Última actualización: 23/04/2025 10:13:38


Curso Académico: 2025/2026

Combustión
(12466)
Máster Interuniversitario en Matemática Industrial (Plan: 330 - Estudio: 258)
Escuela de Ingeniería y Ciencias Básicas


Coordinador/a: VERA COELLO, MARCOS

Departamento asignado a la asignatura: Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos

Tipo: Optativa
Créditos: 6.0 ECTS

Curso:
Cuatrimestre:




Requisitos (Asignaturas o materias cuyo conocimiento se presupone)
Ecuaciones diferenciales ordinarias / Sistemas dinámicos Ecuaciones en derivadas parciales Se deberá haber cursado o estar cursando la materia Modelización Básica
Objetivos
COMPETENCIAS Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas en el campo de los procesos de combustión y flujos reactivos, sabiendo traducir necesidades industriales (por ejemplo, en sectores como la energía, el transporte o la seguridad) en términos de proyectos de I+D+i aplicables al ámbito de la modelización matemática de la combustión. Saber aplicar los conocimientos adquiridos sobre ecuaciones de conservación, cinética química, propagación de llamas, evaporación y combustión de sprays o inestabilidades de la combustión, y demostrar capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos, incluyendo su integración en equipos multidisciplinares de I+D+i en el entorno industrial o académico. Saber comunicar las conclusiones, junto con los conocimientos y fundamentos que las sustentan, sobre el comportamiento de sistemas reactivos complejos, tanto a públicos especializados (ingenieros, investigadores en combustión, modeladores numéricos) como no especializados (gestores de innovación, responsables de seguridad, responsables de políticas públicas), de un modo claro y sin ambigüedades. Poseer las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de forma autodirigida o autónoma, especialmente en temas avanzados relacionados con la combustión turbulenta, las reacciones químicas no lineales o la interacción fluido-reacción-calor, y estar en condiciones de emprender estudios de doctorado en estas áreas. Alcanzar un conocimiento básico pero sólido en un área de Ingeniería/Ciencias Aplicadas como la combustión, que sirva de punto de partida para su modelado matemático, tanto en contextos bien establecidos (llamas laminares, detonaciones, cámaras de combustión homogéneas) como en entornos nuevos o multidisciplinares (combustión en medios turbulentos o con atomización de combustible). Modelar ingredientes específicos de la combustión (mezclas multicomponente, mecanismos cinéticos, efectos de transporte), y realizar simplificaciones que permitan su tratamiento numérico sin comprometer el rigor o la validez de los resultados, adaptándose a los requisitos del sistema físico o industrial considerado. Ser capaz de validar e interpretar los resultados obtenidos a partir de modelos matemáticos de combustión, comparando con visualizaciones experimentales, medidas en laboratorio o predicciones teóricas relevantes, y extraer conclusiones útiles para el diseño o la operación de sistemas reales. Saber modelar sistemas complejos como llamas de difusión en contracorriente, ignición espontánea en recintos cerrados o regímenes turbulentos de combustión, formulando problemas bien planteados desde el punto de vista matemático, físico y computacional. RESULTADOS DEL APRENDIZAJE Comprender algunos de los problemas más complejos relacionados con la combustión en ingeniería y ciencias aplicadas, incluyendo la interacción entre reacciones químicas, transporte de masa y calor, y efectos turbulentos. Saber modelar matemáticamente elementos complejos de la combustión, tales como frentes de llama, detonaciones, o combustión de gotas y sprays, comprendiendo el grado de aproximación y las hipótesis introducidas en cada caso. Entender las dificultades asociadas tanto a la simulación numérica como al análisis teórico de modelos de combustión, incluyendo cuestiones de rigidez, escalas múltiples, y sensibilidad a parámetros termoquímicos y cinéticos.
Descripción de contenidos: Programa
1. Introducción - Perspectiva histórica - La ciencia de la combustión - Desarrollos futuros 2. Ecuaciones de conservación para flujos reactivos - Mezclas multicomponente * Fracciones másicas * Fracciones molares * Concentraciones molares - Ecuaciones de estado para mezclas de gases ideales * Ecuación térmica de estado * Ecuación calórica de estado - Transporte molecular en mezclas multicomponente * Velocidades de difusión * Transporte multicomponente * Simplificaciones usuales en problemas de combustión - Ecuaciones de conservación * Masa * Cantidad de movimiento * Especies * Energia - Escalas características y números adimensionales 3. Termoquímica - La hipótesis de combustión completa * Mezcla estequiométrica * Relación de equivalencia (o dosado relativo) * Composición de la mezcla de productos en combustión completa + Combustión pobre + Combustión rica - Temperatura adiabática de llama * Definición * Calor de combustión * Cálculo de la temperatura adiabática de llama + cp Variable + cp Constant - Combustión completa vs. combustión incompleta * Especies mayoritarias y minoritarias - Equilibrio químico en mezclas reactivas * La constante de equilibrio * Disociación de las especies mayoritarias * Efecto de la temperatura y la presión 4. Cinética de la combustión - Cinética química * Tipos de reacciones elementales * Mecanismos detallados y reducidos * Mecanismos de un solo paso * El límite de alta energía de activación - Ritmo de liberación de calor por reacción química - Hipótesis de estado estacionario - Hipótesis de equilibrio parcial - Ejemplos * Combustión de hidrógeno * Combustión de hidrocarburos * Análisis de Zeldovich para la producción de NOx 5. Combustión en sistemas de composición homogénea - Ecuaciones de conservación para sistemas de composición homogénea - Combustión adiabática en un reactor bien agitado. Soluciones estacionarias * El número de Damköhler * Ignición y extinción: La curva en forma de S - Teoría de Frank-Kamenetskii de explosiones térmicas en recintos cerrados - Explosiones de radicales * Límites de explosión en mezlas H2-O2 * Límites de explosión en mezlas HC-O2 - Ignición espontánea en una cámara de combustión de volumen variable - Otros procesos de ignición 6. Frentes reactivos: Detonaciones y deflagraciones - Relaciones de Rankine-Hugoniot - Detonaciones * Estructura ZND * Detonaciones "galopantes" * Estructura real de las detonaciones - Deflagraciones o llamas premezcladas * Estructura interna * Velocidad de propagación + Variación con la presión y la relación de equivalencia * Energía mínima de encendido * Distancia de apagado * Límites de inflamabilidad 7. Llamas de difusión - Combustión no premezclada - Parámetros termoquímicos relevantes - El límite de reacción infinitamente rápida - Efectos de cinética finita * Llamas de difusión en contracorriente * Ignición y extinción: La curva en forma de S - Ejemplos * Llamas de difusión de chorro * Interacción de llamas con torbellinos 8. Evaporación y combustión de gotas y sprays - Evaporación de gotas - Combustión de gotas - Descripción homogeneizada de la combustión de sprays 9. Inestabilidades de la combustión - Estiramiento y curvatura de la llama - Inestabilidad termo-difusiva - Inestabilidad hidrodinámica - Inestabilidad termoacústica 10. Combustión turbulenta - Combustión turbulenta premezclada * Escalas características * Diagrama de regímenes * Velocidad de llama turbulenta - Combustión turbulenta no premezclada * Escalas características * Diagrama de regímenes * Llamas de difusión de chorro turbulentas
Actividades formativas, metodología a utilizar y régimen de tutorías
Clases en el aula.
Sistema de evaluación
  • Peso porcentual del Examen/Prueba Final 0
  • Peso porcentual del resto de la evaluación 100

Calendario de Evaluación Continua


Bibliografía básica
  • A. Liñán & F. A. Williams. Fundamental Aspects of Combustion. Oxford University Press. 1993
  • D. A. Frank-Kamenetskii. Diffusion and Heat Transfer in Chemical Kinetics. Plenum Press. 1969
  • D. E. Rosner. Transport Processes in Chemically Reacting Flow Systems. Dover. 2000
  • F. A. Williams. Combustion Theory. Benjamin-Cummings. 1985
  • N. Peters. Turbulent Combustion. Cambridge University Press. 2000

El programa de la asignatura podría sufrir alguna variación por causa de fuerza mayor debidamente justificada o por eventos académicos comunicados con antelación.