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«Unidos para servir con principios y valores» PRESENTA… www.CIPCUSCO.org.pe «Unidos para servir con principios y valores»

NOVIEMBRE 16, 17 y 18 www.CONGRESOCIP2017.com

Mgt. Jorge Alvarez Marín EVALUACIÓN EXPERIMENTAL Y MODELADO TERMODINÁMICO DEL PROCESO DE COMBUSTIÓN DE UN MOTOR DIESEL INDUSTRIAL Mgt. Jorge Alvarez Marín www.congresocip2017.com

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Introducción Los motores de combustión interna alternativos (MCIA) desarrollan un papel muy importante en el sector transporte y en la industria El proceso de combustión es, sin duda alguna, el aspecto más importante en los MCIA. El estudio del proceso de la combustión se puede realizar de forma experimental y analítica. www.congresocip2017.com

Experimental Analítica 𝛿 𝑄 𝑇 𝛿∅ = 𝛿 𝑄 𝑐𝑜𝑚𝑏 𝛿∅ − 𝛿 𝑄 𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 𝛿∅ 𝑑 𝑃 𝑑∅ = 𝛾 −1 𝑉 . 𝛿 𝑄 𝑇 𝑑∅ − 𝛾 𝑃 𝑉 𝑑 𝑉 𝑑∅ www.congresocip2017.com

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Modelado de la combustión y clasificación de los modelos Proceso complejo, debido a su carácter heterogéneo, transitorio, multifásico. Involucra combustibles complejos (Algunos mecanismos de reacción poco conocidos). Procesos implicados en el funcionamiento del motor influyen. www.congresocip2017.com

Combustión en MEC www.congresocip2017.com

Diagnóstico experimental del proceso de combustión El proceso de la combustión en un MCIA, habitualmente se estudia mediante la medida de la señal de la presión en el cilindro www.congresocip2017.com

METODOLOGÍA DE LA SIMULACIÓN TERMODINÁMICA (Hipótesis y limitaciones) Ley de conservación de la energía (se asume homogeneidad espacial), las variables solo dependen del tiempo. Se asume un volumen de control. Uniformidad de P y T. Mezcla se comporta como gas ideal. R se mantiene inalterado a pesar de la reacción química. No se consideran fugas por las grietas. 𝛿𝑄−𝛿𝑊=𝑑𝑈 (1) www.congresocip2017.com

Reemplazando (2) y (3) en (1) se tiene: Se asume a la mezcla como un gas ideal: Diferenciando (5) Reemplazado (3) en (6), Reemplazado (7) y (2) en (1) los calores específicos tienen las siguientes relaciones: combinando (10) y (11) 𝑑𝑃 𝑑∅ = 𝛾−1 𝑉 . 𝛿 𝑄 𝑇 𝑑∅ −𝛾 𝑃 𝑉 𝑑𝑉 𝑑∅ … (14) Reemplazando en (9) y despejando: www.congresocip2017.com

Transferencia de calor por las paredes del cilindro www.congresocip2017.com

Correlación para el coeficiente de transferencia de calor modelo de Woschni Velocidad media de los gases 𝑇 1 𝑃 1 𝑉 1 : Temperatura, presión y volumen al momento del cierre de la válvula de admisión, respectivamente. Para el cálculo, de la presión sin combustión, Po, se considera al proceso de compresión como un proceso politrópico, n = 1.35 www.congresocip2017.com

Parámetros geométricos www.congresocip2017.com

Retraso al autoencendido correlación de Hardenberg Calor liberado por la quema del combustible función dupla de Wiebe www.congresocip2017.com

calor liberado por el combustible quemado Derivando la expresión (43) www.congresocip2017.com

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Combustible utilizado Diesel DB5 S50 con 5% de biodiesel y un máximo de 50 partes por millón (ppm) de azufre www.congresocip2017.com

Motor utilizado www.congresocip2017.com

Procedimiento experimental Instrumentos utilizados www.congresocip2017.com

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Tratamiento de datos experimentales Selección de la curva de presión representativa Se extrajo la presión máxima obtenida de cada ciclo, luego se calculó la media aritmética de estas 200 presiones máximas: Se ubicó el valor de presión máxima (entre los 200 ciclos) más cercano a este resultado. 𝑃 𝑟𝑒𝑝 = 𝑃 𝑚𝑎𝑥 − 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑖 ≈ 0 … (49) Se evaluó por medio del coeficiente de variación (CoV) de la presión máxima obtenida por cada 200 ciclos 𝐶𝑜𝑉= 𝜎 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑃 𝑚𝑎𝑥 .100 ≤10% … (50) www.congresocip2017.com

𝐶𝑜𝑉= 𝜎 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑃 𝑚𝑎𝑥 .100 ≤10% … (50) www.congresocip2017.com 𝑃 𝑚𝑎𝑥 Ciclo seleccionado 𝐶𝑜𝑉= 𝜎 𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑃 𝑚𝑎𝑥 .100 ≤10% … (50) www.congresocip2017.com

MODELADO Datos de entrada para la simulación www.congresocip2017.com

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RESULTADOS Y VALIDACIÓN DEL MODELO www.congresocip2017.com

Retraso al autoencendido vs. RMP Ángulo de inyección también varía para que La presión máxima se mantenga en las proximidades del PMS. www.congresocip2017.com

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Error de presiones máximas www.congresocip2017.com

Tiempo de cálculo computacional El tiempo promedio fue de aproximadamente 7.5 segundos la simulación fue desarrollada íntegramente en un computador con procesador Intel-Core I3 de 2.27Ghz. www.congresocip2017.com

Conclusiones Evaluación satisfactoria a través del modelo 0D del proceso de combustión del MEC. Para 1000, 1500 y 2000 RPM y 40, 80 y 120 N-m. Se revisó una amplia bibliografía concerniente al estudio del modelado termodinámico del proceso de combustión en MEC. indicando las consideraciones necesarias para su desarrollo así como sus ventajas y sus limitaciones. www.congresocip2017.com

Monitoreo de P en tiempo real. con bajas incertidumbres de los equipos Monitoreo de P en tiempo real. con bajas incertidumbres de los equipos. IE(Pmax) = ± 1.5 bar, IE(Tadm) ± 0.16 °C e Im(comb) ± 0.11 kg/h. Evaluación de dQt/dΦ. Se halló valores para el parámetro de ajuste de eficiencia de Wiebe a = 6.91 mp = 4 md =1.5. www.congresocip2017.com

Simulación satisfactoria, para modelar el comportamiento de la curva de presión bajo un enfoque termodinámico emax = 4.40% (2000 RPM a 40 N-m), emin = 1.23% (2000 RPM a 120 N-m). buena aproximación de la fase pre-mezclada pero menor en la fase difusiva, mejor visualización en términos de liberación de calor integrado. La diferencia influyó en el aumento del error al momento de hacer el cálculo de la presión al interior del cilindro. www.congresocip2017.com

¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN! Mgt. Jorge Alvarez Marín Email. amarin68@hotmail.com Tlf. 989578976 www.congresocip2017.com

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