En el presente trabajo se realiza un análisis fluido dinámico y energético de la micro – turbina de gas J66 – 8, para determinar velocidades, presiones y variación de densidades, así como también la evolución de la temperatura y entalpía del aire en cada etapa de la micro – turbina, pero cambiando el combustible tradicional con el que funciona, Jet A1, el cual es un hidrocarburo, un combustible hecho a base de carbono; por un combustible de cero emisiones de carbono en su combustión y con un mayor poder calorífico que cualquier otro, el hidrógeno. Se explica también que, para generar el mismo empuje en el micro – turbina, generado con el Jet A1, se necesita menos cantidad de hidrógeno, y además no hay necesidad de cambiar el material original de los componentes, ya que estos soportan la temperatura que se alcanza en la combustión de hidrógeno. / Tesis

Memoria para optar al título profesio nal de Ingeniero Agrónomo. Mención: Producción Animal

El tema de este trabajo de título fue fabricar un material compuesto cerámico ferroso rico en TiB2 a partir de ferro aleaciones, mediante síntesis por combustión (CS) asistida por metalotermia, bajo una atmósfera de argón. Las materias primas utilizadas fueron ferro aleaciones de boro y titanio, y como material termítico aluminio en polvo y óxido de hierro (magnetita). Las ferro aleaciones y la magnetita se molieron hasta un tamaño de polvo de 63 µm, para luego ser compactadas a una presión de 550 [MPa], aproximadamente. Posteriormente, el compacto de polvos fue calentado y colocado sobre un disco de una aleación de Cu-25%pNi, con la intención de usarlo como material de aporte o infiltrante, ubicado, a su vez, sobre un sustrato de acero; todo lo anterior estaba dentro de un horno con atmósfera de argón, en el cual se produjo la reacción exotérmica. El material se caracterizó mediante microscopía óptica y electrónica de barrido, difracción de rayos X (DRX), ensayo de desgaste, medición de micro y macrodureza. Las micrografías ópticas mostraron una gran porosidad. También se observó una zona de alta densificación, se estableció que ésta se debió al escurrimiento de fases líquidas de las ferro aleaciones, y no a la infiltración del metal de aporte como se esperaba en un principio. Los perfiles de microdureza mostraron un rápido endurecimiento desde el centro hacia la superficie de la probeta, teniendo una microdureza promedio de 1111 ± 164 HV0,1. Las mediciones de macrodureza Rockwell entregaron valores promedio de 29 y 40 HRA en el centro y en la superficie de las probetas respectivamente. El ensayo de desgaste entregó tasas de pérdida de material en el rango 0,20-1,21 [mg/m]. Los análisis de DRX del material producido detectaron la presencia de TiB2, Al2O3 y Fe puro, así como óxidos de titanio y aleaciones de aluminio. Se concluyó que es factible utilizar metalotermia para asistir térmicamente la CS de las mezclas de polvos utilizadas para producir el material compuesto considerado. Sin embargo, se recomienda utilizar un material termítico que reaccione después de iniciada la CS de las ferro aleaciones, para intentar la infiltración deseada.

Este estudio tiene como propósito entender el fenómeno de la producción de partículas de hollín en la combustión de una llama de difusión, centrándose principalmente en el estudio de la combustión de gas obtenido de la pirólisis de biomasa vegetal sólida. Como parte de la técnica experimental se implementó un banco experimental que permita la evaluación de estas características en una llama de difusión laminar generada a partir de etileno y aire con distintas concentraciones de oxígeno, en un quemador axisimétrico tipo Guelder. Como antecedente, puede decirse que el hollín es uno de los principales contaminantes que se generan en el proceso de combustión y además, una de las principales fuentes de radiación de la llama. Complementariamente, este mecanismo de transferencia de calor tiene directa relación con la estructura de la llama y actualmente se piensa que es el responsable del fenómeno de extinción de llama (Quenching). Se realizaron mediciones que permiten obtener la distribución local de la temperatura y la fracción en volumen de hollín mediante la aplicación de la técnica de diagnóstico no intrusiva MAE (Modulated Absorption/Emission), utilizando longitudes de onda en el rango visible. En el caso de la temperatura, se realizó una evaluación indirecta de ésta a partir de la medición de la intensidad de la radiación del hollín a dos longitudes de onda distintas. La fracción en volumen de hollín se evaluó en base a las mediciones en una longitud de onda. Se encontró que la temperatura de la llama aumenta de manera proporcional con el contenido de oxígeno en el aire, para un mismo flujo de combustible. De los campos y perfiles de temperatura obtenidos, es posible identificar las zonas de máxima temperatura en la llama y ubicarlas en la zona central de ésta. Con respecto a la fracción en volumen de hollín, esta también aumenta con proporcionalmente con el contenido de oxígeno en el oxidante, encontrándose además que los máximos locales en cada nivel están correlacionados positivamente con las temperaturas máximas alcanzadas. De manera general, se encontró que las mayores concentraciones de hollín en la zona basal de la llama se ubican en los costados de ésta, mientras que en la zona central y superior de ésta las zonas de mayor concentración se ubican en el centro de la llama con respecto al eje de simetría. En conclusión, se encontró que la cantidad de oxígeno en el aire juega un rol importante en la temperatura de la llama y la fracción en volumen de hollín producida por ésta. Se encontró una proporcionalidad directa entre el porcentaje de oxígeno y la temperatura y fracción en volumen de hollín. Más aún, la existencia de una correlación entre los máximos de temperatura y los de fracción en volumen de hollín revalida la afirmación hecha en los antecedentes donde se señala al hollín como una de las grandes fuentes de radiación de la llama. Con respecto a la técnica, se demostró su efectividad como método de diagnóstico rápido y preciso, no siendo necesario en este caso, dada la estabilidad de la llama, una modulación a altas frecuencias.

Ingeniero Civil / Siendo Chile un país aventajado en la obtención y por ende producción de piezas de madera con fines constructivos y estructurales, llama la atención que se encuentre poca información normativa referente a su comportamiento frente al fuego. Si bien existe estandarización de ensayos para componentes que incorporan este material, no la hay en lo referente a la determinación de la velocidad de penetración del proceso de carbonización hacia el interior de las piezas de madera desde la o las caras expuestas a fuentes de calor importantes. El diseño de elementos de madera con resistencia al fuego se realiza a partir de datos y normativas extranjeras, las que en muchos casos responden a las propiedades de los materiales que se disponen en la región correspondiente. El objetivo de este trabajo de título es proponer una secuencia coherente de procedimientos de carácter normativo que permitan determinar la velocidad de carbonización en elementos de madera laminada encolada, específicamente de pino radiata, dada su importancia a nivel forestal y comercial en nuestro país. El método planteado se realiza sobre la base de antecedentes y estructuraciones de ensayos obtenidos de una revisión de bibliografía internacional, tratando de asemejar algunas de las condiciones en que se efectúan y empleando la tecnología disponible en nuestro medio para su cometido. Los procedimientos aplicados se han calibrado por medio de ensayos exploratorios, aplicándose correcciones cuando ha parecido pertinente, y han permitido estimar valores de las tasas de carbonización que podrían utilizarse en los métodos analíticos de diseño y verificación al fuego de piezas de madera laminada encolada de Pino radiata.

Las estrategias de combustión de baja temperatura han sido el foco de diversos estudios con el fin de lograr una combustión en un motor Diesel más limpia en términos de emisión de contaminantes. En sus diversas variantes pueden presentar mejoras respecto principalmente a las emisiones de NOX y hollín, pero presentan limitación en cuanto a grado de carga y ruido de la combustión. Hace unos años, se presentó un nuevo concepto de combustión Diesel de baja temperatura (LTC) que confirma una reducción simultánea de NOX y hollín, manteniendo las características de una combustión por difusión. Esta nueva modalidad, desarrollada entonces en una cámara de combustión a volumen constante, consistía en crear un ambiente con baja temperatura y baja concentración de oxígeno en el aire combinado con el uso de alta presión de inyección y toberas con diámetro de orificios reducidos. De esta forma, se consiguió reducir la temperatura adiabática de llama y aumentar el englobamiento de aire aguas arriba de la longitud de lift-off, evitando la formación de los dos contaminantes simultáneamente. El objetivo de esta tesis ha consistido en trasladar esta nueva tecnología de combustión LTC por difusión a un motor convencional de baja cilindrada unitaria, enfrentando los obstáculos que surgen cuando se aplica el concepto a un motor real, como el choque de pared, la dificultad en controlar las condiciones del ambiente dentro del cilindro y el acortamiento de la longitud de lift-off, que reduce el englobamiento de aire en la llama. En la primera parte, se ha buscado lograr la combustión LTC estrictamente por difusión en dos motores de características geométricas diferentes y entender las influencias de los parámetros termodinámicos del gas en el cilindro, como la concentración de oxígeno, la temperatura y la densidad. Finalmente, se ha explorado cómo los parámetros relacionados con el diseño y funcionamiento del sistema de inyección, tales como el diámetro del orificio de la tobera, número de orificios y presión de inyección, podrían mejorar el proceso de combustión, con el objetivo de extender el rango de combustión LTC. Los resultados muestran el potencial de este concepto de combustión, habiéndose obtenido emisiones de NOX y hollín prácticamente nulas, con una penalización en la presión media indicada poco importante. Sin embargo hay algunos aspectos de este concepto de combustión que deben ser mejorados para poder implementar su utilización en motores de serie, algunos de los cuales son expuestos en esta tesis. / Jorge Amorim, R. (2010). COMBUSTIÓN POR DIFUSIÓN DE BAJA TEMPERATURA EN MOTORES DIESEL DE PEQUEÑA CILINDRADA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8951

En los últimos años, dentro del marco de los motores de encendido por compresión, el número de investigaciones centradas en el desarrollo y estudio de nuevos modos de combustión de baja temperatura premezclados ha sido ingente. Dichos modos presentan indudables ventajas respecto a los modos convencionales de combustión Diesel por difusión, sobre todo en cuanto a la reducción de emisiones contaminantes, especialmente de NOx y hollín características de estos motores. No obstante, dichos nuevos conceptos también presentan diversas problemáticas no resueltas hasta el momento. Fundamentalmente, estas derivan del control sobre el proceso de combustión, ya que son las condiciones termodinámicas en el interior de la cámara de combustión las que determinan el momento de encendido y por tanto las prestaciones y emisiones asociadas al mismo. Este hecho implica graves problemas con respecto al control del inicio y de la liberación de la energía en el ciclo motor, así como también un estrecho rango de operación en donde los modos de combustión de baja temperatura, tanto homogéneos como premezclados, son funcionales. Con la finalidad de paliar y reducir estas limitaciones, la presente tesis propone como objetivo principal contribuir a la reducción de las diferentes desventajas derivadas del control de los procesos de combustión parcialmente premezclados así como a mejorar el conocimiento de los procesos físico químicos involucrados en los mismos. En primer lugar, se propone ampliar los conocimientos que existen en la actualidad en cuanto a la variación de la reactividad del combustible en procesos de combustión parcialmente premezclados como estrategia para aumentar el control y modulación sobre el modo de combustión. Para ello se plantea un estudio y caracterización de los principales fenómenos (inyección, mezcla y autoencendido) derivados del uso de la gasolina en motores de encendido por compresión de inyección directa y mediante la utilización de un sistema common rail de alta presión. Derivados de estos estudios se presentan las principales diferencias encontradas en los procesos de inyección entre el Diesel y la gasolina debidos principalmente a las diferencias en densidad y viscosidad. También se observa que en los resultados de cantidad de movimiento, penetración y ángulo del chorro las diferencias son mínimas, existiendo por el contrario una gran diferencian en la longitud liquida entre ambos combustibles en condiciones evaporativas. Los estudios del proceso de mezcla muestran como, en condiciones de premezcla parcial donde los transitorios sobre el proceso de inyección son importantes, los resultados son similares para el Diesel y la gasolina. / Domenech Llopis, V. (2013). Estudio de nuevas estrategias para el control de la combustion en modos parcialmente premezclados en motores de encendido por compresión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32956

La Tesis “DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA Y BRIQUETADO DE RESIDUOS DE ESPUMAS DE POLIURETANO” se presenta en forma de compendio de publicaciones y consta de un total de 6 artículos publicados en revistas de alto impacto y una patente nacional.

El presente documento expone una metodología para estudiar el proceso de la combustión a través de la señal de presión al interior de un cilindro (pcil), procesada digitalmente, registrada en un motor Diesel - de aplicación industrial - instalado en un banco de pruebas. La señal de presión se obtuvo a través de un sensor piezoeléctrico que registró varios ciclos termodinámicos para cada ensayo realizado a distintos regímenes de giro y diferentes grados de carga (desde la condición de vacío hasta plena carga) identificando los puntos de funcionamiento más estables y más inestables del motor bajo ensayo. En el documento se mencionan las consideraciones necesarias, propuestas por otros investigadores, para la adecuada medición de la señal de pcil y su respectivo procesamiento. Basados en los distintos estudios, se propone una metodología para el procesamiento de la señal de pcil con la finalidad de eliminar el error aleatorio y sistemático presente en la señal de presión; este objetivo se logró a través del promediado y filtrado de una muestra definida de ciclos termodinámicos. Para la etapa del promediado se aplicaron conceptos de estadística inferencial para definir la precisión de la muestra de los datos adquiridos. La etapa del filtrado redujo el ruido alojado en alta frecuencia obteniendo como resultado una menor variabilidad en la señal de pcil. La principal motivación del presente trabajo experimental consistió en obtener la caracterización del fenómeno de la combustión a través de la evolución de la curva de tasa del calor liberado. Los resultados del procesamiento de la señal muestran consistencia con los estudios experimentales de otros autores y proyecta la posibilidad futura de emplearse para el análisis de la combustión y de los parámetros indicados utilizando combustibles alternativos, con el fin de emplear diversas estrategias de control para evaluar el rendimiento térmico del motor y la generación de productos de la combustión al medio ambiente a distintas condiciones de operación. / The present document introduces a methodology for the combustion analysis through the in-cylinder pressure (pcyl), digitally processed, acquired from an industrial application diesel engine mounted in a test bench. The pressure signal was acquired through a piezoelectric sensor that recorded several thermodynamic cycles for each test performed at a different speed and load engine (from no-load to full load condition) identifying the most stable and the most unstable engine operation conditions. The document indicates the necessary considerations proposed by other researchers for the adequate measurement of pcyl and its respective processing. Based on the different papers, a methodology for the pcyl signal processing is proposed in order to eliminate the random and systematic error present in the pressure signal. This was achieved through the averaged and filtered of a defined sample of thermodynamic cycles. For the averaging stage, inferential statistics concepts were applied to define the sample accuracy of the acquired data. The filtering stage contributes to obtaining a high-quality of the net heat released rate curve (NHRR) that allowed identify the different combustion phases. The digital processing of the signal reduced the noise located in high frequency and provide a lower variability in the calculations related to NHRR. The main motivation of the present experimental paper was to obtain the characterization of the combustion phenomenon through the evolution of the heat released rate calculated from the filtered signal of the indicated pressure acquired by a piezoelectric sensor. The results of the signal processing show consistency with the experimental studies of other authors and projects the future possibility of being used for the indicated parameters analysis using alternative fuels, in order to applied different combustion control strategies to evaluate the thermal performance of the engine and combustion emission products release to the environment at different engine operation conditions.

Los motores de combustión interna (MCI) se caracterizan por ser agentes emisores de gases de efecto invernadero, los cuales tienen un impacto negativo sobre el medio ambiente, por lo que en la actualidad resulta necesario lograr mejorar la eficiencia mediante la reducción del consumo de combustible en este tipo de equipos. En tal sentido, el presente trabajo tiene como propósito desarrollar investigaciones que posibiliten mejorar la eficiencia y reducir la contaminación ambiental de los motores de combustión interna mediante el desarrollo de estrategias efectivas de control automático. Es por ello que en el presente trabajo se desarrolla el diseño de un controlador basado en un predictor de Smith discreto para el control efectivo de la velocidad de un motor de combustión interna (MCI), marca Nissan, modelo GA-15. En el trabajo se realiza un estudio sobre el estado del arte de los sistemas de control de los motores de combustión interna. Mediante la aplicación de las herramientas de identificación de sistemas se obtiene un modelo matemático discreto de este tipo de plantas. Se realiza el diseño de un sistema de control de la velocidad de giro del cigüeñal de un MCI marca Nissan modelo GA-15 instalado en la sala de máquinas térmicas del Laboratorio de Energía – Sección de Ingeniería Mecánica – Departamento de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Finalmente, se desarrolla un análisis de robustez del sistema de control diseñado y se realiza una propuesta de implementación de dicho sistema. / Tesis