Francisco Cadavid

Effects of mixing system and pilot fuel quality on diesel-biogas dual fuel engine performance.

This paper describes results obtained from CI engine performance running on dual fuel mode at fixed engine speed and four loads, varying the mixing system and pilot fuel quality, associated with fuel composition and cetane number. The experiments were carried out on a power generation diesel engine at 1500 m above sea level, with simulated biogas (60% CH(4)-40% CO(2)) as primary fuel, and diesel and palm oil biodiesel as pilot fuels. Dual fuel engine performance using a naturally aspirated mixing system and diesel as pilot fuel was compared with engine performance attained with a supercharged mixing system and biodiesel as pilot fuel. For all loads evaluated, was possible to achieve full diesel substitution using biogas and biodiesel as power sources. Using the supercharged mixing system combined with biodiesel as pilot fuel, thermal efficiency and substitution of pilot fuel were increased, whereas methane and carbon monoxide emissions were reduced.

Influence of the relative humidity on the air cooling thermal load in gas turbine power plant

Abstract The gas powered thermal share of the generation of electricity in Colombia has increased in a significant way in the last decade, to the extent that approximately 2800 MW have been installed throughout using gas turbines. Gas turbines have the drawback of decreasing the power output when the ambient temperature increases. To alleviate this effect the air is cooled before entering the machine using a variety of technologies. This work examines the influence of the relative humidity on the atmospheric air-cooling thermal load, for the sites where gas powered thermal station have been installed in Colombia. Results of this work show that due to high relative humidities the cooling thermal load is 1.5–1.9 times higher compared to regions in other countries that show average relative humidities of 30%. Without question, this implies higher costs in Colombia when implementing two types of cooling technique, namely: vapor compression cycle and ice storage.

Exploring Strategies for Reducing High Intake Temperature Requirements and Allowing Optimal Operational Conditions in a Biogas Fueled HCCI Engine for Power Generation

This paper evaluates strategies for reducing the intake temperature requirement for igniting biogas in HCCI engines. HCCI combustion is a promising technology for stationary power generation using renewable fuels in combustion engines. Combustion of biogas in HCCI engines allows high thermal efficiency similar to Diesel engines, with low net CO2 and low NOx emissions. However, in order to ensure the occurrence of autoignition in purely biogas fueled HCCI engines, a high inlet temperature is needed. This paper presents experimental and numerical results. First, experimental analysis on a 4 cylinder, 1.9 L Volkswagen TDI Diesel engine running with biogas in HCCI mode shows high gross indicated mean effective pressure (close to 8 bar), high gross indicated efficiency (close to 45%) and NOx emissions below the 2010 US limit (0.27g/kWh). Stable HCCI operation is experimentally demonstrated with a biogas composition of 60% CH4 and 40% CO2 on a volumetric basis, inlet pressures of 2–2.2 bar (absolute) and inlet temperatures of 200–210°C for equivalence ratios between 0.19–0.29. At lower equivalence ratios, slight changes in inlet pressure and temperature caused large changes in cycle-to-cycle variations while at higher equivalence ratios these same small pressure and temperature variations caused large changes to ringing intensity. Second, numerical simulations have been carried out to evaluate the effectiveness of high boost pressures and high compression ratios for reducing the inlet temperature requirements while attaining safe operation and high power output. The one zone model in Chemkin was used to evaluate the ignition timing and peak cylinder pressures with variations in temperatures at IVC from 373 to 473 K. In-cylinder temperature profiles between IVC and ignition were computed using Fluent 6.3 and fed into the multi-zone model in Chemkin to study combustion parameters. According to the numerical results, the use of both higher boost pressures and higher compression ratios permit lower inlet temperatures within the safe limits experimentally observed and allow higher power output. However, the range of inlet temperatures allowing safe and efficient operation using these strategies is very narrow, and precise inlet temperature control is needed to ensure the best results.Copyright

COMPARACIÓN DEL MUESTREO DE ESPECIES QUÍMICAS EN ZONAS REACTIVAS MEDIANTE EL USO DE SONDA CON Y SIN CUELLO SÓNICO

El analisis de los productos de combustion en las zonas de reaccion y al interior de camaras de combustion requiere, con respecto a las medidas efectuadas en chimeneas, de equipos y de metodos particulares de muestreo. Asi por ejemplo, en las zonas donde hay presencia de llama se deben utilizar dispositivos experimentales no intrusivos, tales como las tecnicas laser, o intrusivos como las sondas de muestreo. El empleo de los primeros implica altos costos mientras que el de los segundos deben garantizar que las reacciones de combustion no continuen al interior de la sonda pues de lo contrario se producen errores importantes en la medicion. En este trabajo se presenta una comparacion de los resultados obtenidos al realizar muestreos al interior de la zona de reaccion de una llama de premezcla parcial empleando dos tipos de sondas: una con cuello sonico y enfriamiento convectivo de la muestra y la otra constituida simplemente por un tubo en acero inoxidable; para identificar si existen efectos termicos y cinetico - quimicos que generen diferencias en la medicion de las especies mayoritarias. Los resultados muestran que al emplear una sonda con un tubo liso se estarian presentando errores en las mediciones de CO2 y CO cercanos al 7,0% y en las de O2 superiores al 14%. The analysis of combustion products inside flames reaction zones and combustion chambers requires special equipment and methods of sampling compared to measurements made in chimneys. For example, non-intrusive experimental devices, such as laser techniques, or intrusive ones, such as sampling probes, should be used in zones where a flame is present. The use of the first ones means high costs, while the second ones must guarantee that the combustion reactions do not continue inside the sample probe; otherwise significant errors occur in the species measurements. To identify whether there are thermal and chemical kinetic effects that produce differences in the major species measurement, this paper presents a comparison of sampling results inside the reaction zone of a partially premixed flame when two types of sample probes are used: one with a sonic neck and a convective cooling of the sample, and another made just of a straight stainless steel tube. The results show that when using a straight tube there are errors in CO2 and CO measurements up to 7.0%, and errors in O2 measurements above 14%.

Metodología para el Desarrollo de Sistemas de Combustión Sin Llama

A methodology to design flameless combustion heating equipment is presented. The design of flameless combustion devices requires an appropriate methodology to guarantee the necessary conditions to obtain this combustion mode. Nevertheless, such methodologies are not available in the scientific literature. For this, a combination of dynamic scaling, based on air/gas impulse ratio, and numerical simulation with FLUENT® has been employed to get suitable geometric configurations and dimensions for discharging fuel and comburent air. The proposed methodology has been applied to the design of a 20 kW experimental furnace using natural gas as fuel. The validity of the methodology has been verified with stable flameless combustion operation in the furnace.

Modelado de flujo compresible unidimensional y homoentrópico por el método de volúmenes finitos

Este articulo ilustra la metodologia seguida para el diseno de un banco de pruebas para regeneradores termicos de lecho poroso empacado -RTL-, que suministra gases a una temperatura preestablecida de forma estable. El banco cuenta con dos lineas principales para su funcionamiento: una de gases calientes y otra de aire de enfriamiento, cuyo flujo es conducido a un falso RTL mientras el sistema estabiliza. Al lograr esta condicion, se conmuta el RTL y se inicia el registro de temperaturas de forma automatica. Los resultados experimentales permitieron obtener el comportamiento real de la temperatura en un lecho empacado con 10 esferas, lo que se utilizo para validar un modelo matematico desarrollado para este tipo de regeneradores.Los recubrimientos utilizados como barreras termicas sirven para proteger materiales expuestos a altas temperaturas, los cuales suelen estar formados por una capa ceramica superior, que normalmente esta compuesta de zirconia (ZrO2). El estudio de la microestructura en recubrimientos elaborados por proyeccion termica siempre es un paso intermedio y necesario en su procesamiento y en el logro de excelentes propiedades para una determinada aplicacion. Por esta razon, el objetivo del trabajo fue analizar la microestructura y las fases presentes en recubrimientos de zirconiaalumina elaborados por proyeccion termica por llama. Los resultados muestran que el corto tiempo en la llama, la rapida solidificacion y la difusion entre la zirconiaalumina del polvo ceramico durante la formacion del recubrimiento, genera dos tipos de laminillas (lamellas) en la capa superior: la primera esta constituida por lamellas que tienen diferentes tonalidades de grises causadas por las pequenas variaciones en la composicion de la solucion solida de zirconia tetragonal con alumina amorfa y la otra estructura esta constituida por lamellas de morfologia granular caracterizada por precipitados de zirconia monoclinica en una matriz de alumina.En este estudio se propone la mezcla equimolar de gas natural (100%CH4) y gas de sintesis (40%H2 + 40%CO + 20%CO2) como alternativa para reducir el consumo de hidrocarburos y reducir las emisiones contaminantes. Como parametro principal para caracterizar esta mezcla combustible, se estudio la velocidad de deflagracion laminar a partir de simulaciones de cinetica detallada y mediciones experimentales en llamas generadas usando un quemador de perfil contorneado e imagenes Schlieren obtenidas a condiciones normales de presion y temperatura, variando la relacion aire-combustible. Se encontro que la velocidad de deflagracion de la mezcla equimolar aumenta con respecto a la del metano puro y puede ser explicado a traves de la presencia de hidrogeno en la mezcla combustible, que tiene un efecto directo en la cinetica de la combustion, generando radicales H y OH que aumentan las tasas de reactividad de la mezcla y consecuentemente la velocidad de quemado del combustible.Ademas de constituir una herramienta de simulacion, los modelos numericos en hidrogeologia ofrecen un camino para avanzar en el entendimiento de sistemas acuiferos. Los modelos numericos pueden tener caracter exploratorio y asi, pueden acompanar la tarea de construccion de un modelo conceptual desde el momento en que se inicia la recoleccion de informacion, en el curso de su interpretacion, y cada vez que se obtienen nuevos datos o se aplican nuevos analisis para la validacion de un sistema hidrogeologico. El ejercicio de modelacion numerica propuesto para el sistema acuifero del Bajo Cauca antioqueno, tiene caracter exploratorio. La informacion recopilada desde el ano 2003, fue sucesivamente incorporada en tareas de modelacion numerica nutriendo el modelo conceptual regional con el que hoy se cuenta. En este trabajo, se emprendio la tarea de modelacion numerica con el proposito de ayudar, a interpretar la informacion y la dinamica de flujo subterraneo del Bajo Cauca antioqueno.