DISEÑO DE REACTOR PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS DE POST-TRATAMIENTO DE GASES DE ESCAPE DE MOTORES EN BANCO DE GASES SINTÉTICOS Autor: Sergio Cáceres Cavero Tutor: Vicente Remigio Bermúdez Tamarit Grado en Ingeniería Mecánica

Índice Introducción Descripción del banco de ensayo para la caracterización de sistemas de post-tratamiento de gases de escape de MCIA. Diseño del reactor catalítico Cálculo y definición del sistema de calentamiento Ensayos de validación Presupuesto Conclusión TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Introducción Motivación: Objetivos: Restricción de las normas europeas. Desarrollo de nuevas tecnologías. Estudio de diferentes sistemas de post-tratamiento. Objetivos: Diseño de reactor catalítico para banco de ensayo. Definición de un sistema de calentamiento de gases y del monolito. Validación preliminar del banco de ensayo. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Sistema de calentamiento Descripción del banco de ensayo para la caracterización de sistemas de post-tratamiento de gases de escape de MCIA. Configuración del banco: Generador de gases sintéticos Sistema de calentamiento Reactor catalítico Analizador de gases Sistema de calentamiento Generador de gases Analizador de gases Reactor Generador de gases sintéticos: Simulación de los gases de escape de un MCIA. Control total sobre la mezcla. Factores limitantes: Caudal máximo= 150 l/min Temperatura de salida: 200°C. Reactor catalítico: Alojar los monolitos cerámicos. Sistema modular: capacidad para montar diferentes sistemas de post-tratamiento en serie. Sistema de calentamiento: Elevar la temperatura del flujo de gases hasta 600°C.  Simulación de situaciones reales de funcionamiento. Analizador de gases: Análisis de la composición química de la mezcla de gases generada, con diferentes sondas de muestreo. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Diseño del reactor catalítico Dimensionado del monolito: Volumen del monolito a utilizar Caudal máximo: 150 l/min Velocidad espacial de los gases: Tiempo mínimo de residencia de los gases en el interior del monolito para que las reacciones químicas ocurran: ≥ 150000 h-1 Volumen del monolito ≥ Velocidad espacial de los gases / Caudal máximo Volumen del monolito a evaluar ≥ 60 cm3 Monolitos reales: Diámetro = 250mm ; Longitud = 200mm Monolito a escala: Diámetro = 40mm ; Longitud = 50mm Volumen del monolito seleccionado = 62,8 cm3  Cumple con los requisitos. Dimensionado del reactor: 3 módulos Módulo de entrada Alojamiento central Módulo de salida TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Diseño del reactor catalítico Alojamiento central: Alojar los monolitos de sistemas de post-tratamiento. Material: Acero Inoxidable 316L. Casquillo para sensor de temperatura Casquillo para sonda de muestreo Cuerpo central Dint = 50mm Conexiones clamp TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Diseño del reactor catalítico Módulo de salida y de entrada del reactor: Aumento progresivo de la sección de paso desde 8mm hasta 50mm. Soporte para diferentes sondas de medición. Termopar Tubo entrada Dint = 25mm Difusor 25/51 Difusor 12/25 Conexión clamp Casquillo para sonda de muestreo Casquillo para sensor de presión Casquillos para sondas de NOx y O2 TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Diseño de reactor catalítico Reactor completo: TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Cálculo y definición del sistema de calentamiento Objetivo: Definir un sistema de calentamiento para elevar la temperatura de la mezcla de gases y del monolito hasta 600°C. Tipos de ensayo: Monolito frío – Gas frío Monolito frío – Gas caliente Monolito caliente – Gas frío Monolito caliente – Gas caliente Longitud del horno ≥ 25,3 cm HORNO SELECCIONADO: 45cm POTENCIA MÁXIMA 2 KW TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Ensayos de validación Objetivos: Secuencia de ensayo: Consigna CO en el generador (ppm) 4500 Objetivos: Comprobar el funcionamiento del generador. Comprobar el comportamiento fluido dinámico del reactor. Consigna CH4 en el generador (ppm) 2800 Secuencia de ensayo: Generar mezcla de gases con N2 y un gas minoritario (CO, CO2, NO, CH4). Medir concentración de gas en el espectrómetro de gases. Comparación de datos. Consigna NO en el generador (ppm) 1800 TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Presupuesto final incluido I.V.A = 40.234,34 € Descripción Coste bruto (€) Honorarios profesionales 2.089,80 Amortización de los equipos utilizados 210,33 Materiales 481,00 Instrumentación 25.640,00 Sistema de calentamiento 4.618,00 Procesos de fabricación del reactor 212,39 TOTAL 33.251,52 Presupuesto final incluido I.V.A = 40.234,34 € TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Conclusión Se ha logrado diseñar un reactor versátil, con un sistema modular y con la instrumentación necesaria para adquirir un control total sobre el flujo de gases. El sistema de calentamiento definido permite alcanzar las temperaturas deseadas y simular diferentes situaciones térmicas de los gases y del monolito. Los ensayos de validación corroboran el buen funcionamiento del generador de gases y el caudal necesario para los ensayos de los monolitos. Trabajos futuros: Realización de ensayos de validación del sistema de calentamiento y del reactor diseñado. Puesta a punto final del banco de ensayo. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero

Gracias por la atención. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero