Balance exergético global del motor de combustión diésel de un vehículo operando bajo un ciclo de conducción europeo (NEDC) durante su calentamiento
El balance exergético de forma global aplicado a motores de combustión interna durante un nuevo ciclo de conducción (NEDC) es un tema que no ha sido desarrollado de forma extensa hasta la actualidad. Existe evidencia bibliográfica que muestra la cantidad limitada de autores que han abordado el estud...
- Autores:
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Escobar Escobar, Richard Alfonso
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2022
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:repositorio.utp.edu.co:11059/14499
- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/11059/14499
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- Palabra clave:
- 110 - Metafísica::118 - Fuerza y energía
Actividad termodinámica
Motores de automóviles - Sistemas de control
Motores de combustión interna
Motor diesel
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Ciclo de conducción NEDC
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- Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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El balance exergético de forma global aplicado a motores de combustión interna durante un nuevo ciclo de conducción (NEDC) es un tema que no ha sido desarrollado de forma extensa hasta la actualidad. Existe evidencia bibliográfica que muestra la cantidad limitada de autores que han abordado el estudio del balance exergético aplicado a motores, no obstante, las investigaciones que se han hecho hasta la fecha no se han centrado en el balance aplicado a un motor durante su proceso de calentamiento y durante un ciclo de conducción. Al notar esta necesidad de investigar en profundidad la temática el presente estudio se plantea el objetivo de analizar el comportamiento de las exergías de flujo que interactúan con un motor de combustión interna diésel a lo largo de un ciclo NEDC y durante el proceso de calentamiento del motor, como igualmente fue objeto de análisis el comportamiento de las exergías de flujo en las máquinas y los elementos que se encuentran dentro de los sistemas de admisión, refrigeración y escape. Con este objetivo guiando la investigación se desarrolla una metodología de tipo descriptiva con el propósito de integrar y aplicar el concepto y las ecuaciones de exergía pertinentes al motor como a sus máquinas y a los elementos de los sistemas de admisión, refrigeración y escape, definiendo a su vez las variables que interactúan con estos de forma global; acompañada de un análisis cuantitativo de los datos que se recopilan con el fin de conocer, evaluar y analizar cuantitativamente el comportamiento de cada una de las variables de exergía de flujo de dichas interacciones. Como resultado del análisis se observa que la exergía de flujo asociada a la potencia de salida es muy pobre en comparación con la exergía de flujo neta de entrada, puesto que solo corresponde en promedio al 25 %, mientras que la exergía de flujo destruida presenta el mayor valor promedio representando el 45 % del total de exergía de flujo de entrada. Se observa además que, de las máquinas y los elementos que se encuentran dentro de los sistemas de admisión, refrigeración y escape, el intercambiador de calor de recirculación de gases de escape (EGR) es el elemento que presenta el mayor valor de recuperación de exergía de flujo promedio correspondiente a 0.1331 kW, siendo el sistema turbocompresor el elemento que presenta mayor destrucción de exergía de flujo con un valor promedio de 1.3752 kW, y el núcleo térmico o calefactor del salón de pasajeros el elemento que presenta mayor rendimiento exergético promedio con un valor de 6.56 %. |
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Agudelo, A., Agudelo, J., & Benjumea, P. ( 2008). Diagnóstico exergético del proceso de combustión en un motor diésel. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 45, 41-53 Agudelo, A., Bedoya, I., & Agudelo, J. (2006). Análisis exergético de un motor de automoción operando con gas natural: efecto de la configuración del kit de conversión y del sistema de encendido. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 38, 40-52. Agudelo, A., Bedoya, I., & Agudelo, R. (2006). Análisis exergético de un motor de automoción operando con gas natural: efecto de la configuración del kit de conversión y del sistema de encendido. Revista Facultad de Ingeniería, 38, 40-52. Agüero, H. (s.f.). Introducción a la ingeniería automotriz. Universidad Tecnológica del Perú. Alegría, L., & Masapanta, C. (2012). Diseño y construcción de un entrenador de aire acondicionado. http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/bitstream/handle/21000/5085/DT ESPEL-0874.pdf?sequence=2&isAllowed=y Álvarez, J., & Callejón, I. (2005). Motores alternativos de combustión interna. Ediciones de la Universitat Politècnica de Catalunya, SL. Bourhis, G., & Leduc, P. (2010). Energy and exergy balances for modern Diesel and gasoline engines. Oil & Gas Science and Technology, 65(1), 39-46, 2010. 10.2516/ogst/2009051. Cengel, Y., & Boles, M. (2009). Termodinámica. McGraw-Hill Interamericana Editores, S. A. Galindo, J., Ruiz, S., Dolz, V., & Royo-Pascual, L. (2016). Advanced exergy analysis for a bottoming organic Rankine cycle coupled to an internal combustion engine. Energy Conversion and Management, 126, 217-227. Heywood, J. (1988). Internal combustion engine fundamentals . McGraw Hill. Hollew, J., & Buckius, R. (1990). Principios de termodinámica para ingeniería. McGraw-Hill Interamericana de México S. A. Jóvaj, M. (1973). Motores de automóvil . Mir. Macedo, A. (2020). Diseño de motores de combustión interna. Bookmark. May, E. (1988). Mecánica para motores diésel teoría, mantenimiento y reparación. Tomo 1. McGraw Hill . Moran, M., & Shapiro, H. (2004). Fundamentos de termodinámica técnica. Reverté, S. A. Muammer, O. (2015). A Comparative Study on Energy and Exergy Analyses of a CI Engine Performed with Different Multiple Injection Strategies at Part Load: Effect of Injection Pressure desarrollado . Entropy ,17(1), 244-263 Müller, E. (2002). Termodinámica básica. Consultora Kemiteknik C. A Pawlak, W. (1984). Funcionamiento de motores de combustión interna. Editorial de la Universidad Autónoma de Nuevo León. Payri, F. (2011). Motores de combustion interna alternativos . Editorial Reverté, S. A. Pérez, D. (2018). Estudio de emisiones contaminantes. INNOVA Research Journal, 3(3), 23-34. Pla, B. (2009). Análisis del proceso de recirculación de los gases de escape de baja presión en motores diésel sobrealimentados. Universitat Politècnica de València. Rodríguez, J. (s.f.). Introducción a la termodinámica con algunas aplicaciones de ingeniería. Universidad Tecnológica Nacional. Romero, C. (2014). Energy balance during the warm up of a diesel engine. Universitat Politècnica de València Sankar, J. (2016). Thermal analysis of water cooled charge air cooler in turbo charged diesel engine. https://ijret.org/volumes/2016v05/i02/IJRET20160502033.pdf Sayin, C., Hosoz, M., Canakci, M., & Kilicaslan, I. (2006). Energy and exergy analyses of a gasoline engine . Wiley Interscience. Servicio Nacional de Aprendizaje. (s.f.). Transporte y funcionamiento del motor diésel. https://repositorio.sena.edu.co/bitstream/handle/11404/5032/Transporte_Fu ncionamiento_del_motor_Diesel.PDF?sequence=1&isAllowed=y Van Wylen, G., Sonntang, R., & Borgnakke, C. (2002). Fundamentos de termodinámica. Limusa Wiley Vicente, M. (1987). El motor diésel en el automóvil. Ediciones CEAC, S. A. . Villegas, A. (2007). Motores de combustión interna. Baix Monseny. Waddams, A., Solomon, L., & Carruthers, J. (2018). Petroleum refining. https://www.britannica.com/technology/petroleum-refining Weiss, M., Bonnel, P., Hummel, R., & Steininger, N. (2013). A complementary emisión test for light-duty vehicles: Assessing the technical feasibility of candidate procedures. Publications Office of the European Union. Zapata, J., Restrepo, A., Romero, C., & Quintero, H. (2020). Exergy analysis of a diesel engine converted to spark ignition. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 42, https://doi.org/10.1016/j.seta.2020.100803 |
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Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________ La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 dehttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessRomero Piedrahita, Carlos AlbertoEscobar Escobar, Richard Alfonso2023-02-06T22:26:56Z2023-02-06T22:26:56Z2022https://hdl.handle.net/11059/14499Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Institucional Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEl balance exergético de forma global aplicado a motores de combustión interna durante un nuevo ciclo de conducción (NEDC) es un tema que no ha sido desarrollado de forma extensa hasta la actualidad. Existe evidencia bibliográfica que muestra la cantidad limitada de autores que han abordado el estudio del balance exergético aplicado a motores, no obstante, las investigaciones que se han hecho hasta la fecha no se han centrado en el balance aplicado a un motor durante su proceso de calentamiento y durante un ciclo de conducción. Al notar esta necesidad de investigar en profundidad la temática el presente estudio se plantea el objetivo de analizar el comportamiento de las exergías de flujo que interactúan con un motor de combustión interna diésel a lo largo de un ciclo NEDC y durante el proceso de calentamiento del motor, como igualmente fue objeto de análisis el comportamiento de las exergías de flujo en las máquinas y los elementos que se encuentran dentro de los sistemas de admisión, refrigeración y escape. Con este objetivo guiando la investigación se desarrolla una metodología de tipo descriptiva con el propósito de integrar y aplicar el concepto y las ecuaciones de exergía pertinentes al motor como a sus máquinas y a los elementos de los sistemas de admisión, refrigeración y escape, definiendo a su vez las variables que interactúan con estos de forma global; acompañada de un análisis cuantitativo de los datos que se recopilan con el fin de conocer, evaluar y analizar cuantitativamente el comportamiento de cada una de las variables de exergía de flujo de dichas interacciones. Como resultado del análisis se observa que la exergía de flujo asociada a la potencia de salida es muy pobre en comparación con la exergía de flujo neta de entrada, puesto que solo corresponde en promedio al 25 %, mientras que la exergía de flujo destruida presenta el mayor valor promedio representando el 45 % del total de exergía de flujo de entrada. Se observa además que, de las máquinas y los elementos que se encuentran dentro de los sistemas de admisión, refrigeración y escape, el intercambiador de calor de recirculación de gases de escape (EGR) es el elemento que presenta el mayor valor de recuperación de exergía de flujo promedio correspondiente a 0.1331 kW, siendo el sistema turbocompresor el elemento que presenta mayor destrucción de exergía de flujo con un valor promedio de 1.3752 kW, y el núcleo térmico o calefactor del salón de pasajeros el elemento que presenta mayor rendimiento exergético promedio con un valor de 6.56 %.The global exergetic balance applied to internal combustion engines during a new driving cycle (NEDC) is a topic that has not been extensively developed to date. There is bibliographic evidence that shows the limited number of authors that have addressed the study of exergetic balance applied to engines, however, the research that has been done to date has not focused on the balance applied to an engine during its warm-up process and during a driving cycle. Noting this need to investigate the subject in depth, the present study has the objective of analyzing the behavior of the flow exergies that interact with a diesel internal combustion engine throughout a NEDC cycle and during the engine warm-up process, as well as the behavior of the flow exergies in the machines and the elements that are found within the intake, cooling and exhaust systems. With this objective guiding the research, a descriptive methodology is developed with the purpose of integrating and applying the concept and the relevant exergy equations to the engine and its machines and to the elements of the intake, cooling and exhaust systems, defining in turn the variables that interact with these in a global way; accompanied by a quantitative analysis of the data collected in order to know, evaluate and analyze quantitatively the behavior of each one of the flow exergy variables of these interactions. As a result of the analysis it is observed that the flux exergy associated to the output power is very poor compared to the net input flux exergy, since it only corresponds on average to 25%, while the destroyed flux exergy presents the highest average value representing 45% of the total input flux exergy. It is also observed that, of the machines and elements found within the intake, cooling and exhaust systems, the exhaust gas recirculation heat exchanger (EGR) is the element that presents the highest average flow exergy recovery value corresponding to 0.1331 kW, being the turbocharger system the element that presents the highest flow exergy destruction with an average value of 1.3752 kW, and the thermal core or passenger lounge heater the element that presents the highest average exergy performance with a value of 6.56 %.TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 13 OBJETIVOS .......................................................................................................... 20 Objetivo general .................................................................................... 20 Objetivos específicos ............................................................................ 20 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... 21 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 23 CAPÍTULO 1. MARCO REFERENCIAL ................................................................ 25 1.1 Marco Teórico.................................................................................. 25 1.1.1 Energía .............................................................................................. 25 1.1.2 Energía Interna (U)............................................................................ 28 1.1.3 Trabajo .............................................................................................. 29 1.1.4 Calor.................................................................................................. 31 1.1.5 Principio de Conservación de la Masa............................................... 35 1.1.6 Primera Ley de la Termodinámica..................................................... 37 1.1.7 Segunda Ley de la Termodinámica ................................................... 40 1.1.8 Entropía ........................................................................................... 444 1.1.9 Proceso de Combustión .................................................................... 47 1.1.10 Exergía .............................................................................................. 50 1.2 Estado del Arte................................................................................ 62 1.3 Marco Conceptual ........................................................................... 71 1.3.1 Nuevo Ciclo de Conducción Europeo (NEDC) .................................. 71 1.3.2 El Motor Diésel y el Automóvil ........................................................... 72 1.3.3 Combustibles para Motores de Combustión Diésel........................... 73 1.3.4 Sistema de Admisión en Motores de Combustión Diésel .................. 76 1.3.5 Sistema de Escape en Motores de Combustión Diésel ..................... 83 1.3.6 Sistema de Refrigeración en Motores de Combustión Diésel............ 86 CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL MOTOR Y BANCO DE PRUEBAS ............... 90 2.1 Definición del Motor......................................................................... 90 2.2 Descripción del Circuito de Admisión de Aire.................................. 92 2.3 Circuito de Combustible................................................................... 95 2.4 Sistema de Refrigeración del Motor ................................................ 97 2.5 Sistema de Recirculación de Gases de Escape (EGR)................... 98 2.6 Posicionamiento de Sensores ....................................................... 100 2.7 Banco de Pruebas y Mediciones ................................................... 101 CAPÍTULO 3. BASE DE DATOS......................................................................... 103 CAPÍTULO 4. BALANCE EXERGÉTICO GLOBAL DEL MOTOR....................... 110 4.1 Exergía de Flujo Asociada al Flujo Másico de Combustible .......... 115 4.2 Exergía de Flujo Asociada al Flujo Másico de Aire........................ 116 4.3 Exergía de Flujo Asociada a la Potencia de Salida ....................... 118 4.4 Exergía de Flujo Asociada al Flujo de los Gases de Escape......... 118 4.5Exergía de Flujo Asociada al Flujo de Calor Transferido al Sistema de Refrigeración....................................................................................... 121 4.6 Exergía de Flujo Asociada a las Pérdidas de Calor con el Ambiente ............................................................................................................ 122 4.7 Exergía de Flujo Destruida ............................................................ 122 4.8 Rendimiento Exergético del Motor................................................. 123 CAPÍTULO 5. EXERGÍA DE FLUJO EN MÁQUINAS Y SUBSISTEMAS ........... 124 5.1 Exergías de Flujo en el Sistema Turbocompresor......................... 124 5.2 Exergías de Flujo en el Filtro de Partículas ................................... 129 5.3 Exergías de Flujo en el Sistema Water Charge Air Cooler (WCAC) ............................................................................................................ 131 5.4Exergías de Flujo en el Sistema de Recirculación de Gases de Escape (EGR)..................................................................................... 135 5.5 Exergías de Flujo en el Núcleo Térmico (Calefactor del Salón de Pasajeros)........................................................................................... 140 CAPÍTULO 6. RESULTADOS ............................................................................. 143 CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................ 174 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 177PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)179 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería MecánicaFacultad de Ingeniería MecánicaPereira110 - Metafísica::118 - Fuerza y energíaActividad termodinámicaMotores de automóviles - Sistemas de controlMotores de combustión internaMotor dieselBalance de exergíaCiclo de conducción NEDCBalance exergético global del motor de combustión diésel de un vehículo operando bajo un ciclo de conducción europeo (NEDC) durante su calentamientoTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAgudelo, A., Agudelo, J., & Benjumea, P. ( 2008). Diagnóstico exergético del proceso de combustión en un motor diésel. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 45, 41-53Agudelo, A., Bedoya, I., & Agudelo, J. (2006). Análisis exergético de un motor de automoción operando con gas natural: efecto de la configuración del kit de conversión y del sistema de encendido. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 38, 40-52.Agudelo, A., Bedoya, I., & Agudelo, R. (2006). Análisis exergético de un motor de automoción operando con gas natural: efecto de la configuración del kit de conversión y del sistema de encendido. Revista Facultad de Ingeniería, 38, 40-52.Agüero, H. (s.f.). Introducción a la ingeniería automotriz. Universidad Tecnológica del Perú.Alegría, L., & Masapanta, C. (2012). Diseño y construcción de un entrenador de aire acondicionado. http://repositorio.espe.edu.ec/xmlui/bitstream/handle/21000/5085/DT ESPEL-0874.pdf?sequence=2&isAllowed=yÁlvarez, J., & Callejón, I. (2005). Motores alternativos de combustión interna. 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 deopen.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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