CONSEJO DEPARTAMENTAL CUSCO « Al servicio del ingeniero y la sociedad»

Presentación del tema: "CONSEJO DEPARTAMENTAL CUSCO « Al servicio del ingeniero y la sociedad»"— Transcripción de la presentación:

1 CONSEJO DEPARTAMENTAL CUSCO « Al servicio del ingeniero y la sociedad»
COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERÚ CONSEJO DEPARTAMENTAL CUSCO « Al servicio del ingeniero y la sociedad»

2 «Unidos para servir con principios y valores»
PRESENTA… «Unidos para servir con principios y valores»

3 NOVIEMBRE 16, 17 y 18

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

5 CONTENIDO:

6 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.

7 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∅

8 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.

9 Combustión en MEC

10 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

11 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)

12 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:

13 Transferencia de calor por las paredes del cilindro

14 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

15 Parámetros geométricos

16 Retraso al autoencendido
correlación de Hardenberg Calor liberado por la quema del combustible función dupla de Wiebe

17 calor liberado por el combustible quemado
Derivando la expresión (43)

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

19 Motor utilizado

20 Procedimiento experimental
Instrumentos utilizados

21

22

23

24 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 ≈ … (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 ≤10% … (50)

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

26 MODELADO Datos de entrada para la simulación

27

28

29 RESULTADOS Y VALIDACIÓN DEL MODELO

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

31

32

33

34

35

36

37 Error de presiones máximas

38 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.

39 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.

40 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 = mp = md =1.5.

41 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.

42 ¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN!
Mgt. Jorge Alvarez Marín . Tlf

43 NOVIEMBRE 16, 17 y 18

44 CONSEJO DEPARTAMENTAL CUSCO