Propuesta de mejora de diseño de la cámara de combustión de una cocina a leña de llama invertida mediante simulación CFD.
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Date
2026
Authors
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Publisher
Universidad de Concepción
Abstract
Este proyecto aborda la mejora del diseño de la cámara de combustión de una cocina a leña de llama invertida mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Se evalúan modificaciones geométricas para optimizar el comportamiento térmico y aerodinámico del sistema. La metodología consiste en la digitalización de un prototipo base y el desarrollo de un modelo CFD. El modelo computacional integra submodelos de energía, turbulencia 𝑘−ω sst, radiación ordinarios discretos (DO) y transporte de especies combustión no premezclada. Se valida el modelo con datos experimentales de temperatura y flujo de gases, disponibles de ensayos en un prototipo de cocina de llama invertida, realizados en un laboratorio acreditado. Se proponen dos modificaciones principales: un quemador optimizado aerodinámicamente, incluyendo inyectores tangenciales para maximizar la velocidad de ingreso de aire, y modificaciones en el aire secundario, que incorpora inyección de aire lateral con aire inclinado, adicional a la inyección trasera del modelo original. Los resultados de simulaciones para las fases de calentamiento, pirólisis y combustión de char, demuestran que, incorporando las modificaciones descritas, se logra incrementar la temperatura promedio de la cámara de gasificación, desde 460 K a 719 K, con un incremento de 20% en la potencia útil del equipo.
This project addresses the design improvement of the combustion chamber of an inverted-flame wood stove using Computational Fluid Dynamics (CFD). Geometric modifications are evaluated to optimize the thermal and aerodynamic behavior of the system. The methodology consists of digitizing a baseline prototype and developing a CFD model. The computational model integrates submodels for energy, 𝑘−ω SST turbulence, discrete ordinates (DO) radiation, and non-premixed combustion species transport. The model is validated with experimental temperature and gas flow data from tests on an inverted-flame stove prototype conducted in an accredited laboratory. Two main modifications are proposed: an aerodynamically optimized burner, including tangential injectors to maximize vorticity, and secondary air modifications consisting of incorporating lateral air injections with inclined air, in addition to the rear injection of the original model. Simulation results for the heating, pyrolysis, and char combustion phases demonstrate that by incorporating the described modifications, the average temperature of the gasification chamber is increased from 460 K to 719 K, with a 20% increase in the useful power of the equipment.
This project addresses the design improvement of the combustion chamber of an inverted-flame wood stove using Computational Fluid Dynamics (CFD). Geometric modifications are evaluated to optimize the thermal and aerodynamic behavior of the system. The methodology consists of digitizing a baseline prototype and developing a CFD model. The computational model integrates submodels for energy, 𝑘−ω SST turbulence, discrete ordinates (DO) radiation, and non-premixed combustion species transport. The model is validated with experimental temperature and gas flow data from tests on an inverted-flame stove prototype conducted in an accredited laboratory. Two main modifications are proposed: an aerodynamically optimized burner, including tangential injectors to maximize vorticity, and secondary air modifications consisting of incorporating lateral air injections with inclined air, in addition to the rear injection of the original model. Simulation results for the heating, pyrolysis, and char combustion phases demonstrate that by incorporating the described modifications, the average temperature of the gasification chamber is increased from 460 K to 719 K, with a 20% increase in the useful power of the equipment.
Description
Tesis presentada para optar al título de Ingeniero/a Civil Aeroespacial.
Keywords
Combustión, Cocinas Diseño, Termodinámica, Dinámica de fluidos computacional