Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT), proyecto MAT 98-0611

No description available.

[EN] In this work, a research on the durability of the hydrophilic behavior of films and nonwovens of polypropylene, PP (of different weights) using low-pressure discharge luminescence plasma technology with a mixture of gases CH4-O2 80:20, as well as on the improvement of technological properties (absorption) in such nonwovens for applications in the field of filtration has been carried out. Firstly, the effects of plasma on PP films with different treatment times have been studied in detail, optimizing previously the treatment power. The hydrophilic behavior variation (wettability) has been evaluated by studying the contact angles and surface energy with different measuring liquids. The variation of the chemical structure/composition (functionalization) of the surface has been studied for different times of treatment by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR) and the x-rays photoelectron spectroscopy (XPS). The evaluation of changes in the topography (morphology and surface roughness) has been done by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). As a complement, weight variation has been studied for obtaining information about deposition or etching of material on the film surface. Once the treatment time has been optimized, a study on the durability of the hydrophilic properties obtained has been carried out through the monitoring of changes in the contact angles, surface energy and the chemical composition/functionalization of film surface for different ageing times and in different conditions. Finally, the improvement of wettability on PP nonwoven substrates of different weights and its durability have been evaluated for different treatment times. At technological level, the improvement of the absorption and filtration properties of these substrates has been studied by measuring the absorption capacity and absorption time of the liquid as well as its propagation velocity. For the PP film, the increase of wettability depends on the power and treatment time with plasma CH4-O2 80:20, being 150 W and 60 seconds of treatment the optimal values. The main mechanism of this plasma is the surface functionalization by inclusion of active species (containing oxygen) by deposition of a thin layer of functionalized polymer (plasmapolymerisation) and slight modification of the topography (predominance of deposition against etching). In general, the hydrophobic recovery process (ageing) with CH4- O2 occurs to a lesser extent than in other gases (O2, N2, Ar, etc.) due to the presence of an organic component promotes the plasmapolymerisation and oxygen allows the formation of oxygen species. Improvement of treatment remains acceptable after three weeks of ageing at environmental conditions. Furthermore, ageing is more pronounced in more aggressive conditions (especially temperature), by promoting diffusion or movement of low molecular weight organic species as well as the reorganization of different polar groups towards the core of the material. In general, the mentioned plasma treatment causes a significant improvement in the wetting properties of different PP nonwoven substrates, regardless of the weight, and this is reflected through the improvement of various properties related to the absorption phenomena: absorption capacity and absorption velocity of the liquid and its wetting time. In this way, increases its absorption capacity and possibilities for using in filtration applications. Degradation marks or significant changes in surface morphology are not appreciated and the effects of the treatment are still at acceptable levels after three weeks of treatment. / [ES] En este trabajo,se ha llevado a cabo una investigación sobre la durabilidad del comportamiento hidrofílico de films y no tejidos de polipropileno,PP (de diferentes gramajes) mediante el empleo de tecnología de plasma de baja presión por descarga luminiscente con mezcla de gases CH4-O2 80:20,así como la mejora de propiedades tecnológicas (absorción) en dichos no tejidos para su aplicación en el campo de la filtración. En primer lugar,se han estudiado en detalle los efectos del plasma sobre los films de PP con diferentes tiempos de tratamiento optimizando inicialmente la potencia. La variación del comportamiento hidrofílico(humectabilidad) se ha evaluado mediante el estudio de los ángulos de contacto y energía superficial con diferentes líquidos de medida. La variación de la estructura/composición química (funcionalización) de la superficie se ha estudiado para diferentes tiempos de tratamiento mediante espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier con reflectancia total atenuada(FTIR-ATR) y espectroscopía fotoelectrónica de rayos X(XPS). La evaluación de los cambios en la topografía (morfología y rugosidad) se ha realizado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía de fuerza atómica (AFM). De forma complementaria,se ha estudiado la variación de peso para obtener información sobre la deposición o arranque de material en la superficie del film. Una vez optimizado el tiempo de tratamiento,se ha llevado a cabo un estudio sobre la durabilidad de las propiedades hidrofílicas obtenidas a través del seguimiento de los cambios en los ángulos de contacto, energía superficial y en la composición química/funcionalización de la superficie del film para diferentes tiempos de envejecimiento y en diferentes condiciones. Finalmente,se ha evaluado la mejora de la humectabilidad sobre substratos no tejidos de PP de diferentes gramajes a distintos tiempos de tratamiento así como su durabilidad. A nivel tecnológico,la mejora de las propiedades de absorción y filtración de dichos substratos se ha estudiado mediante la medida de la capacidad y el tiempo de absorción del líquido así como su velocidad de propagación. Para el film de PP, el incremento de humectabilidad es función del tiempo y potencia de tratamiento con plasma CH4-O2 80:20 siendo sus valores óptimos 150 W y 60 segundos de tratamiento. El mecanismo principal de actuación de dicho plasma es la funcionalización superficial por inserción de especies activas (que contienen oxígeno) por deposición de una fina capa de polímero funcionalizado (plasmapolimerización) y ligera modificación de la topografía (predominio de deposición frente a abrasión). De forma general, el proceso de recuperación hidrofóbica (envejecimiento) con CH4-O2 se produce en menor extensión que cuando se utilizan otros gases (O2,N2,Ar,etc.) debido a que la presencia de un componente orgánico favorece la plasmapolimerización y el oxígeno permite la formación de especies oxigenadas. La mejora del tratamiento se mantiene aceptable tras tres semanas de envejecimiento en condiciones ambientales. Asimismo,el envejecimiento es más acusado en condiciones más agresivas (especialmente de temperatura),por favorecer la difusión o movimiento de especies orgánicas de bajo peso molecular así como la reordenación de diferentes grupos polares hacia el interior. En general,el tratamiento con dicho plasma provoca una notable mejora en las propiedades humectantes de los diferentes substratos no tejidos de PP,independientemente del gramaje,y ésta queda reflejada a través de la mejora de varias propiedades ligadas a los fenómenos de absorción:capacidad y velocidad de absorción de líquido y tiempo de mojado. De esta forma,se incrementa su capacidad de absorción y las posibilidades de utilización en filtración. No se aprecian signos de degradación ni cambios significativos de morfología superficial y los efectos del tr / [CAT] En este treball, s'ha dut a terme una investigació sobre la durabilitat del comportament hidrofílic de films i no teixits de polipropilè, PP (de diferents gramatges) per mitjà de la utilització de tecnologia de plasma de baixa pressió per descàrrega luminiscent amb mescla de gasos CH4-O2 80:20 així com la millora de propietats tecnològiques (absorció) en aquests no teixits per a la seua aplicació en el camp de la filtració. En primer lloc, s'han estudiat en detall els efectes del plasma sobre els films de PP amb diferents temps de tractament optimitzant inicialment la potència. La variació del comportament hidrofílic (humectabilitat) s'ha avaluat per mitjà de l'estudi dels angles de contacte i energia superficial amb diferents líquids de mesura. La variació de l'estructura/composició química (funcionalització) de la superfície s'ha estudiat per a diferents temps de tractament per mitjà d'espectroscòpia infraroja per transformada de Fourier amb reflectància total atenuada (FTIR-ATR) i espectroscòpia fotoelectrónica de rajos X (XPS). L'avaluació dels canvis en la topografia (morfologia i rugositat) s'ha realitzat per mitjà de microscòpia electrònica d'agranat (SEM) i microscòpia de força atòmica (AFM). De forma complementària, s'ha estudiat la variació de pes per a obtindre informació sobre la deposició o arrancada de material en la superfície del film. Una vegada optimitzat el temps de tractament, s'ha dut a terme un estudi sobre la durabilitat de les propietats hidrofíliques obtingudes a través del seguiment dels canvis en els angles de contacte, energia superficial i en la composició química/funcionalització de la superfície del film per a diferents temps d'envelliment i en diferents condicions. Finalment, s'ha avaluat la millora de l'humectabilitat sobre substrats no teixits de PP de diferents gramatges a distints temps de tractament així com la seua durabilitat. A nivell tecnològic, la millora de les propietats d'absorció i filtració dels substrats s'ha estudiat per mitjà de la mesura de la capacitat i temps d'absorció del líquid així com la seua velocitat de propagació. Per al film de PP, l'increment de humectabilitat és funció del temps i potència de tractament amb plasma CH4-O2 80:20 sent els seus valors òptims 150 W i 60 segons de tractament. El mecanisme principal d'actuació d'aquest plasma és la funcionalització superficial per inserció d'espècies actives (que contenen oxigen) per deposició d'una fina capa de polímer funcionalitzat (plasmapolimerització) i lleugera modificació de la topografia (predomini de deposició enfront d'abrasió). De forma general, el procés de recuperació hidrofòbica (envelliment) amb CH4-O2 es produïx en menor extensió que quan s'utilitzen altres gasos (O2, N2, Ar, etc.) pel fet que la presència d'un component orgànic afavorix la plasmapolimerització i l'oxigen permet la formació d'espècies oxigenades. La millora del tractament es manté acceptable després de tres setmanes d'envelliment en condicions ambientals. Així mateix, l'envelliment és més acusat en condicions més agressives (especialment de temperatura), per afavorir la difusió o moviment d'espècies orgàniques de baix pes molecular així com la reordenació de diferents grups polars cap a l'interior. En general, el tractament amb aquest plasma provoca una notable millora en les propietats humectants dels diferents substrats no teixits de PP, independentment del gramatge, i ésta queda reflectida a través de la millora de diverses propietats lligades als fenòmens d'absorció: capacitat i velocitat d'absorció de líquid i temps de mullat. D'aquesta manera, s'incrementa la seua capacitat d'absorció i les possibilitats d'utilització en filtració. No s'aprecien signes de degradació ni canvis significatius de morfologia superficial i els efectes del tractament encara es mantenen en nivells acceptables després de tres setmanes del tractam / López Ferre, RM. (2015). ESTUDIO DE LA DURABILIDAD DEL PLASMA DE BAJA PRESIÓN CH4-O2 SOBRE FILMS Y NO TEJIDOS DE POLIPROPILENO. MEJORA DE LA ABSORCIÓN DE LOS NO TEJIDOS DE POLIPROPILENO PARA APLICACIONES EN FILTRACIÓN [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58985 / TESIS

[EN] The use of Exhaust Gas Recirculation (EGR) as a technique to reduce nitrogen oxides emissions (NOx) in Diesel engines started with the EURO regulations and continues to the present day. While aftertreatment systems were proposed as an alternative to replace EGR, the combination of both technologies has achieved the current strict regulations (EURO6, TIER 2). The fact that EGR reduces NOx originated into the combustion process with high effectiveness and with easy implementation in the engine, are the most important advantages which have kept EGR as one of the main techniques against NOx. Additionally, from another point of view, the use of EGR is spreading in other applications such as SI engines and HCCI, as a strategy to manage functional tasks on them. So far, the cooled high pressure EGR system (HPEGR) has been the most widespread configuration to perform EGR. Nonetheless, it is limited in achieving high EGR rates by its effects on Tintake, BSFC and particulate emissions (PM). In this context, low pressure EGR (LPEGR) was raised as an alternative to overcome these limitations. However, LPEGR has other disadvantages such as low value of Pexh-intk which prevents high EGR rates during some engine conditions or the effect on other pollutant emissions during engine warm up at the emissions cycle. Considering the new challenges that light vehicles will face in the future regulations (WLTP or TIER 3) and the aforementioned individual limitations for HPEGR and LPEGR systems, this PhD. Thesis propounds the analysis of the combination of both EGR techniques, HPEGR and LPEGR, in order to show the ability to reach high EGR rates and the effects on fuel consumption and pollutant emissions. To accomplish this objective, by means of experimental tests, two different combination strategies are evaluated: firstly, a simultaneous combination of both HPEGR and LPEGR systems and, secondly, a sequential combination of the individual systems. For simultaneous combination of HPEGR and LPEGR, a sweep of EGR rates combining the use of both systems is performed at five engine operation points within the engine operating range of EGR. For all tested points, the ability of reaching higher rates of EGR with the combination than with individual systems is analyzed from the air management point of view. The analysis is performed by studying the evolution of the properties of the trapped mass into the cylinder, the engine volumetric efficiency and the turbocharger performance. Besides analyzing the evolution of BSFC and pollutant emissions. Regarding the sequential combination of HPEGR and LPEGR, various tests of the NEDC emission cycle are performed in different ambient temperatures (20ºC, 0ºC and -7ºC). The sequential combination strategy involves starting the test cycle with HPEGR and, after a given time (600s and 800s), switching to LPEGR system. For these tests, the engine warm up evolution and pollutant emissions evolution are analyzed. Finally, as a practical contribution, an estimation technique of LPEGR mass flow is proposed by means of an energy balance into the control volume defined at the joint between the LPEGR and the fresh air ducts, just before the compressor intake. / [ES] El uso de la técnica de Recirculación de Gases de Escape (EGR) para la reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) en motores Diésel se inicia con las primeras normativas EURO y se extiende hasta hoy en día. Si bien los sistemas post-tratamiento se planteaban como alternativa para sustituir al EGR, finalmente, ambas tecnologías se han complementado para lograr alcanzar las estrictas limitaciones impuestas por las actuales normativas vigentes (EURO6, TIER 2). El hecho de que el EGR actúe en la reducción de NOx desde su origen en el proceso de combustión de forma efectiva y la simplicidad de ser implementado en un motor, han sido algunas de las ventajas que han mantenido al EGR como una de las principales técnicas contra los NOx. Además, desde otro punto de vista, el uso del EGR se está extendiendo en otras aplicaciones como los MEP o HCCI para gestionar estrategias de funcionamiento propias de dichas motorizaciones. Hasta ahora el EGR de alta presión refrigerado (HPEGR) había sido la configuración más generalizada para llevar a cabo la tasa de EGR. Sin embargo, se ve limitado para alcanzar altas tasas de EGR por su efecto en la Tadm, el incremento del gef o en las emisiones de partículas (PM). Ante esta situación, se planteaba el EGR de baja presión (LPEGR) como alternativa para superar estas limitaciones, aunque conlleva otras desventajas como el bajo valor de Pesc-adm que impide realizar altas tasas de EGR o su efecto sobre otras emisiones contaminante durante el calentamiento motor en el ciclo de homologación. En el marco de los nuevo retos a los que se enfrentan los vehículos ligeros con las futuras normativas (WLTP o TIER 3) y con las citadas limitaciones individuales de los sistemas HPEGR y LPEGR, en esta Tesis Doctoral se plantea el análisis de la combinación de las técnicas de EGR de alta y baja presión para alcanzar altas tasas de EGR y sus efectos sobre el consumo y las emisiones. Para llevar a cabo este objetivo, desde el punto de vista experimental, se plantean dos estrategias diversas de combinación: por una parte la combinación simultánea de ambos sistemas y por otra la combinación secuencial. Para la combinación simultánea de los sistemas de HPEGR y LPEGR, se realiza un barrido de combinación de ambos sistemas en cinco puntos de funcionamiento del motor dentro del área de EGR. Para todos los puntos ensayados se analiza la capacidad de realizar mayores tasas de EGR que los sistemas individuales, desde el punto de vista de la renovación de la carga. Dicho análisis se lleva a cabo mediante el estudio de la evolución de las propiedades de la masa atrapada en el cilindro, el rendimiento volumétrico y las condiciones de funcionamiento del turbocompresor. Además se analizan las evoluciones del gef y de las emisiones contaminantes. Respecto a la combinación secuencial de HPEGR y LPEGR, se realizan diversos ensayos de un ciclo de homologación NEDC a distintas temperaturas de funcionamiento (20ºC, 0ºC y -7ºC). La estrategia de combinación secuencial implica empezar el ciclo de homologación con el sistema HPEGR y en determinado instante del ciclo (600s y 800s) cambiar al sistema LPEGR. Para estos ensayos se ha realizado el estudio de la evolución del calentamiento motor y el efecto en las emisiones de NOx. / [CAT] L'ús de la tècnica de Recirculació de Gasos d'Escapament (EGR) per a la reducció de les emissions d'òxids de nitrogen en motors Dièsel s'inicia amb les primeres normatives EURO i s'ha anat utilitzant fins l'actualitat. Si bé els sistemes post-tractament es plantejaven com a alternativa per a substituir al EGR, finalment ambdós tecnologies s'han complementat per a aconseguir les estrictes limitacions imposades a hores d'ara (EURO6, TIER 2). El fet de que l'EGR actua en la reducció de NOx des del seu origen en el procés de combustió de forma efectiva i la simplicitat per a ser implementat en un motor, han sigut alguns dels avantatges que han mantingut al EGR com una de les principals tècniques contra els NOx. A més, des d'un altre punt de vista, s'està estenent l'ús del EGR en altres aplicacions com en els MEP o HCCI per a gestionar estratègies de funcionament pròpies de dites motoritzacions. Fins ara l'EGR d'alta pressió refrigerat (HPEGR) havia sigut la configuració més generalitzada per a dur a terme la taxa de EGR. No obstant, això es veu limitat per a aconseguir altes taxes d'EGR pel seu efecte en la Tadm, l'increment del gef o en les emissions de partícules (PM). Davant d'aquesta situació, es planteja l'EGR de baixa pressió (LPEGR) com a alternativa per a superar estes limitacions, encara que comporta altres desavantatges com el seu efecte a les altres emissions en condicions de funcionament de motor fred o el baix valor de Pesc-adm que impedix realitzar altes taxes de EGR. En el marc dels nous reptes als què s'enfronten els vehicles lleugers amb les futures normatives (WLTP o TIER 3) i de les esmentades limitacions individuals dels sistemes HPEGR i LPEGR, en esta Tesi Doctoral es planteja l'anàlisi de la combinació de les tècniques de EGR d'alta i baixa pressió per a aconseguir altes taxes de EGR, des del punt de vista del procés de renovació de la càrrega, i els seus efectes sobre el consum i les emissions. Per a dur a terme este objectiu es plantegen dos estratègies diverses de combinació: d'una banda la combinació simultània d'ambdós sistemes i per una altra la combinació seqüencial. Per a la combinació simultània dels sistemes de HPEGR i LPEGR, es realitza un mostreig de combinació d'ambdós sistemes en cinc punts dins de l'àrea de EGR del motor. Per a tots els punts assajats es realitza una anàlisi de la capacitat de realitzar majors taxes de EGR que els sistemes individuals, des del punt de vista de la renovació de la càrrega. Aquest anàlisi es du a terme per mitjà de l'estudi de l'evolució de les propietats de la massa atrapada en el cilindre, el rendiment volumètric i les condicions de funcionament del turbocompressor. A més es realitza l'anàlisi de les evolucions del gef i de les emissions contaminants. Respecte a la combinació seqüencial de HPEGR i LPEGR, es realitzen diversos assajos d'un cicle d'homologació NEDC a distintes temperatures de funcionament (20ºC, 0ºC i -7ºC). L'estratègia de combinació seqüencial implica comen car el cicle d'homologació amb el sistema HPEGR i en determinat instant del cicle (600s i 800s) canviar al sistema LPEGR. Per a estos assajos s'ha realitzat l'estudi de l'evolució del calfament del motor i l'efecte en les emissions de NOx. Finalment, com a aportació pràctica, es planteja una tècnica d'estimació de gast màsic de LPEGR. per mitjà del balanç energètic en el volum de control definit en la unió del sistema de LPEGR amb el conducte d'aire fresc abans del compressor. / Soler Muniesa, JA. (2016). Análisis de la combinación de los sistemas de recirculación de gases de Alta y Baja presión sobre el comportamiento de un motor Diesel sobrealimentado [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62198 / TESIS

[EN] Nowadays, the improvements and developments carried out in reciprocating internal combustion engines are especially based on fuel consumption and pollutant emissions reduction. These reductions are promoted by the depletion of world fossil fuel reserves and the increase in health and environmental problems that have been reported over the years. Actual regulations are forcing manufacturers to include different technologies which lead to a reduction in harmful compounds emissions, and therefore, the pollutants emission limits can be achieved. In this regard, the aftertreatment systems located in the exhaust line in all engine architectures have become commonly used as a solution to reduce such compounds. Furthermore, the manufacturers are also developing different strategies that directly affect the combustion process such as EGR systems or exploring new combustion modes, which are focus on the reduction of pollutants. This PhD thesis has as a main objective the experimental evaluation of the pollutant emissions (CO, HC, NOx, PM and PN) obtained through the use of emerging strategies for reducing pollutant compounds in reciprocating internal combustion engines. In this context, this work also includes the development of a methodology for the evaluation and assessment of the soot concentration emitted by these engines during dynamic operating conditions. On the one hand, the strategies that are use along this work and applied to compression ignition engines have been focused on aftertreatment systems, and more precisely on the diesel oxidation catalysts and diesel particle filters. Thus, the influence of the placement of these systems in the exhaust line over pollutants emissions has been analyzed. Following in the field of diesel particle filters, the analysis of the influence of pre-DPF water injection strategy on pollutants compounds has been carried out. On the other hand, concerning spark ignition engines, the influence of low pressure EGR strategy in a turbocharged direct injection engine on pollutant emission, and the efficiency of the aftertreatment system incorporated (three way catalyst) has been studied. Through these works it has been possible to determine the effects of different emission control techniques on pollutant compounds, establishing the advantages and disadvantages of each one and, as a results, proposing how to continue the development of these strategies. / [ES] Hoy en día, el desarrollo y mejora de los MCIA está especialmente forzado por la reducción en el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. Estas reducciones están motivadas debido al agotamiento de las reservas mundiales de combustibles fósiles y el aumento de los problemas de salud y medioambientales que se han ido reportando a lo largo de los años. Las actuales regulaciones anticontaminación están obligando a los constructores a incluir diferentes tecnologías que permitan la reducción de la emisión de compuestos nocivos y el cumplimiento de los límites máximos establecidos. En este sentido, los sistemas de post-tratamiento en la línea de gases de escape se han convertido en la solución comúnmente empleadas en todas las arquitecturas de motores existentes para la reducción de dichos compuestos; aunque también se están desarrollando diversas estrategias que afectan directamente al proceso de combustión, tales como los sistemas de recirculación de gases de escape, o nuevos modos de combustión, que buscan este fin. Esta tesis tiene como objetivo principal la evaluación experimental de las emisiones (CO, HC, NOx, PM y PN) que se obtienen a través del uso de nuevas estrategias emergentes para la reducción de contaminantes en MCIA. En este contexto, este trabajo también contempla el desarrollo de una metodología que permita la evaluación y estimación de la concentración hollín emitido durante condiciones de operación dinámicas de motor. Por un lado, las estrategias analizadas en esta tesis aplicadas a motores de encendido por compresión han estado centradas en los sistemas de post-tratamiento; concretamente, en los DOC y DPF. Así pues, se ha analizado la influencia sobre las emisiones contaminantes de la arquitectura de estos sistemas en la línea de escape, situándolos aguas arriba de la turbina de sobrealimentación, en configuración conocida como pre-turbo. Siguiendo con el campo de los DPFs, también se ha llevado a cabo el análisis de la influencia de la estrategia de inyección de agua en este sistema sobre las emisiones contaminantes con este tipo de motor. Por otro lado, y concerniente a las motorizaciones MEP, se ha estudiado la influencia de la estrategia de EGR sobre las emisiones de un motor turboalimentado y de inyección directa, así como sobre el sistema de post-tratamiento que incorpora (TWC). A través de estos trabajos se han podido evaluar los efectos de diferentes técnicas de control de emisiones, estableciendo las ventajas e inconvenientes de cada una de ellas y proponiendo finalmente como continuar el desarrollo de las mismas. / [CAT] En l'actualitat, el desenvolupament i millora dels MCIA està especialment forçat per la reducció del consum de combustible i les emissions contaminants. Aquestes reduccions estàn promogudes per l'esgotament de les reserves mundials de combustibles fòssils i l'augment dels problemes de salut i medioambientals que s'han produït durant el últims anys. Les actuals regulacions anticontaminants han fet que els fabricants incloguen distintes tecnologies que permeten la reducció de l'emissió de compostos nocius i el compliment dels límits màxims establerts. En aquest sentit, els sistemes de post-tractament en la línia dels gasos d'escapament s'han convertit en la solució més utilitzada en totes les arquitectures de motors existents per a la reducció dels compostos mencionats anteriorment; encara que també estàn desenvolupant-se diverses estratègies que afecten directament al procés de combustió, com son els sistemes de recirculació de gasos d'escapament, o nous tipus de combustió, que busquen aquest fi. Aquesta tesi té com a objetiu principal l'avaluació experimental de les emissions (CO, HC, NOx, PM y PN) que s'obtenen a través de l'ús de noves estratègies emergents per a la reducció de contaminants en MCIA. En aquest context, el treball també contempla el desenvolupament d'una metodologia que permeta l'avaluació i estimació de la concentració de sutja emés durant condicions d'operació dinàmiques del motor. Per una banda, les estratègies analitzades en aquesta tesi aplicades a motors d'encesa per compressió han estat centrades en els sistemes post-tractament; concretament, en els DOC i DPF. Així doncs, s'ha analitzat la influència sobre les emissions contaminants de l'arquitectura d'aquestos sistemes en la línia d'escapament, situant-los aigües amunt de la turbina de sobrealimentació, en configuració coneguda com pre-turbo. Seguint amb el camp dels DPF, també s'ha dut a terme l'anàlisi de la influència de la estrategia d'injeccio d'aigua en aquest sistema sobre les emissions contaminants amb aquest tipus de motor. Per altre costat, pel que concerneix a les motoritzacions MEP, s'ha estudiat la influència de l'estratègia de EGR sobre les emissions d'un motor turboalimentat i d'injecció directa, així com sobre el sistema de post-tractament que incorpora (TWC). Mitjançant aquests treballs s'han pogut avaluar els efectes de diferents tècniques de control d'emissions, establint els avantatges i inconvenients de cadascuna d'elles i propossant finalment com continuar amb el desenvolupament de les mateixes. / Campos Navarro, D. (2016). Estudio de las emisiones de escape en motores de combustión interna alternativos utilizando diferentes sistemas de control de contaminantes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64066 / TESIS

Resumen de la tesis A pesar del desarrollo en el post-tratamiento de los NOx en motores Diesel, el EGR (Recirculación de los Gases de Escape) continúa siendo una solución efectiva desde el punto de vista técnico y económico para cumplir las normativas anti-contaminantes presentes y futuras. Con el uso generalizado de los filtros de partículas, las desventajas tradicionales de los sistemas de EGR de baja presión, esto es, la durabilidad del compresor y el intercooler , se han reducido. Además, los sistemas de EGR de baja presión han adquirido un considerable interés recientemente por permitir llevar a cabo altas tasas de EGR manteniendo bajas temperaturas de admisión. Si bien la bibliografía acerca de los efectos de la recirculación de gases de escape en la combustión y las emisiones de los motores Diesel es particularmente extensa, poco hay publicado acerca de los efectos del EGR en los procesos de renovación de la carga, especialmente cuando se emplean circuitos de EGR de baja presión. Por este motivo, en esta tesis se examinan los efectos de ambos sistemas de EGR (alta y baja presión) en los procesos de renovación de la carga y en la sobrealimentación. En lo que respecta al impacto de la arquitectura del sistema de EGR en el proceso de renovación de la carga, el estudio se centrará tres factores principales: la capacidad de ambas arquitecturas para introducir masa en los cilindros, evaluada a partir del gasto de aire y la tasa de EGR, la eficiencia del proceso de renovación de la carga, determinada por el trabajo de bombeo, y finalmente, la capacidad de ambos sistemas de distribuir homogéneamente el EGR entre cilindros. En lo concerniente a los efectos de la configuración del sistema de EGR en la sobrealimentación, en este trabajo se evalúan los efectos de los diferentes gastos a través de turbina y compresor, el acoplamiento que aparece entre los sistemas de EGR y TGV, y algunas estrategias de control del EGR y la turbina. Puesto que la condensación de es / Plá Moreno, B. (2009). Análisis del proceso de la recirculación de los gases de escape de baja presión en motores Diesel sobrealimentados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4782 / Palancia

[ES] El creciente uso de la recirculación de gases de escape durante los últimos años debido a su impacto en la reducción de las emisiones NOx y a la alta demanda de soluciones por parte de los nuevos ciclos de homologación para reducir emisiones, ha provocado la necesidad de estudiar en profundidad el sistema de recirculación de gases de escape para su uso de forma continua y con independencia de las condiciones ambientales. Debido a esta necesidad y sabiendo que el principal problema de su uso en el ciclo de baja presión es la condensación generada que provoca el desgaste del rodete del compresor. Ha hecho necesaria la investigación en profundidad de esta técnica para conocer, entender y predecir la condensación durante el uso de la recirculación de gases de escape de baja presión. Este trabajo se ha centrado en generar, mejorar y validar los modelos de predicción de condensados, así como de desarrollar técnicas experimentales que validaran y sirivieran para entender mejor el fenómeno de la condensación, con la visión puesta en calcular la condensación en ciclos completos de homologación. Respecto al trabajo experimental de esta tesis, se han centrado los esfuerzos en medir la condensación generada en el intercambiador de calor de la línea de recirculación de gases de escape de baja presión para diferentes condiciones, simulando un arranque en frío de motor. Otro de los puntos que se ha estudiado, ha sido la condensación a la salida de la unión en la que se mezcla la recirculación de gases de escape de baja presión con el aire del ambiente proveniente de la entrada del motor. Desarrollando nuevas metodologías para la medida experimental mediante técnicas ópticas y medidas indirectas de la condensación por mezcla. En cuanto al trabajo de modelado de la condensación, se ha investigado sobre dos grandes líneas. La primera ha sido el desarrollo de modelos 0D para el cálculo de la condensación en el intercambiado de calor de la línea de recirculación de gases de escape y la verificación experimental del modelo de condensación 3D-CFD desarrollado previamente a esta tesis. El segundo punto ha consistido en el desarrollo y aproximación de nuevas metodologías mediante métodos estadísticos de la reducción de la complejidad en el cálculo de la condensación, reduciendo el número de dimensiones necesarias para calcular de forma realista la condensación en un tiempo reducido. Esto ha posibilitado el cálculo de la condensación producida en ciclos de homologación y su posterior estudio mediante análisis de sensibilidad a diferentes condiciones, estimando una duración del rodete del compresor antes de sufrir desgaste debido a la erosión con el agua. / [CA] El creixent ús de la recirculació de gasos d'escapament durant els últims anys a causa del seu impacte en la reducció de les emissions NOx i a l'alta demanda de solucions per part dels nous cicles d'homologació per a reduir emissions, ha provocat la necessitat d'estudiar en profunditat el sistema per al seu ús de manera contínua i amb independència de les condicions ambientals. A causa d'aquesta necessitat i sabent que el principal problema del seu ús és la condensació generada que provoca el desgast del rodet del compressor, ha fet necessària la seua investigació en profunditat per conéixer, entendre i predir la condensació per l'ús de la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió. Aquest treball s'ha centrat en generar i millorar els models de predicció de condensats així com de desenvolupar tècniques experimentals que validaren i serviren per entendre millor el fenomen de la condensació, amb l'objectiu d'estimar la condensació en cicles complets d'homologació. Respecte al treball experimental d'aquesta tesi, s'han centrat els esforços a mesurar la condensació generada a l'intercanviador de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió per a diferents condicions simulant una arrancada en fred de motor. Un altre dels punts que s'ha estudiat ha sigut la condensació a l'eixida de la unió en la qual es mescla la recirculació de gasos d'escapament de baixa pressió amb l'aire fresc que prové de l'entrada del motor, desenvolupant noves metodologies per a la mesura experimental mitjançant tècniques òptiques i mesures indirectes de la condensació per mescla. Quant al treball de modelatge de la condensació, s'ha investigat sobre dues grans línies. La primera ha sigut el desenvolupament de models 0D per al càlcul de la condensació a l'intercanviat de calor de la línia de recirculació de gasos d'escapament i la verificació experimental del model de condensació 3D-CFD desenvolupat prèviament a aquesta tesi. El segon punt ha consistit en el desenvolupament i aproximació de noves metodologies mitjançant mètodes estadístics de la reducció de la complexitat en el càlcul de la condensació, reduint les dimensions necessàries per a calcular de manera realista la condensació en un temps reduït. Això ha possibilitat el càlcul de la condensació produïda en cicles d'homologació i el seu posterior estudi mitjançant anàlisi de sensibilitat a diferents condicions. / [EN] The increasing use of the exhaust gas recirculation during the last years due to the impact reduction on the NOx emissions and the high demand on solutions to fulfill the homologation restrictions has revealed the need of studying deeply the system to operate continuously and independently of the boundary conditions. As a consequence of this and knowing that the main drawback of employing the low pressure exhaust gas recirculation is the condensation generation that causes erosion on the compressor impeller, research is required to understand and to predict the condensation during the exhaust gas recirculation activation. This work has been focused on generating and improving the modelling condensation prediction; and also, the development of experimental techniques that validates the proposed models for calculating the condensation water at cold warm-up homologation cycles. Concerning the experimental work presented on the thesis, the eorts has been focused on the condensation measurements in two dierent locations. On one hand, on the low pressure exhaust gas recirculation cooler, changing inlet conditions while simulating warm-up conditions on an engine. On the other hand, the condensation has been measured at the three-way junction outlet where the exhaust gas recirculation is mixed with fresh air coming from the ambient. Also, novel methodologies has been developed for measuring with optical techniques and with indirect measurements the mixing condensation. In terms of the condensation modeling, this thesis has been based in two main topics. The first topic regarding modeling was a 0D condensation model for calculating the condensation on heat exchangers and in particular, on low pressure exhaust gas recirculation coolers. Following this topic, it has been a quantitative validation of a 3D-CFD condensation submodel by means of experimental measurements. The second topic has been centered on developing new statistical methodologies for reducing the condensation calculation complexity on multi-dimensional simulations and reducing multi-fidelity parameters with the reduction of the computational cost. These methodologies have allowed to calculate the condensation on homologation cycles and to perform sensitivity analysis with different conditions. / The respondent wishes to acknowledge the financial support received through contract FPI-GVA-ACIF-2019 grant of the Government of Generalitat Valenciana and the European Social Fund. The equipment used in this work and the inter- national stay has been partially supported through the following project: • Project grant number GV/2020/008 of the “Conselleria de Innovación, Uni- versidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” • Grant for the international stay number BEFPI-2020 of the “Conselleria de Innovación, Universidades, Ciencia y Sociedad Digital de la Generalitat Valenciana” and the European Social Fund / Moya Torres, F. (2022). Experimental analysis and multidimensional modeling of water condensation due to low-pressure exhaust gas recirculation activation during engine cold starts [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/187990 / TESIS

[ES] Teniendo en cuenta la cantidad de motores de combustión interna que se encuentran en activo actualmente, y sus potenciales emisiones de contaminación si se realizaran de forma incontrolada por el parque automovilístico, las normativas internacionales son cada vez más estrictas en cuanto a la cantidad de gases perjudiciales para el medio ambiente que pueden emitir dichos motores de manera unitaria. Debido a ello, se han ido desarrollando e implantando técnicas de reducción de contaminantes como el downsizing en el cual se reduce el tamaño del motor para reducir el consumo, la implantación de motores híbridos y la Recirculación de Gases de Escape. Esta técnica de recirculación puede abordarse de dos maneras alternativas: la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Larga inyecta dichos gases antes del compresor, mientras que la Recirculación de Gases de Escape de Ruta Corta (o alta presión) los reinyecta después del compresor, en el mismo colector de admisión del motor. Dado que en ambas configuraciones se produce una inyección directa del flujo recirculado en la corriente principal, en el presente trabajo se propone un estudio numérico de la mezcla entre las corrientes de aire y gases recirculados usando un software comercial de mecánica de fluidos computacional (STAR-CCM+). En la configuración de Ruta Larga se ha propuesto en primer lugar estudiar el efecto en los parámetros globales del compresor de una entrada heterogénea compuesta por aire y gases de escape. Para ello, se han analizado 9 puntos de funcionamiento distintos, tratando de abarcar el mapa completo del compresor centrífugo con una tasa de inyección constante. Se ha demostrado, por un lado, la necesidad de un esquema transitorio de cálculo para la obtención de resultados confiables en todo el dominio del compresor. Por otro lado, se ha demostrado que, con tasas de penetración de flujo estándar, la inyección de gases recirculados no tiene un impacto reseñable en las prestaciones del compresor, con excepción de la zona de bombeo. En segundo lugar, se ha desarrollado un diseño numérico de experimentos en configuración de Ruta Larga con el objetivo de encontrar correlaciones entre la condensación generada en dichas uniones (la cual puede aparecer bajo ciertas condiciones de operación del motor) y la mezcla entre las corrientes de aire y gases de escape. Se ha demostrado que la penetración de los gases en la corriente principal es un factor clave en la condensación generada, aumentando la cantidad de mezcla entre ambas corrientes. En la configuración de Ruta Corta se han realizado estudios de configuración numérica tratando de estudiar la influencia de factores como malla, tamaño del paso temporal y modelos de turbulencia en la distribución final de los gases de escape entre los diferentes cilindros del motor. Se ha demostrado que los submodelos RANS pueden predecir la mayor parte de puntos de operación tanto en variables medias como instantáneas comparando resultados numéricos con mediciones experimentales. Fijando una configuración numérica, posteriormente se han analizado diferentes mezcladores en colectores de motores de 4 y 6 cilindros, demostrando la aplicabilidad de los índices de mezclado desarrollados y cuantificando la influencia de los diferentes efectos físicos que influyen en la distribución y mezcla de los gases de escape en la corriente principal. / [CA] Tenint en compte la quantitat de motors de combustió interna que es troben en actiu actualment, i les seues potencials emissions de contaminació si es realitzaren de manera incontrolada pel parc automobilístic, les normatives internacionals són cada vegada més estrictes quant a la quantitat de gasos perjudicials per al medi ambient que poden emetre aquests motors de manera unitària. A causa d'això, s'han anat desenvolupant i implantant tècniques de reducció de contaminants com el downsizing en el qual es redueix la grandària del motor per a reduir el consum, la implantació de motors híbrids i la Recirculació de Gasos de Fuita. Aquesta tècnica de recirculació pot abordar-se de dues maneres alternatives: la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Llarga injecta aquests gasos abans del compressor, mentre que la Recirculació de Gasos de Fuita de Ruta Curta (o alta pressió) els reinjecta després del compressor, en el mateix collector d'admissió del motor. Atés que en totes dues configuracions es produeix una injecció directa del flux recirculat en el corrent principal, en el present treball es proposa un estudi numèric de la mescla entre els corrents d'aire i gasos recirculats usant un programari comercial de mecànica de fluids computacional (STAR-CCM+). En la configuració de Ruta Llarga s'ha proposat en primer lloc estudiar l'efecte en els paràmetres globals del compressor d'una entrada heterogènia composta per aire i gasos de fuita. Per a això, s'han analitzat 9 punts de funcionament diferents, tractant d'abastar el mapa complet del compressor centrífug amb una taxa d'injecció constant. S'ha demostrat, d'una banda, la necessitat d'un esquema transitori de càlcul per a l'obtenció de resultats de confiança en tot el domini del compressor. D'altra banda, s'ha demostrat que, amb taxes de penetració de flux estàndard, la injecció de gasos recirculats no té un impacte ressenyable en les prestacions del compressor, amb excepció de la zona de bombament. En segon lloc, s'ha desenvolupat un disseny numèric d'experiments en configuració de Ruta Llarga amb l'objectiu de trobar correlacions entre la condensació generada en aquestes unions (la qual pot aparéixer sota unes certes condicions d'operació del motor) i la mescla entre els corrents d'aire i gasos de fuita. S'ha demostrat que la penetració dels gasos en el corrent principal és un factor clau en la condensació generada, augmentant la quantitat de mescla entre tots dos corrents. En la configuració de Ruta Curta s'han realitzat estudis de configuració numèrica tractant d'estudiar la influència de factors com a malla, grandària del pas temporal i models de turbulència en la distribució final dels gasos de fuita entre els diferents cilindres del motor. S'ha demostrat que els submodelos RANS poden predir la major part de punts d'operació tant en variables mitjanes com instantànies comparant resultats numèrics amb mesuraments experimentals. Fixant una configuració numèrica, posteriorment s'han analitzat diferents mescladors en col·lectors de motors de 4 i 6 cilindres, demostrant l'aplicabilitat dels índexs de barrejat desenvolupats i quantificant la influència dels diferents efectes físics que influeixen en la distribució i mescla dels gasos de fuita en el corrent principal. / [EN] Considering the amount of internal combustion engines (ICEs) existing nowadays, and the pollutants that they could potentially emit, it is no surprise that international standards are getting increasingly severe regarding the allowed limits of pollutants that can be released by such engines. For this reason, different techniques have been developed in order to diminish pollutants, as downsizing in which the engine size is reduced to decrease the consumption, the hybridation of engines and the exhaust gases recirculation (EGR). This recirculation technique can be addressed by 2 different paths: Low Pressure EGR (LP-EGR) which reintroduce the exhaust gases before the compressor, while High Pressure EGR (HP-EGR) injects exhaust gases after the compressor in the intake manifold. Since both configurations deal with a direct injection of the recirculated flow in the main stream, in the present work a numerical study of the mixing between air and EGR flows is proposed, using a commercial code of computational fluid dynamics (STAR-CCM+). In LP-EGR configuration has been proposed the study of the influence of a heterogeneous inlet (composed by air and exhaust gases) on the main performance of a centrifugal compressor. To do that, 9 different operating points have been analyzed, trying to cover the whole map of the compressor with a constant injection rate. It has been demonstrated the necessity of a transient scheme for obtaining reliable results in the complete domain of the compressor. On the other hand, it has been proved that, with standard penetration rates of the flow, EGR do not have a remarkable impact in the performance of the compressor, besides the surge zone. In LP-EGR scheme, a numerical design of experiments has been developed with the aim to find correlations between the generated volume condensation (which can appear under some operating points of the engine) and the mixing between air and exhaust gases. It has been proved that the penetration of the EGR in the main stream is a key factor in volume condensation, increasing the amount of mixing between the streams. In HP-EGR configuration, different studies of numerical configuration have been conducted trying to find the influence of factors like mesh, time-step size, and turbulence models in the final distribution of exhaust gases between the cylinders of the engine. RANS submodels have demonstrated that can predict most of the operating points both average and instantaneous variables in comparison with experimental measurements. After that, fixing a numerical setup, different mixers in 4 and 6 cylinder manifolds have been calculated, showing the applicability of the developed mixing indexes, and quantifying the influence of the different physical effects that can influence in the mixing and distribution between air and exhaust gases streams. / García Olivas, G. (2021). Numerical study of EGR mixing and distribution in a piston engine intake line [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179406 / TESIS