Análisis de la influencia del dióxido de carbono en el biogas desarrollando una metodología numérica codificada en un aplicativo en Matlab

Abstract

En el presente trabajo de tesis se realiza el análisis de los efectos del dióxido de carbono en los productos de combustión, temperatura de llama y velocidad de llama laminar del biogás, para ello, se desarrolla una metodología numérica empleando métodos numéricos (Newton Raphson, serie de Taylor y método de eliminación Gaussiana) para el cálculo y visualización de productos de combustión, la temperatura de llama y la velocidad de llama laminar, la cual es descrita y codificada en una aplicación desarrollada en MATLAB. Asimismo, la simulación en el software Ansys Chemkin es desarrollada, y se comparan los resultados obtenidos con los de otros autores. Todos los resultados fueron explicados y representados en gráficas, donde se encontró lo siguiente: (1) Los resultados indican que la presencia de CO2 en el biogás reduce la velocidad y temperatura de llama de la reacción. (2) La influencia del CO2 en las características de combustión estudiadas (velocidad de llama y temperatura de llama) según los resultados e investigaciones previamente realizadas son principalmente de carácter térmico. (3) Los productos de combustión generados en la reacción del biogás se disminuyen conforme se aumenta el porcentaje de CO2, a excepción de solo el CO2 para los casos de mezclas pobres, mientras que CO y CO2 simultáneamente para los casos de mezclas ricas. (4) La metodología numérica codificada en el aplicativo desarrollado presentó concordancia con los resultados de la simulación en Ansys Chemkin e investigaciones de autores para las ratios 0.6 – 1.1 hasta el caso de 20% CO2. (5) Para ratios mayores (1.3 a 1.7) y mayores porcentajes de CO2 la diferencia entre las diversas fuentes se vio incrementada. (6) El aplicativo desarrollado permite el análisis de diversos combustibles y la implementación de nuevos en la misma.In the present work, the analysis of the effects of carbon dioxide on the products of combustion, flame temperature, and laminar flame speed of Biogas is carried out, for this, a numerical methodology is developed using numerical methods (Newton Raphson, Taylor series and Gaussian elimination method) for the determination of combustion products, flame temperature and laminar flame velocity, which is described and codified in an application developed in MATLAB. Likewise, the simulation in the Ansys Chemkin software is carried out, and all the results are compared with those of other authors. The following was found: (1) The results indicate that CO2 in the biogas reduces the reaction's burning velocity and flame temperature. (2) The influence of CO2 on the combustion characteristics studied (flame speed and flame temperature) according to the results and previously carried out investigations are mainly thermal. (3) The combustion products generated in the biogas reaction decrease as the percentage of CO2 increases, except for CO2 for the cases of lean mixtures, while CO and CO2 simultaneously for the cases of rich mixtures. (4) The numerical methodology coded in the MATLAB application agrees with the simulation results in Ansys Chemkin and investigations carried out by other authors for the ratios 0.6 - 1.1 up to the case of 20% CO2. (5) The differences between the analyzed sources increased for higher ratios (1.3 to 1.7) and higher CO2 percentages. (6) The MATLAB application allows the analysis of various fuels and the implementation of new ones.