La combustión representa una de las principales fuentes de generación de energía en el mundo en la actualidad y lo seguirá siendo en los próximos años debido al creciente consumo energético mundial. A pesar de todas sus ventajas, la combustión trae consigo el problema de la contaminación ambiental, debido a los gases y partículas nocivas producidas durante las reacciones químicas. Por ello estudios continuos son requeridos para hacerla cada vez más eficiente y menos dañina para el medio ambiente y la salud humana. El presente trabajo tiene como objetivo principal estudiar llamas turbulentas difusivas en un quemador tipo bluff-body usando herramientas computacionales de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto. El modelamiento numérico es realizado utilizando abordajes del tipo Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) y Large Edyy Simulation (LES). La interacción entre las reacciones químicas y la turbulencia es descrita con los modelos de combustión Eddy Dissipation Concept (EDC) y Flamelet Progress Variable (FPV), en conjunto con el mecanismo de cinética química GRI-MECH 3.0. Modelos particulares de turbulencia considerados incluyen el modelo RANS k-omega y LES WALE. Finalmente, los resultados son comparados y validados con datos experimentales disponibles en la literatura de campos de velocidad, tensores de Reynolds y perfiles de OH. El principal aporte de este trabajo es la evaluación a detalle de los modelos de combustión EDC-RANS y FPV-LES para posteriormente determinar si pueden ser considerados en un marco numérico, actualmente en desarrollo, capaz de modelar la formación de hollín en sistemas de combustión presentando fuertes interacciones entre turbulencia, reacción química y formación de hollín.

El objetivo principal de esta investigación ha consistido en determinar y analizar el potencial de los ciclos Atkinson y Miller para reducir el nivel de emisiones contaminantes y el consumo de combustible en un motor Diesel de transporte pesado equipado con un sistema de distribución flexible tanto en condiciones de baja como de alta carga. Esta estrategia ha sido evaluada en combinación con otras más convencionales, como son el retraso en el inicio de la inyección y la reducción en la concentración de oxígeno por medio de la recirculación de gases de escape. La presente tesis se ha desarrollado bajo un enfoque que permite comprender en la medida de lo posible los fenómenos básicos involucrados en los diferentes procesos objeto de estudio, y con ello generalizar al máximo los resultados. Por lo que este análisis se ha planteado desde una perspectiva teórico-experimental combinando diferentes herramientas con el objetivo de maximizar la información. Para la consecución de este objetivo se ha seguido una estructura secuencial donde en primer lugar se ha desarrollado una metodología específica diseñada para planificar adecuadamente las condiciones de operación objeto de estudio. Posteriormente, se han caracterizado las modificaciones introducidas en las condiciones termodinámicas del gas atrapado en el interior del cilindro, sobre el que se desarrolla el proceso de combustión, al implementar tanto un ciclo Atkinson como posteriormente un ciclo Miller. En la siguiente etapa del presente trabajo de investigación se ha realizado un análisis integral del proceso de combustión Diesel, incluyendo el proceso de formación de la mezcla, las características propias del proceso de combustión, la formación de emisiones contaminantes y finalmente el rendimiento térmico para identificar la influencia que los cambios anteriores introducen en estos procesos. Por último, como etapa final se comparan entre sí las diferentes estrategias estudiadas. / Novella Rosa, R. (2009). Estudio de la influencia de los ciclos Atkinson y Miller sobre el proceso de combustión y las emisiones contaminantes en un motor Diesel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6684

Las estrategias de post inyección han sido parte activa de las soluciones utilizadas en la reducción de las emisiones contaminantes de los motores Diesel en la última década. Multitud de autores han estudiado sus efectos a lo largo de estos últimos años. El presente trabajo parte de una revisión bibliográfica de la literatura existente, de donde se puede concluir que la mayoría de los estudios realizados se enmarcan en un plano tecnológico en donde la reducción de hollín por parte de las estrategias de post inyección se revela como uno de los resultados más relevantes. Este enfoque deja en cierta medida de lado una visión más científica del asunto. Con el fin de paliar esta limitación se define como objetivo principal de la presente tesis el contribuir a una mejor comprensión de los fenómenos físicos involucrados en los procesos de combustión y formación de hollín con el uso de estrategias de post inyección. Para la consecución del objetivo marcado se ha estructurado el estudio en dos etapas en las que se han utilizado de manera conjunta fuentes de información tanto experimental como teórica. En una primera etapa se ha realizado un estudio exploratorio de los efectos del uso de las estrategias de post inyección sobre los procesos de combustión y emisiones tras el que aparecen dos fenómenos relevantes: por un lado una aceleración de la fase final del proceso de combustión y, por otro lado, una aparente desconexión entre la combustión de la inyección principal y la del pulso post que se ha dado en llamar como fenómeno de llama partida y a partir del cual se pueden explicar de manera sencilla las emisiones finales de hollín. En una segunda etapa se ha profundizado en cada uno de los fenómenos anteriormente mencionados encontrando de especial relevancia para la explicación física del fenómeno de aceleración de la combustión los efectos de mejora inducidos en el proceso de mezcla durante el transitorio inicial del proceso de inyección. / García Martínez, A. (2009). Estudio de los efectos de la post inyección sobre el proceso de combustión y la formación de hollín en motores diesel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6686

Actualmente, el mundo se enfrenta a dos crisis desde el punto de vista ambiental: la escasez de combustibles fósiles y la degradación ambiental. Según las proyecciones para el año 2020 el uso de vehículos se triplicará y así aumentara la demanda de combustible fósil y por ende, las emisiones de contaminantes. En comparación con el motor de gasolina, el motor Diesel presenta la ventaja de ser un motor más eficiente y por consiguiente, emite menos CO2. No obstante, producen elevados niveles de NOx y partículas. Para encarar estas dificultades, se han propuesto diferentes acciones. Una solución, la constituyen los avanzados conceptos de combustión Diesel. Estos conceptos, permiten reducir los niveles de NOx y partículas. Sin embargo, tienen el inconveniente de producir elevados niveles de ruido de combustión, por el empleo de inyecciones tempranas, las cuales hacen que una mayor cantidad de combustible se queme en condiciones premezcladas. Por otro lado, los combustibles alternativos han ganado gran importancia en los últimos años. Los biodiesel no sólo sobresalen por su facilidad de producción, utilización y almacenamiento, sino también por su potencial para reducir los niveles de partículas, CO, HC y CO2. Sin embargo, las emisiones de NOx aumentan en la mayoría de las condiciones de operación. Los combustibles sintéticos, también disminuyen notablemente las emisiones contaminantes, y debido a su mayor poder calorífico, reducen el consumo específico de combustible. Desde el punto de vista acústico, el ruido de combustión de los motores Diesel es uno de los aspectos más negativos, ya que constituye la principal fuente de ruido en los vehículos que emplean este tipo de motores. En los convencionales y especialmente en los nuevos conceptos de combustión Diesel, el quemado del combustible en condiciones premezcladas, provoca un aumento brusco de la presión, deteriorando de esta forma la calidad del ruido de combustión. Por tales motivos, el objetivo de esta tesis se / Mónico Muñoz, LF. (2013). Contribución al estudio del ruido de combustión en conceptos avanzados de combustión diesel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19015

Los efectos del etanol anhidro mezclado hasta 13.5 % v/v (E13.5) al combustible diésel comercial (95% v/v del diésel 2 más 5% v/v de biodiesel, D95B5) fueron investigados en un motor de encendido por compresión, sobrealimentado, seis cilindros. Para evitar la separación de fase del etanol y diésel 2 y mantener la lubricidad del combustible, se agregó aceite de ricino hasta 1.5 % v/v, aumentando el contenido del biodiésel a 6.5 % (B6.5). En total, se utilizaron tres mezclas, variando el contenido del diésel 2 a partir del 95% (D95) hasta el 80% v/v (D80), obteniéndose las siguientes composiciones: D95B5E0 (diésel 2), D85B6E9 y D80B6.5E13.5. Las pruebas experimentales fueron realizadas a condiciones estacionarias en dos regímenes de giro (1000 y 1800 rpm), dos valores de torque efectivo (80 y 160 N.m) y dos condiciones de presión del aire de admisión al ingreso del compresor (APCI de 100 y 80 kPa). Se implementó un modelo termodinámico para estudiar los parámetros asociados a la combustión. Los resultados obtenidos muestran que las mezclas conteniendo etanol y biodiésel conllevan a un adelanto del inicio de la combustión a 1000 rpm y un retraso al inicio de la combustión a 1800 rpm. El incremento de etanol y biodiésel sobre el combustible comercial no presentan influencia alguna sobre el consumo específico de combustible (sfc); sin embargo, el efecto de altitud genera un incremento del sfc hasta un 11% y 7 % a 1000 rpm y 1800 rpm respectivamente. Las emisiones específicas (EE) de NOX, CO y CO2 incrementan con el mayor consumo específico de combustible; asimismo, el efecto de altitud simulada permitió verificar que a mayor altitud ocurre un ligero incremento del sfc y de las EE de CO y CO2, junto a una reducción de las EE de NOX. A 2000 m de altitud simulada (APCI = 80 kPa), los máximos incrementos del sfc, CO y CO2, con la mezcla D80B6.5E13.5, fueron 5%, 122% y 18%, respectivamente. Y las máximas reducciones de las EE de NOX también se obtuvieron con la mezcla D80B6.5E13.5, alcanzando una disminución de hasta 6%.

Presenta el método integral de Melnikov para un sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias hamiltoniano, asociado a una perturbación uniparamétrica. Desarrolla un método para probar la existencia o no existencia de puntos homoclínicos transversales. Presenta como aplicación un estudio sobre la existencia y unicidad de una solución de tipo onda viajante para un modelo matemático en la combustión en un medio poroso.

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El incremento de la demanda de diesel, es uno de los principales problemas que viene teniendo el país, y es que el alto consumo de este combustible se encuentra principalmente en el transporte público, maquinaria pesada, generación de energía eléctrica entre otros. En este contexto, el uso de combustibles renovables y/o alternativos en motores Diesel sería una opción energética importante, ya sea para reducir el consumo del diesel tanto como disminuir su impacto ambiental. Este trabajo de tesis realizará un estudio experimental de la operación bi-combustible para el uso simultáneo de diesel y gas natural, utilizando un motor de encendido por compresión, seis cilindros, aplicación vehicular, que se encuentra en un banco de pruebas en el Laboratorio de Energía de la PUCP. Para el desarrollo del trabajo se implementó un sistema de inyección electrónica para el suministro de gas natural en el motor Diesel y el sistema de conversión Diesel/gas, de esta manera se evaluaron los puntos de la matriz de ensayos del motor, seleccionando tres regímenes de velocidad: 1400, 1600, 1800 rpm y cinco diferentes cargas: 20, 40, 60, 80, 100 Nm. Se alcanzó valores de sustitución de hasta 78,5% en la velocidad más baja y mínima carga que era lo esperado para esta experimentación, es importante mencionar que los valores de sustitución fueron limitados por la baja capacidad de flujo de los inyectores de gas utilizados. La reducción en las emisiones de NOx fueron notables para las mayores relaciones de sustitución llegando a casi una disminución del 52%, sin embargo, debido a las cargas bajas analizadas, las emisiones de CO y HC tuvieron un aumento considerable reflejando el menor aprovechamiento energético del gas natural en estas condiciones. Esto se comprobó con la caída del rendimiento efectivo. / Tesis

Los motores de combustión interna son y seguirán siendo por los próximos años la principal forma de propulsión de los distintos tipos de vehículos, es por esto que se vienen desarrollando gran cantidad de actividades a nivel mundial con el desafío de mejorar la eficiencia, reducir las emisiones contaminantes y la adecuación de combustibles alternativos que no sean derivados del petróleo. Es en este escenario que se requiere de un adecuado entendimiento del fenómeno de combustión y con ello el modelado matemático de los procesos termodinámicos que suceden en los motores. A pesar que se han realizado estudios de los motores de combustión interna desde finales del siglo XIX, el ciclo de motor, en especial el proceso de combustión es considerado de alta complejidad, ya que conlleva la coexistencia de distintos fenómenos químicos y físicos. Estos estudios abarcan la cinética química de una gran cantidad de reacciones y distintos compuestos orgánicos, flujos multi-fásicos y turbulentos, así como las características de la velocidad y forma del frente de llama, los procesos de transferencia de calor, las características físico-químicas de los combustibles y la construcción y forma de la cámara de combustión, entre otras variables de estudio. Para poder contribuir con este tipo de estudios, a partir de la década de 1960, se comenzó a desarrollar en mayor medida modelos computacionales de simulación a partir de modelos termodinámicos que se vienen estudiando desde finales del siglo XIX. El desarrollo de estos modelos computacionales ha ayudado en el desarrollo de nuevas tecnologías en los motores, así como el estudio de la influencia en el desempeño y emisiones contaminantes con el uso de distintos tipos de combustibles, incluyendo combustibles alternativos como el etanol, o el biodiesel. El desarrollo de modelos computacionales ayudan en el desarrollo preliminar de nuevos combustibles y motores, ya que reducen de manera significativa el tiempo y dinero invertidos en ensayos experimentales, por lo que se convierten en una herramienta indispensable para el trabajo de empresas, universidades e instituciones que desarrollen este tipo de tecnología a nivel mundial. En el caso del Perú, al no ser un país con industria automotriz activa, el desarrollo de estos modelos computacionales para el desarrollo de tecnología en motores de combustión es muy escaso por lo que se puede decir que el presente trabajo pretende contribuir al cambio de ese escenario en el país. El uso de biocombustibles ha aumentado considerablemente a nivel mundial en el sector transporte, con el objetivo de reducir la dependencia de los derivados del petróleo y reducir las emisiones de CO2, principal responsable del efecto invernadero. En este contexto, el gobierno del Perú aprobó el reglamento de promoción del mercado de biocombustibles el año 2005 con el Decreto Supremo Nº 013-2005-EM, en el cual se indica que a partir del primero de enero del año 2010, se añada un porcentaje de 7,8% en volumen de etanol anhidro como mínimo a las gasolinas comercializadas a nivel nacional. / Tesis

La descripción detallada de los procesos principales que se llevan a cabo en el taller de conversiones, tales como la recepción de vehículos, la evaluación de pre conversión, la conversión misma, la prueba de ruta y calibración, los planes de mantenimiento, reparaciones y seguridad, la facturación y la entrega de los vehículos terminados, disminuye el espacio a cometer errores por falta de conocimiento. El objetivo de lo mencionado anteriormente es dejar claro las funciones y los procedimientos que deben seguir cada una de las personas involucradas en el taller de conversiones implementado dentro de un taller automotriz ya existente. La determinación de las características del taller se llevó a cabo mediante el planteamiento de la capacidad operativa deseada del mismo durante los primeros meses de su funcionamiento. Considerando 40 conversiones para el primer mes de trabajo, se determinó que el espacio del piso de taller necesario para realizarlas es no menor a 430m2 dentro de un taller de más de 2700m2. Estos valores cumplen con la norma NTP 111.018 que enuncia las principales características con las que debe contar un taller de conversiones para ser certificado. Los trabajos a realizarse en cada zona de trabajo fueron especificados y éstas apropiadamente señalizadas para cumplir totalmente con la norma. Se definió cuales serán las tecnologías de los equipos a instalarse en los vehículos para los distintos tipos de conversiones disponibles. Asimismo se detalló una explicación técnica del funcionamiento de las herramientas y equipos que serán utilizados para la conversión y la evaluación de pre conversión de cada auto. Conociendo los equipos y herramientas requeridos, se determinó la necesidad de realizar instalaciones eléctricas adicionales a las existentes. La demanda de alimentación eléctrica de los equipos necesarios para realizar las conversiones, obliga a incluir en la inversión inicial el pago a un contratista para realizar cableados eléctricos e instalación de tableros adicionales necesarios para cubrir con la demanda del servicio (aproximadamente 36kW). Asimismo el uso de herramientas neumáticas obliga el contar con una compresora que alimente una línea de aire comprimido. El caudal necesario es de 20 l/s a una presión de 7 bares. La cantidad de mecánicos necesarios para el taller se define mediante el cálculo del número de horas operativas del taller mensuales y dividirla entre el número de horas efectivas necesarias para realizar una conversión. Se necesitan 3 equipos, de dos mecánicos cada uno, para lograr cumplir con la demanda de 40 conversiones mensuales. Adicionalmente un jefe de taller deberá llevar el control de las pruebas de ruta y las calibraciones realizadas. Un asesor de servicios capacitado apropiadamente para resolver cualquier tipo de duda sobre las conversiones se encargará de las recepciones y del cierre de las ordenes de trabajo facturables. El personal de logística y almacenes del taller será el mismo para la división de conversiones. Con una tasa de crecimiento de ventas de estimado de 3% mensual, se pudo proyectar el volumen de ventas para los próximos 5 años. Conociendo los datos de inversión inicial ($52.500,00) y la proyección de los ingresos y costos directos e indirectos, variables y fijos, según volumen de conversiones realizadas, se obtuvo márgenes positivos de flujo de caja que indican que la inversión sería recuperada durante el primer año de funcionamiento. Finalmente los valores del VPN y el TIR son de $2.536.074,00 y de 544% respectivamente, muestran una la alta rentabilidad al realizar del proyecto. / Tesis