La combustión en quemadores de gas es un proceso complejo de modelar debido a: los procesos a simular involucran un número elevado de especies químicas (por ejemplo, el mecanismo completo para la combustión de metano implica 53 especies y 325 reacciones), la difusión multicomponente es importante (combustión laminar) y, la solución numérica es compleja (términos no lineales y disparidad de escalas).
Para llevar a cabo la simulación CFD de la combustión en quemadores de gas (laminares) se deben resolver las especies involucradas en el mecanismo químico (integración directa de la química). El inconveniente es que el coste computacional crece exponencialmente con el número de especies. Por tanto, es inviable resolver configuraciones complejas con integración directa cuando el número de especies es mayor que 25. Además, conforme aumenta el número de especies químicas resueltas, la convergencia numérica es, también, más compleja.
Aplicación errónea de la CFD en quemadores de gas
Los fabricantes de quemadores de gas laminares (quemadores de cocina o equipamientos hosteleros) desaconsejan, en general, el uso de la CFD para el diseño de equipos (por ejemplo, freidoras industriales) en donde se instalen sus quemadores. ¿Por qué? Los resultados difieren considerablemente de las medidas experimentales.
El problema, en definitiva, es la aplicación errónea de la CFD. En algunos casos se considera combustión turbulenta (cuando es laminar); en otros casos, se utilizan modelos excesivamente reducidos (6 especies y 2 reacciones). El uso inadecuado de la CFD provoca resultados poco útiles.
Solución de nablaDot
Existen dos alternativas para conseguir simular, de forma precisa y con un coste computacional viable, la combustión de gas natural en quemadores laminares: la reducción de mecanismos químicos y el precálculo y almacenamiento de la química (flamelet).
nablaDot ha desarrollado una metodología flamelet (propia) que pemite la simulación CFD precisa de llamas laminares con un tiempo de cálculo (del orden de 100 veces menor comparado con un modelo detallado de integración química directa) y coste asumibles. Esta metodología no está presente en el software CFD comercial típico, aunque se puede integrar en dicho software.
Gracias a ello, nablaDot ha participado en proyectos con fabricantes de quemadores de gas o equipamientos que los incorporan, consiguiendo mejoras sustanciales en sus diseños mediante el uso de, entre otras herramientas, la simulación CFD. Por tanto, sí que se puede aplicar la CFD al diseño de quemadores laminares o equipos que los incluyan, pero se debe hacer de forma correcta.
