Comportamiento termodinámico de un grupo diesel generador convertido para uso exclusivo de gas natural

Abstract

En el presente trabajo se estudia el comportamiento de motores de combustión interna a través del modelamiento computacional y análisis experimental. El modelamiento computacional últimamente se ha convertido en una herramienta muy importante para los investigadores, ya que así se puede predecir el desempeño de los motores sin la necesidad de realizar ensayos experimentales lo que demanda un gran tiempo de ejecución como también gran costo. Para poder saber si el modelo desarrollado es válido, sus resultados deben ser verificados experimentalmente y de esta forma poder ajustar los parámetros que influyen más en los resultados. Así, la tesis en cuestión investiga cuáles son los parámetros que influyen en el desempeño de un grupo diesel generador convertido para uso exclusivo de gas natural y para eso se hizo el respectivo estudio. A continuación se presenta la metodología utilizada para el desarrollo del presente trabajo. En el capítulo 1 se presenta la justificación y los objetivos por los cuales ha sido desarrollado el presente trabajo. Por otro lado, también es presentando cuál es el procedimiento y las consideraciones que se deben tomar en cuenta para el proceso de conversión del diesel generador, estos parámetros son muy importantes ya que influyen directamente en el comportamiento del motor como también en las emisiones del mismo, de esta forma los cambios que se le harán al motor original deben de cumplir con la normativa internacional. En el capítulo 2, se presenta la revisión bibliográfica del desarrollo de modelos matemáticos de motores, se explica cuales son los tipos de modelos existentes, su clasificación, las dificultades de cada uno de ellos y cuáles son las hipótesis que pueden ser utilizadas para facilitar el desarrollo del trabajo. Se presentan también resúmenes de trabajos hechos anteriormente y que sirven como base para el presente trabajo. En el capítulo 3, se hace la descripción del proceso de modelación de motores de combustión interna utilizando el modelo cero-dimensional, se resaltan las diferencias que existen entre el modelo patrón de aire y el modelo que considera mezcla de gases. Así, se muestra el modelo de combustión adoptado para representar la combustión de la mezcla en el interior del cilindro en función del ángulo de giro del cigüeñal. También son presentadas las ecuaciones de estado para modelar el comportamiento de la mezcla de gases en el interior del cilindro, además del sistema termodinámico analizado. Es considerado también el modelo geométrico utilizado y la ecuación para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección a través de las paredes del cilindro. Por último, se presenta también el análisis de la reacción de combustión y cómo se debe hacer el cálculo de las propiedades termoquímicas de la mezcla de gases. En el capítulo 4, se presentan los criterios adoptados para desarrollar el modelo termodinámico del motor así como también las limitaciones y las hipótesis simplificadoras utilizadas para facilitar el trabajo hecho. Así, se hace la descripción del funcionamiento del programa simulador, poniendo énfasis en el software utilizado para desarrollar el modelo computacional. Además, se hace mención de cuáles son los datos de entrada para dar inicio a la simulación y se termina con la presentación del diagrama de flujo para un mejor entendimiento. En el capítulo 5, se presenta el procedimiento y los resultados experimentales comenzando con la descripción de los instrumentos utilizados en la lectura de los datos. También, se incluye el cálculo de incertidumbres de medición de los instrumentos con lo cual se puede tener certeza de que los datos obtenidos son confiables. Por otro lado, en los datos experimentales se hace el estudio de la variabilidad de los ciclos para cada una de las condiciones de operación del motor (CoV). En el capítulo 6, se muestran los resultados obtenidos con el programa de simulación y su comparación (contrastación) con los datos experimentales con lo cual podemos hacer la validación. Entre los resultados simulados serán presentadas las diferencias entre las dos ecuaciones de estado utilizadas para la modelación: la ecuación de los Gases Ideales (CAVALVANTE, 2007 [12]) y la ecuación de los Gases Reales de Van der Waals (LAPUERTA et. al., 2006 [22]) Por último son presentadas las conclusiones del trabajo. También son hechas recomendaciones para trabajos futuros.