Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)

Esta investigación tiene por objetivo principal la optimización computacional de un motor de combustión interna encendido por chispa, alimentado con un gas de síntesis producto de la gasificación de biomasa. Para lograr esto, KIVA se utiliza como plataforma de simulación y se desarrolla un modelo tr...

Full description

Autores:
Pérez Gordillo, David Sebastian
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Nacional de Colombia
Repositorio:
Universidad Nacional de Colombia
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unal.edu.co:unal/76467
Acceso en línea:
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76467
http://bdigital.unal.edu.co/72884/
Palabra clave:
Motor de combustión interna
Optimización computacional por algoritmos genéticos
Gas de síntesis
Simulación 3D
Ignición por chispa
Gas derivado de biomasa
Simulación de ciclo abierto
Internal combustion engine
3D simulation
Computational optimization
Synthesis gas
Spark ignition
Gas derived from biomass
Simulation of open cycle
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
id UNACIONAL2_4152a929b0835053af8a989bf03c10f4
oai_identifier_str oai:repositorio.unal.edu.co:unal/76467
network_acronym_str UNACIONAL2
network_name_str Universidad Nacional de Colombia
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
title Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
spellingShingle Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
Motor de combustión interna
Optimización computacional por algoritmos genéticos
Gas de síntesis
Simulación 3D
Ignición por chispa
Gas derivado de biomasa
Simulación de ciclo abierto
Internal combustion engine
3D simulation
Computational optimization
Synthesis gas
Spark ignition
Gas derived from biomass
Simulation of open cycle
title_short Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
title_full Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
title_fullStr Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
title_full_unstemmed Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
title_sort Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)
dc.creator.fl_str_mv Pérez Gordillo, David Sebastian
dc.contributor.author.spa.fl_str_mv Pérez Gordillo, David Sebastian
dc.contributor.spa.fl_str_mv Mantilla González, Juan Miguel
dc.subject.proposal.spa.fl_str_mv Motor de combustión interna
Optimización computacional por algoritmos genéticos
Gas de síntesis
Simulación 3D
Ignición por chispa
Gas derivado de biomasa
Simulación de ciclo abierto
Internal combustion engine
3D simulation
Computational optimization
Synthesis gas
Spark ignition
Gas derived from biomass
Simulation of open cycle
topic Motor de combustión interna
Optimización computacional por algoritmos genéticos
Gas de síntesis
Simulación 3D
Ignición por chispa
Gas derivado de biomasa
Simulación de ciclo abierto
Internal combustion engine
3D simulation
Computational optimization
Synthesis gas
Spark ignition
Gas derived from biomass
Simulation of open cycle
description Esta investigación tiene por objetivo principal la optimización computacional de un motor de combustión interna encendido por chispa, alimentado con un gas de síntesis producto de la gasificación de biomasa. Para lograr esto, KIVA se utiliza como plataforma de simulación y se desarrolla un modelo tridimensional del dominio, considerando los procesos de admisión y escape en las pruebas realizadas computacionalmente. En este proceso se somete el modelo a un estudio de convergencia de malla para elegir la discretización espacial adecuada. Buscando evaluar la veracidad de los resultados obtenidos en las simulaciones, se hace una comparación respecto a datos experimentales reportados de la literatura. Para la optimización computacional, se utiliza una subrutina que acopla KIVA al algoritmo genético NSGA II. El proceso de optimización se realiza a 2500 [RPM] y 4500 [RPM], buscando maximizar la eficiencia térmica indicada y minimizar las emisiones de NO, variando la relación de equivalencia en la cámara de combustión. De los resultados se deduce que el rendimiento del motor presenta sus valores óptimos para mezclas cercanas a la estequiométrica. En esta misma zona las emisiones de CO son mínimas, pero también se presentan elevadas concentraciones de CO2 y las mayores emisiones de NO. Se observa que es admisible obtener concentraciones de NO, eficiencias térmicas indicadas y emisiones de CO similares o mejores a las conseguidas en la operación convencional del motor, es decir cuando este es alimentando con gasolina.
publishDate 2019
dc.date.issued.spa.fl_str_mv 2019-07-15
dc.date.accessioned.spa.fl_str_mv 2020-03-30T06:20:29Z
dc.date.available.spa.fl_str_mv 2020-03-30T06:20:29Z
dc.type.spa.fl_str_mv Trabajo de grado - Maestría
dc.type.driver.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.type.version.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.content.spa.fl_str_mv Text
dc.type.redcol.spa.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TM
status_str acceptedVersion
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76467
dc.identifier.eprints.spa.fl_str_mv http://bdigital.unal.edu.co/72884/
url https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76467
http://bdigital.unal.edu.co/72884/
dc.language.iso.spa.fl_str_mv spa
language spa
dc.relation.ispartof.spa.fl_str_mv Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Mecatrónica Ingeniería Mecánica
Ingeniería Mecánica
dc.relation.haspart.spa.fl_str_mv 5 Ciencias naturales y matemáticas / Science
51 Matemáticas / Mathematics
6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology
62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering
66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
dc.relation.references.spa.fl_str_mv Pérez Gordillo, David Sebastian (2019) Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI). Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.
dc.rights.spa.fl_str_mv Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
dc.rights.coar.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.license.spa.fl_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
dc.rights.uri.spa.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
institution Universidad Nacional de Colombia
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76467/1/1057591027.2019.pdf
https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76467/2/1057591027.2019.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 19990f522ba35d5d69b5b2d138fac9fb
568947356bf13d8417db09abb11db981
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia
repository.mail.fl_str_mv repositorio_nal@unal.edu.co
_version_ 1814089407566708736
spelling Atribución-NoComercial 4.0 InternacionalDerechos reservados - Universidad Nacional de Colombiahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Mantilla González, Juan MiguelPérez Gordillo, David Sebastian9b27534b-d7e1-4cf4-afdd-e916debbf9ca3002020-03-30T06:20:29Z2020-03-30T06:20:29Z2019-07-15https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76467http://bdigital.unal.edu.co/72884/Esta investigación tiene por objetivo principal la optimización computacional de un motor de combustión interna encendido por chispa, alimentado con un gas de síntesis producto de la gasificación de biomasa. Para lograr esto, KIVA se utiliza como plataforma de simulación y se desarrolla un modelo tridimensional del dominio, considerando los procesos de admisión y escape en las pruebas realizadas computacionalmente. En este proceso se somete el modelo a un estudio de convergencia de malla para elegir la discretización espacial adecuada. Buscando evaluar la veracidad de los resultados obtenidos en las simulaciones, se hace una comparación respecto a datos experimentales reportados de la literatura. Para la optimización computacional, se utiliza una subrutina que acopla KIVA al algoritmo genético NSGA II. El proceso de optimización se realiza a 2500 [RPM] y 4500 [RPM], buscando maximizar la eficiencia térmica indicada y minimizar las emisiones de NO, variando la relación de equivalencia en la cámara de combustión. De los resultados se deduce que el rendimiento del motor presenta sus valores óptimos para mezclas cercanas a la estequiométrica. En esta misma zona las emisiones de CO son mínimas, pero también se presentan elevadas concentraciones de CO2 y las mayores emisiones de NO. Se observa que es admisible obtener concentraciones de NO, eficiencias térmicas indicadas y emisiones de CO similares o mejores a las conseguidas en la operación convencional del motor, es decir cuando este es alimentando con gasolina.Abstract:The main objective of this research is the computational optimization of a spark-ignited internal combustion engine, powered by a synthesis gas produced by biomass gasification. To achieve this, KIVA is used as simulation platform and a three-dimensional domain model is developed, considering the admission and escape processes in the computationally performed tests. In this process, the model is subjected to a mesh convergence study to choose the appropriate spatial discretization. In order to evaluate the veracity of the results obtained in the simulations, a comparison is made with respect to experimental data reported from the literature. In computational optimization, a subroutine is used that couples KIVA to the genetic algorithm NSGA II. The optimization process is performed at 2500 [RPM] and 4500 [RPM], seeking to maximize the indicated thermal efficiency and minimize NO emissions, varying the equivalence ratio in the combustion chamber. From the results, it is deduced that the performance of the engine presents its optimal values for mixtures close to the stoichiometry. In this same zone, CO emissions are minimal, but high CO2 concentrations and higher NO emissions are also present. It is observed that it is permissible to obtain NO concentrations, indicated thermal efficiencies and CO emissions similar to or better than those achieved in the conventional operation of the engine, ie when it is fueling with gasoline.Maestríaapplication/pdfspaUniversidad Nacional de Colombia Sede Bogotá Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica Ingeniería Mecánica Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Mecatrónica Ingeniería MecánicaIngeniería Mecánica5 Ciencias naturales y matemáticas / Science51 Matemáticas / Mathematics6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology62 Ingeniería y operaciones afines / Engineering66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineeringPérez Gordillo, David Sebastian (2019) Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI). Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Bogotá.Estudio computacional de la combustión premezclada de un gas producto de la gasificación de biomasa en un motor de combustión interna (MCI)Trabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMMotor de combustión internaOptimización computacional por algoritmos genéticosGas de síntesisSimulación 3DIgnición por chispaGas derivado de biomasaSimulación de ciclo abiertoInternal combustion engine3D simulationComputational optimizationSynthesis gasSpark ignitionGas derived from biomassSimulation of open cycleORIGINAL1057591027.2019.pdfapplication/pdf4515926https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76467/1/1057591027.2019.pdf19990f522ba35d5d69b5b2d138fac9fbMD51THUMBNAIL1057591027.2019.pdf.jpg1057591027.2019.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5385https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76467/2/1057591027.2019.pdf.jpg568947356bf13d8417db09abb11db981MD52unal/76467oai:repositorio.unal.edu.co:unal/764672023-07-14 23:03:32.513Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.co