Práctica 8 - (Lab) Llama de Difusión PDF

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Octava práctica de la asignatura "Combustión", de 4º de GITI...

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G RADO

EN I NGENIERI´A EN

T ECNOLOGI´AS I NDUSTRIALES

´ 8 PRACTICA Llama de Difusi´on

AUTOR: V´I CTOR J. F UENTES C ANO 26043507-D ASIGNATURA: ´ C OMBUSTI ON ´ N ICA, TERMI ´ D EPARTAMEN TO DE I N GENI ER´IA M EC A CA Y DE F LUIDOS

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DE MAYO DE

2019

´INDICE

´ ´ 8: L LA MA DE D IFUS I ON P R ACTICA

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´INDICE

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´ INDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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II

´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . INTRODUCCION

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II.1 Pr´actica de laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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III

CONTENIDO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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III.1 Representaci´on de la altura dimensional de llama frente al caudal dimensional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

III.2 R´egimen turbulento: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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IV

CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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´ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BIBLIOGRAFIA

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´INDICE DE FIGURAS

´ ´ 8: L LA MA DE D IFUS I ON PR ACTICA

´Indice de figuras

II II.1 II.2 II.3

Montaje del quemador de metano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Man´ometro de presi´on de metano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rot´ametro del caudal de metano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 5 5

III.1 III.2 III.3 III.4

acter transitorio. . . . . . . . . . . . . Llama de difusi´on de metano aparentemente de car´ acter claramente turbulento. . . . . . . Llama de difusi´on, con un mayor caudal, y de car´ Representaci´ on de la altura de llama frente al caudal, y ajuste por m´ ınimos cuadrados . . Esquema de la variaci´on de la altura y tipo de llama en funci´ on de la velocidad del chorro [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transici o´ n desde el car´ acter laminar al turbulento, de una llama de difusi´ on de metano. .

6 6 7

III

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´Indice de tablas III.1

agenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Valores de caudal y postprocesado de las im´

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´N INTRODUCCI O

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´ INTRODUCCI ON on. Dicha llama se En la presente pr´ actica se pretende conocer las caracter´ ısticas de la llama de difusi´ on. De este modo, caracteriza porque combustible y comburente no est´ an premezclados antes de la combusti´ existen dos regiones, en las cuales solo hay o combustible u oxidante, y las cuales se hallan separadas por una peque˜na area, ´ donde coexisten ambos en proporciones muy peque˜ nas. En esta peque˜ na regi´on, denomivecinas con el combustible, y tras reaccionar, ambos nada llama, el comburente se difunde desde lasareas ´ on. desaparecen para formar los productos de la combusti´

Figura II.1: Montaje del quemador de metano. El montaje para la realizaci´ on de la pr´actica consiste en un quemador de metano (figura II.1), poseedor ometro (figuras II.2 y II.3). de varios elementos de medici´on y control, como son un rot´ ametro y un man´

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Figura II.2: Man´ometro de presi´on de metano.

Figura II.3: Rot´ametro del caudal de metano.

II.1. Pr´actica de laboratorio actica es caracterizar las llamas de diComo hemos mencionado anteriormente, el fundamento de la pr´ fusi´on. Para ello, en el laboratorio de fluidos, se anotar´ an la presi´on de entrada del combustible (metano), su caudal, y se obtendr´an fotograf´ıas (o v´ıdeos) de las llamas en ciertos instantes conocidos, con el fin de su posterior procesado para obtener la altura de la llama. El procedimiento sera el siguiente: En primer lugar se medir´ a la boquilla del quemador, que ser´ a usada posteriormente como referencia de una distancia conocida en las im´ agenes de las llamas. A continuaci´ on tras anotar la presi´on de combustible, se comenzar´ a a abrir el flujo del mismo (metano) mientras se efect´ uan fotograf´ıas o v´ıdeos de la llama, hasta obtener un r´ egimen turbulento. actica nos formula Tras el desarrollo de los acontecimientos previamente descritos, el enunciado de la pr´ dos objetivos: afica. Representar la altura dimensional de la llama frente al caudal dimensional en una gr´ turbulento. Comentar lo que ocurre una vez que la llama alcanza un egimen r´

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CONTENIDO

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CONTENIDO actica, describiendo el En este apartado, resolveremos las preguntas planteadas por el enunciado de la pr´ on. proceso llevado a cabo hasta su resoluci´

III.1. Representaci´on de la altura dimensional de llama frente al caudal dimensional. on, en primer lugar debemos tener una distancia de referencia en Para poder obtener dicha representaci´ on del quemador, el cual las im´agenes. Concretamente, trabajaremos con el di´ ametro de la boquilla de lat´ agenes de la tiene un valor de 4mm. Las siguientes fotograf´ ıas (figuras III.1 y III.2) son un ejemplo de im´ muestra a usar para su procesado:

Figura III.1: Llama de difusi´on de metano aparentemente de car´acter transitorio. Figura III.2: Llama de difusi´on, con un mayor caudal, y de car´acter claramente turbulento.

A continuaci´on, con el comando de Matlab ginpunt, en cada imagen de la muestra obtendremos los p´ıxeles a ambos lados de la boquilla y procedemos a calcular su diferencia. Si igualamos el resultado de dicha resta a la longitud real del di´ ametro de la boquilla, obtendremos un factor de escala a partir del cual podremos calcular la altura real de la llama desde la fotograf´ ıa. ıxeles entra la base y la cresta Para ello, con el mismo comando de antes obtendremos la diferencia en p´ de la llama, en cada imagen. En la siguiente tabla (III.1) recopilamos estos datos.

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No Muestra Caudal de CH4 (L/min) ∆X (p´ıxeles) ∆Y (p´ıxeles) F. Escala (p´ıxel /mm) Altura de llama (cm)

CONTENIDO

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 48 50 41 47 34 32 18 22 21 20 726 1316 1323 1386 1123 1075 893 936 1049 1059 12 12.5 10.25 11.75 8.5 8 4.5 5.5 5.25 5 6.05 10.52 12.90 11.79 13.21 13.43 17.84 17.01 19.98 21.18

agenes. Tabla III.1: Valores de caudal y postprocesado de las im´ Se puede apreciar que el factor de escala va disminuyendo conforme va aumentando el valor del caudal de metano. Ello es debido a que en los caudales elevados, la c´ amara tubo que de retroceder para poder encuadrar todo el tama˜ no de la flama, hecho observable en las figuras III.1 y III.2. Tras la obtencion ´ de estos datos, podemos proceder a su representaci´on en la siguiente gr´ afica (figura III.3), adem´as de su ajuste1 polin´ omico:

20

15

10

5 0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

ınimos cuadrados Figura III.3: Representaci´on de la altura de llama frente al caudal, y ajuste por m´ ıvola y Cabe mencionar que los datos recopilados en la presente pr´ actica han sido tomados de manera fr´ sin mucha seriedad, pudiendo no reflejar de forma precisa la realidad. Simplemente con la toma de varias im´agenes para cada valor del caudal, se habr´ ıa eliminado la componente del flameo de la llama, pudiendo llegar a datos mucho mas ver´ıdicos de altura real. Adem´ as, el primer valor ya presenta un car´ acter aparentemente de transici´ on a r´egimen turbulento (figura II.2), con lo cual no se puede apreciar una correcta transici´on con esa muestra.

III.2. R´egimen turbulento: on del caudal de combustible de la llama de Seg´un la teor´ıa impartida a lo largo del curso, en funci´ on y turdifusi´on, deber´ıan mostrarse tres principales regiones diferenciadas: R´ egimen laminar, de transici´ bulento. 1

R-squared: 0.92, Adjusted R-Squared 0.91

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CONTENIDO

ıa presentar un comportamiento lineal entre la velocidad del La primera zona (laminar), en principio deber´ chorro de combustible y la altura de la llama. La zona de transici´ on, por el contrario, mostrar´ıa un descenso egimen turbulento, tal y de la altura, seguido de un estancamiento de la altura m´ axima de llama para el r´ como se muestra en la figura III.4.

on de la velocidad del chorro [1]. Figura III.4: Esquema de la variaci´on de la altura y tipo de llama en funci´ Pese a todas las discrepancias en las mediciones experimentales ya comentadas anteriormente, podr´ ıamos aventurarnos en la caracterizacion ´ del tipo de llama en la figura III.3. El r´ egimen laminar se encontrar´ ıa en los primeros puntos, hasta el valor de caudal de 0.45 (L/min) aproximadamente. Ah´ ı se produce el descenso de altura de llama caracter´ıstico de la etapa de transici´on, y posteriormente el estancamiento de la altura en egimen turbulento. los dos ultimos ´ puntos, signo inequ´ıvoco de haber alcanzado el r´

on de metano. Figura III.5: Transici o´ n desde el car´ acter laminar al turbulento, de una llama de difusi´ Por ultimo, ´ me gustar´ıa mencionar que experimentalmente s´ı pudimos apreciar las caracter´ısticas de las llamas de difusi´on, en la sesi´on de laboratorio. Pudimos variar los caudales de metano en un rango lo suficientemente grande como para poder observar las tres etapas de la llama, y presenciar el punto de turbulencia en el cual a m´ as caudal se sigue manteniendo la misma altura de llama. En las im´ agenes (figura III.5) se muestran algunos frames de un v´ıdeo en slow-motion2 , en el cual se aumentaba el caudal de forma 2

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C´amara lenta para los amigos.

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brusca y se llega a apreciar muy bien los puntos comentados anteriormente.

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CONCLUSIONES

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CONCLUSIONES on del informe, hemos Durante el transcurso de esta pr´actica de laboratorio as´ı como en la redacci´ on y a saber diferenciarla de otros tipos de llama. Acorde con aprendido a caracterizar una llama de difusi´ ello, hemos podido apreciar las tres fases de su car´acter, en su transici´ on desde r´egimen laminar hasta el turbulento. Adicionalmente hemos comprobado lo aprendido en la teor´ ıa, como el comportamiento de la llama de difusi´on turbulenta, que no aumenta su altura pese a incrementar el caudal de combustible.

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BIBLIOGRAFI´A Referencias [1]

Ram´on Fern´andez Feria y Carlos del Pino Pe˜ nas. “Introducci´on a la combusti´on”. spa. En: Introducci´on a la combusti´ on. Manuales 72. M´alaga: Universidad, 2006, p´ag. 165. I SBN : 8497471334.

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