hay una

mayor oxidación del CO. Siendo la configuración más adecuada para el diseño del

reformador la Sim21.