Control de las inestabilidades de combustión mediante inyección secundaria de combustible

Las turbinas de gas son uno de los principales equipos destinados a la generación de energía en la industria. Debido a la creciente preocupación medioambiental se han ido desarrollando tecnologías que han permitido hacer de las turbinas de gas un equipo más eficiente y menos contaminante. Entre ellas, la mezcla del combustible con grandes cantidades de aire, denominada premezcla pobre, es una de las técnicas más eficientes para reducir la cantidad de gases contaminantes emitida. Sin embargo, esta técnica conlleva la aparición de otro problema: las inestabilidades termoacústicas. Este fenómeno se debe al acoplamiento entre la acústica de la cámara de combustión y la fluctuación de calor desprendido por la llama. Si este acoplamiento es constructivo, la presión dinámica en el quemador sube hasta niveles que pueden dañar gravemente el equipo, así como causar pérdidas en la eficiencia de funcionamiento. Por ello se ha destinado una gran cantidad de esfuerzo en la investigación de este campo durante las últimas décadas. Una de las principales líneas consiste en el desarrollo de métodos que permitan controlar la fluctuación de presión en la cámara de combustión de manera que no se llegue a valores de riesgo para la integridad de la turbina. Una solución propuesta desde hace años es la adición de una pequeña llama piloto que tiende a estabilizar el sistema. Este Trabajo de Fin de Máster se centra en una aplicación novedosa de esta solución, que combina la acústica del conducto que suministra el combustible de la llama piloto, parámetro que no se ha tenido en cuenta en ningún estudio hasta la fecha, con la oscilación de presión naturalmente generada en la cámara de combustión y la respuesta dinámica de la llama a este estímulo acústico. Considerar el conjunto de estos parámetros permite optimizar los métodos ya propuestos para un mejor aprovechamiento del sistema de control. Los resultados obtenidos, entre los cuáles ciertos inesperados, sitúan a la solución propuesta como una estrategia prometedora para la reducción de las inestabilidades termoacústicas. Dada la muy compleja naturaleza del fenómeno considerado, el estudio se ha desarrollado de manera principalmente experimental, aunque donde posible se han llevado a cabo modelos teóricos y simulaciones. Todos los resultados experimentales han sido obtenidos mediante el quemador de una turbina de gas a escala de laboratorio similar a los de uso industrial. La instalación experimental se encuentra situada en el Laboratorio de Investigación en Fluidodinámica y Tecnologías de la Combustión (LIFTEC). MATLAB ha sido el software utilizado para el procesado de datos y la simulación de los modelos empleados