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.

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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6686 / Palancia

[ES] El continuo endurecimiento de las normativas que regulan las emisiones contaminantes de los motores de combustión ha obligado a su desarrollo ininterrumpido, buscando mejorar su consumo y reducir su impacto medioambiental. Esto ha provocado la introducción progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape en los motores de combustión a fin de limitar la emisión de sustancias contaminantes a la atmósfera. En el caso concreto de la emisión de partículas, se ha estandarizado el empleo de filtros de partículas de flujo de pared como solución tecnológica para el cumplimiento de las normativas vigentes tanto en motores diésel (DPF) como gasolina (GPF). Por el propio mecanismo de funcionamiento de estos filtros se produce una acumulación de hollín dentro y sobre sus paredes porosas. Esta acumulación tiene un gran efecto sobre el comportamiento fluidodinámico del filtro, afectando a la pérdida de presión y, de ahí, aumentando el consumo específico del motor. Por este motivo, y dada la limitada capacidad de acumulación del filtro, se realizan procesos de regeneración para eliminar las partículas de hollín almacenadas. Se recurre para ello a dos estrategias complementarias. Por un lado, se tienen las estrategias de regeneración activa, que se realizan de forma periódica, mediante un aporte externo de energía. De entre estas estrategias, el método más habitual es el uso de post-inyecciones de combustible. Por otro lado, existen estrategias pasivas, que conducen a la oxidación del hollín sin fuentes de energía externa y reducen la frecuencia de los eventos de regeneración activa. La definición de dichas estrategias, así como su control, requieren del uso de herramientas computacionales para lograr una mayor comprensión y permitir la optimización de estos procesos. En este contexto, la presente tesis doctoral ofrece una contribución al modelado de los procesos de regeneración. Parte importante de este trabajo ha consistido en el desarrollo y validación de un modelo de regeneración que se ha implementado en un modelo termofluidodinámico 1D de DPF ya existente. Esta herramienta se ha desarrollado proponiendo una definición detallada del mecanismo de oxidación de hollín, presentándose un análisis del efecto de las etapas que lo componen. El modelo propuesto también se ha adaptado para su uso en un modelo de valor medio de DPF, que junto al modelo de reactividad química de catalizadores de oxidación desarrollado en el contexto de esta tesis, ha sido empleado en el análisis de la influencia de la variación de los parámetros básicos de la estrategia de post-inyección sobre la regeneración del DPF. Por otra parte, es sabido que el balance entre las etapas de carga y regeneración del filtro determina la distribución de las partículas en su interior. Así, esta tesis se completa con un estudio acerca del efecto de la distribución de las partículas sobre el comportamiento del DPF y cómo la distribución no homogénea de las partículas en el filtro condiciona el proceso de regeneración activa, afectando también a las hipótesis a considerar para su correcto modelado. Como consecuencia de estos trabajos se ha definido un conjunto de herramientas computacionales que facilitan la comprensión de los procesos de regeneración y que son aplicables al amplio rango de casos de estudio considerados. / [CAT] El continu enduriment de les normatives que regulen les emissions contaminants dels motors de combustió ha obligat al seu desenvolupament ininterromput, buscant millorar el seu consum i reduir el seu impacte mediambiental. Açò ha provocat la introducció progressiva de sistemes de post-tractament de gasos de fuga en els motors de combustió a fi de limitar l'emissió de substàncies contaminants a l'atmosfera. En el cas de l'emissió de partícules, s'ha estandarditzat l'utilització de filtres de partícules de flux de paret com a solució tecnològica per al compliment de les normatives vigents tant en motors dièsel (DPF) com gasolina (GPF). Pel propi mecanisme de funcionament estos filtres es produïx una acumulació de sutja dins i sobre les seues parets porosas. Esta acumulació té un gran efecte sobre el comportament fluidodinàmic del filtre, afectant la pèrdua de pressió i, d'aci, augmentant el consum específic del motor. Per este motiu, i per la limitada capacitat d'acumulació del filtre, es realitzen processos de regeneració per a eliminar les partícules de sutja emmagatzemades. Es recorre per a això a dos estratègies complemetaries. Per una banda, es tenen les estratègies de regeneració activa, que es realitzen de forma periòdica, per mitjà d'una aportació externa d'energia. D'entre estes estratègies, el mètode més habitual es l'ús de post-injeccions de combustible. D'altra banda, hi ha estratègies passives, que conduïxen a l'oxidació de la sutja sense fonts externes d'energia i reduïxen la freqüència dels esdeveniments de regeneració activa. La definició de les estratègies, així com el seu control, requerixen de l'ús de ferramentes computacionals per a aconseguir una mitjor comprensió i permetre l'optimització d'estos proccesos. En este context, la present tesi doctoral oferix una contribució al modelatge dels processos de regeneració. Part important d'este treball ha consistit en el desenvolupament i validació d'un model de regeneració que s'ha implementat en un model termofluidodinàmic 1D de DPF ja existent. Esta ferramenta s'ha desenvolupat proposant una definició detallada del mecanisme d'oxidació de sutja, presentant-se una anàlisi de l'efecte de les etapes que ho componen. El model proposat també s'ha adaptat per al seu ús en un model de valor mitjà de DPF, que junt amb el model de reactivitat química de catalitzadors d'oxidació desenvolupat en el context d'esta tesi, ha sigut empleat en l'anàlisi de la influència de la variació dels paràmetres bàsics de l'estratègia de post-injecció sobre la regeneració del DPF. D'altra banda, és sabut que el balanç entre les etapes de càrrega i regeneració del filtre determina la distribució de les partícules en el seu interior. Així, esta tesi es completa amb un estudi sobre l'efecte de la distribució de les partícules sobre el comportament del DPF i com la distribució no homogènia de les partícules en el filtre condiciona el procés de regeneració activa, afectant també les hipòtesis a considerar per al seu correcte modelatge. Com a conseqüència d'estos treballs s'ha definit un conjunt de ferramentes computacionals que faciliten la comprensió dels processos de regeneració i que són aplicables a l'ampli rang de casos d'estudi considerats. / [EN] The continuous tightening of emission regulations for internal combustion engines has forced their uninterrupted development, seeking to improve their fuel consumption and reduce their environmental impact. This fact has led to the progressive introduction of exhaust aftertreatment systems in combustion engines in order to limit the emission of polluting substances into the atmosphere. In the specific case of particle emission, the use of wall flow particle filters has been standardized as a technological solution to comply with current regulations both in diesel (DPF) and gasoline (GPF). The operating principle of these filters results in an accumulation of soot inside and on their porous walls. This accumulation has an important effect on the fluid-dynamic behavior of the filter, affecting the pressure drop and, hence, increasing the specific consumption of the engine. For this reason, and due to the limited accumulation capacity of the filter, regeneration processes are carried out to remove the stored soot particles, where two main strategies can be found. On the one hand, there are active regeneration strategies, that are performed periodically, through an external supply of energy. Among these strategies, the most common method is the use of post-injections. On the other hand, there are passive strategies that lead to soot oxidation without external energy sources and reduce the frequency of active regeneration events. The definition of the strategies, as well as their control, require the use of computational tools to achieve a comprehensive understanding and optimization of these processes. In this context, this doctoral thesis offers a contribution to the modeling of regeneration processes. An important part of this work was dedicated to the development and validation of a regeneration model that was implemented in an existing DPF thermofluid dynamic 1D model. This tool proposes a detailed definition of the soot oxidation mechanism, presenting an analysis of the effect of the steps that comprise it. The proposed model was also adapted for its use in a DPF mean value model and, together with the oxidation catalysts chemical reactivity model developed in the context of this thesis, has been used in the analysis of the influence of variation in the basic parameters of the post-injection strategy. Furthermore, it is known that the balance between the filter loading and regeneration stages determines the soot distribution. Thus, this thesis is completed with a study about the effect of the particle distribution on the behavior of the DPF and how the non-homogeneous distribution of the particles determines the active regeneration process, also affecting the hypotheses to be considered for its correct modeling. As a result of these studies, a set of computational tools was defined to allow the understanding of regeneration processes that are applicable in the wide range of case studies considered. / Sanchis Pacheco, EJ. (2019). Modelado de la oxidación del hollín en filtros de partículas diésel [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/120455 / TESIS

[EN] Laser-induced incandescence (LII) is an optical diagnostic technique that can be used to measure the concentration and primary-particle size distributions of soot with high selectivity. This technique consists of rapid particle heating from the local ambient temperature to close to the soot sublimation temperature (~4000 K) by means of a highly energetic laser source, and the immediate recording of the strong thermal radiation as a result of a complex heat and mass transfer balance. The aim of this work is to develop an experimental methodology for measuring the soot concentration in diesel flames by means of laser-induced incandescence. The development of the methodology consists of two main parts. The first focuses on the calibration of the laser-induced incandescence signal in a laminar diffusion flame under atmospheric conditions, by using the light extinction method as a reference technique. This calibration allows for quantitative values of the concentration of soot. Along with LII measurements, simultaneous laser elastic-scattering measurements (LES) were obtained, which allowed the calculation of the maps of probability, number and relative particle diameter. For this purpose, different algorithms and corrections by digital image processing were developed. This research has also made use of a theoretical model for the LII signal with the intention of developing an adequate interpretation of the images inside the combustion chamber, identify the main limitations of the technique and propose the necessary corrections under different experimental conditions. The second part is an experimental study of the soot concentration field in a turbulent diesel flame. In this case, an experimental set-up that reproduces the thermodynamic conditions of a diesel engine was used. By strictly following the methodology developed in the first part, along with the adjustments and corrections for high-pressure systems such as compression-ignition engines, a series of parametric studies were carried out in order to characterise the effects of variations in fuel injection pressure, thermodynamic properties of air and nozzle diameter on the soot concentration distribution and its relationship with the flame structure. In this analysis, results from other optical techniques have been used, in order to understand the phenomena that determine the processes of formation and soot oxidation in turbulent flames. / [ES] La técnica de incandescencia inducida por láser (LII) es una herramienta de diagnóstico óptico que permite la medición directa de la concentración, tamaño y distribución de partículas de hollín. Esta técnica consiste en la detección de la señal de alta incandescencia emitida por las partículas de hollín que al ser calentadas mediante el uso pulsos láseres altamente energéticos, aumentan su temperatura hasta alcanzar temperaturas cercanas al punto de sublimación del hollín (~4000 K) como consecuencia de la absorción de energía y de un complejo balance de calor y masa. El objetivo de esta Tesis Doctoral consiste en desarrollar una metodología experimental para la medida de los campos de concentración de hollín en llamas Diesel mediante la técnica de incandescencia inducida por láser. El desarrollo de la metodología se compone de dos partes fundamentales. La primera de ellas se centra en la calibración de la señal de incandescencia inducida por láser en un llama de difusión laminar en condiciones atmosféricas, utilizando como referencia el método de extinción de luz. Esta calibración permite obtener valores cuantitativos de la concentración de hollín. Conjuntamente con las medidas de LII, se han obtenido medidas de la dispersión elástica de Rayleigh (LES), lo que ha permitido el cálculo de los mapas de probabilidad, número y diámetro relativo de partículas. Para este propósito se han tenido que desarrollar diferentes algoritmos y correcciones mediante procesado digital de imágenes. En esta investigación también se ha hecho uso de un modelo teórico de la señal de incandescencia para la correcta interpretación de las imágenes en la cámara de combustión, conocer sus limitaciones y proponer las correcciones necesarias bajo diferentes condiciones experimentales. La segunda parte corresponde a las medidas de concentraciones de hollín en una llama turbulenta Diesel. En este caso, se ha utilizado una instalación experimental que permite reproducir las condiciones termodinámicas de un motor Diesel. Mediante el seguimiento estricto de la metodología desarrollada en la primera parte, y con las adaptaciones y correcciones correspondientes a sistemas de alta presión como lo son los motores de encendido por compresión, se ha realizado una serie de estudios paramétricos con el fin de caracterizar los efectos en las variaciones de la presión de inyección de combustible, propiedades termodinámicas del aire y diámetro de tobera sobre los mapas de concentración de hollín. En el análisis de resultados se han utilizado otras técnicas ópticas, con el fin de comprender los fenómenos que determinan los procesos de formación y oxidación de hollín en llamas turbulentas. / [CAT] La tècnica d'incandescència induïda per làser (LII) és una ferramenta de diagnòstic òptic que permet el mesurament directe de la concentració, grandària i distribució de partícules de sutja. Esta tècnica consistix en la detecció del senyal d'alta incandescència emesa per les partícules de sutja que al ser calfades per mitjà de l'ús polsos láseres altament energètics, augmenten la seua temperatura fins a aconseguir temperatures pròximes al punt de sublimació de la sutja (~4000 K) com a conseqüència de l'absorció d'energia i d'un complex balanç de calor i massa. L'objectiu d'esta Tesi Doctoral consistix a desenrotllar una metodologia experimental per a la mesura dels camps de concentració de sutja en flames Dièsel per mitjà de la tècnica d'incandescència induïda per làser. El desenrotllament de la metodologia es compon de dos parts fonamentals. La primera d'elles se centra en la calibratge del senyal d'incandescència induïda per làser en un flama de difusió laminar en condicions atmosfèriques, utilitzant com a referència el mètode d'extinció de llum. Esta calibratge permet obtindre valors quantitatius de la concentració de sutja. Conjuntament amb les mesures de LII, s'han obtingut mesures de la dispersió elàstica de Rayleigh (LES) , la qual cosa ha permés el càlcul dels mapes de probabilitat, número i diàmetre relatiu de partícules. Per a este propòsit s'han hagut de desenrotllar diferents algoritmes i correccions per mitjà de processat digital d'imatges. En esta investigació també s'ha fet ús d'un model teòric del senyal d'incandescència per a la correcta interpretació de les imatges en la cambra de combustió, conéixer les seues limitacions i proposar les correccions necessàries davall diferents condicions experimentals. La segona part correspon a les mesures de concentracions de sutja en una flama turbulenta Dièsel. En este cas, s'ha utilitzat una instal-lació experimental que permet reproduir les condicions termodinàmiques d'un motor Dièsel. Per mitjà del seguiment estricte de la metodologia desenrotllada en la primera part, i amb les adaptacions i correccions corresponents a sistemes d'alta pressió com ho són els motors d'encesa per compressió, s'ha realitzat una sèrie d'estudis paramètrics a fi de caracteritzar els efectes en les variacions de la pressió d'injecció de combustible, propietats termodinàmiques de l'aire i diàmetre de tovera sobre els mapes de concentració de sutja. En l'anàlisi de resultats s'han utilitzat altres tècniques òptiques, a fi de comprendre els fenòmens que determinen els processos de formació i oxidació de sutja en flames turbulentes. / Buitrago García, JE. (2016). CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL DE LA CONCENTRACIÓN DE HOLLÍN EN LLAMAS DIESEL MEDIANTE INCANDESCENCIA INDUCIDA POR LÁSER [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/62355 / TESIS

Las emisiones contaminantes hacia la atmósfera, en parte debidas a los motores de combustión interna utilizados en el transporte, es una de las mayores preocupaciones de nuestra sociedad. En el caso de los motores diesel, las especies contaminantes son el monóxido de carbono, los hidrocarburos sin quemar y, principalmente, los óxidos de nitrógeno (NOx) y las partículas de hollín. Estas últimas son el producto de un complejo balance entre su formación y su oxidación. Una vía de futuro es conseguir una combustión por difusión de baja temperatura, intrínsecamente de muy baja formación de hollín. Tanto la formación como la oxidación del hollín dependen directamente del proceso de mezcla. En efecto, el parámetro principal que parece controlar el proceso de formación de hollín es la cantidad de oxígeno englobado por el chorro de combustible en la distancia entre el inyector y el inicio de la llama (lift-off). Al acelerar la mezcla aire-combustible aumentando la presión de inyección y reduciendo fuertemente el diámetro de los orificios del inyector se ha visto que se puede conseguir una combustión por difusión rápida y sin formación de hollín. No obstante, se conoce muy poco sobre el comportamiento del lift-off y del resto del proceso de formación de hollín en condición de combustión de baja temperatura, con baja concentración de oxígeno. El objetivo principal del trabajo es profundizar en la comprensión de estos procesos. Para lograrlo, se ha definido cuatro objetivos particulares: * Caracterizar el efecto de la concentración de oxígeno sobre el lift-off. * Caracterizar las consecuencias sobre el proceso de formación de hollín. * Cuantificar el impacto del aumento de la presión de inyección y del uso de orificios de inyección extremadamente pequeños sobre los dos puntos anteriores. * Para ello, se debe desarrollar: o una metodología de medida simultánea del lift-off y de la concentración de hollín en la llama basada en diferentes técnicas de visualización de ............ / Monin, C. (2009). Caracterización del proceso de formación de hollín en una llama de difusión diesel de baja temperatura [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6161 / Palancia

With the slow but ineluctable depletion of fossil fuels, several avenues are currently being explored in order to define the strategic boundaries for a clean and sustainable energetic future, while accounting for the specificities of each sectors involved. In regard to transport applications, alternative fuels may represent a promising solution, at least at short or middle term, such as the International Energy Agency foresees that their share could account for 9% of the road transport fuel needs by 2030 and 27 % by 2050, with the potential resources to reach 48% beyond. If they have already been included in significant blending proportions with conventional fossil fuel in most of the occidental countries, their introduction also coincides with a long-time established program of continuously more drastic standards for engine emissions of NOX and PM, now even further demanding by the seek for combustion efficiency aiming at reducing CO2 emissions. While several works discuss the alternative fuels effect on exhaust emissions when used directly in production Diesel engines, results and analysis are sometimes contradictory, depending sometimes on the conditions in which they were obtained, and the causes of these results remain unclear. Therefore, in order to better understand their effect on the combustion processes, and thus extract the maximum benefits from these fuels in the optimization of engine design and calibration, a detailed comprehension of their spray and combustion characteristics is essential. The approach of this study is mostly experimental and based on an incremental methodology of tests aiming at isolating injection and combustion processes with the objective to identify and quantify the role of both fuel physical and chemical properties at some key stages of the Diesel combustion process. After obtaining a detailed characterization of their properties, five fuels have been injected in an optical engine enabling a sharp control of the thermodynamic e / Nerva, J. (2013). An Assessment of fuel physical and chemical properties in the combustion of a Diesel spray [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29767 / Palancia

En la actualidad, los desarrollos en el campo de los motores de combusti on interna alternativos est an principalmente dirigidos al aumento de la e ciencia energ etica y a la reducci on de las emisiones contaminantes. La consecuci on de este ultimo objetivo, marcado por las normativas que limitan las emisiones de contaminantes, ha forzado a la instalaci on progresiva de sistemas de post-tratamiento de gases de escape. Atendiendo a la emisi on de part culas, el ltro de part culas di esel se ha convertido en un elemento indispensable y completamente estandarizado en las l neas de escape de los motores Diesel. Tradicionalmente, los sistemas de post-tratamiento se encuentran localizados en las l neas de escape aguas abajo de la turbina de sobrealimentaci on. Esto limita el nivel t ermico en los sistemas de post-tratamiento, lo que afecta a la e ciencia de conversi on del DOC tras el arranque del motor o en condiciones de bajo grado de carga, as como a la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF. Adem as, a medida que se produce la acumulaci on de holl n en este, el consumo del motor se ve perjudicado. A n de contribuir a mitigar estas respuestas, se propone la ubicaci on del sistema de post-tratamiento, en concreto DOC y DPF, aguas arriba de la turbina. Por este motivo, el objetivo principal de la presente tesis doctoral ha sido la evaluaci on de las interacciones del sistema de post-tratamiento en con guraci on pre-turbo con el motor Diesel. Para alcanzar este objetivo se hace necesario el uso combinado de t ecnicas de modelado y experimentales. Con respecto a la primera de ellas, se ha tomado como base un modelo de acci on de ondas que permite el c alculo de la respuesta del motor en funci on de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento. Para el uso able del modelo con ubicaci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento, es necesaria la correcta predicci on de la temperatura a lo largo del DPF tanto en condiciones estacionarias como transitorias, as como tener en cuenta en el c alculo diferentes niveles de acumulaci on de holl n. Por esta raz on, parte importante del trabajo ha estado dirigido a la mejora del modelo de ltros de part culas di esel de ujo de pared previamente desarrollado en aspectos b asicos, realizando aportaciones en aspectos tales como la predicci on del comportamiento t ermico y de p erdida de presi on en condiciones de acumulaci on de holl n. Con el n de con rmar los resultados aportados por el modelo, se ha realizado una evaluaci on experimental de la con guraci on pre-turbo del sistema de post-tratamiento en un motor Diesel turbosobrealimentado. Este trabajo ha permitido analizar las prestaciones del motor en condiciones de operaci on estacionaria y transitoria as como cuanti car los efectos de la ubicaci on del sistema de post-tratamiento sobre las emisiones contaminantes, la e ciencia de ltrado y la capacidad de regeneraci on pasiva del DPF o la e ciencia de conversi on del DOC. Fruto de estos trabajos se ha obtenido una evaluaci on rigurosa de los efectos que sobre el motor tiene el instalar los sistemas de post-tratamiento en con guraci on preturbo, con rmando las ventajas que ofrece esta arquitectura de la l nea de escape y describiendo soluciones para las debilidades que pueda presentar. / García Afonso, Ó. (2013). Análisis teórico-experimental de la arquitectura pre-turbo de sistemas de post-tratamiento en MCIA [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/34178 / Alfresco

[ES] La reducción de emisiones en motores de combustión interna (MCI) es uno de los mayores desafíos técnicos de la sociedad. Aunque están surgiendo nuevas tecnologías para la movilidad, el ICE seguirá teniendo un papel clave en el transporte durante las próximas décadas. Los motores diesel son un desafío en términos de emisiones contaminantes, en particular óxidos de nitrógeno (NOX) y hollín. De hecho, el último representa el 50 % de las emisiones totales de este tipo de motores. En este contexto, las nuevas tecnologías de hardware y los nuevos combustibles renovables han mostrado un gran potencial para reducir las emisiones de hollín sin afectar la eficiencia del motor (emisiones de CO2). Por esta razón, los impactos del uso de e-fuels (OMEX y FT diesel) y diferentes geometrías del bowl del pistón (reentrante, labio escalonado y labio escalonado con ondas) en la formación de hollín y el desarrollo de la combustión han sido analizados en un motor óptico mono cilíndrico diesel. Primero, se realizó una caracterización del flujo en el cilindro utilizando un pistón de geometría real (Reentrante) y aplicando la técnica de velocímetro de imágenes por partículas (PIV). Posteriormente, se analizó el movimiento de la llama, el proceso de combustión y la formación de hollín para diferentes geometrías de pistón mediante diversas técnicas ópticas como la velocímetro de imagen por combustión (CIV), luminosidad natural, quimioluminiscencia OH * y pirometría de 2 colores. Finalmente, se estudió el proceso de combustión y la formación de hollín al utilizar diferentes e-fuels aplicando las mismas técnicas ópticas utilizadas anteriormente. Además, para esta parte del estudio, se incluyó una técnica óptica específica denominada espectroscopia de alta velocidad para el análisis de hollín. Con respecto a la evaluación de las distintas geometrías del bowl, el labio escalonado y el labio escalonado con ondas presentaron una oxidación tardía del hollín que ha sido más rápida en comparación con la geometría reentrante. En condiciones extremas de hollín, también se observaron diferencias entre el labio escalonado y el labio escalonado con ondas. Se observó una oxidación más rápida del hollín para el segundo. Los e-fuels mostraron una notable reducción en la formación de hollín (especialmente OMEX) en comparación con el diesel fósil. A partir del análisis de espectroscopia, es posible afirmar la ausencia de hollín durante la combustión de OMEX puro. En general, tanto la aplicación de nuevos hardware (geometrías de bowls) como nuevos tipos de combustibles (e-fuels) en motores diesel han presentado un gran potencial para disminuir las emisiones de hollín / [CA] La reducció d'emissions en motors de combustió interna (MCI) es un dels majors reptes tècnics de la societat. Encara que estan sorgint noves tecnologies per a la mobilitat, el ICE seguirà tenint un paper clau en el transport durant les pròximes dècades. Els motors diesel son un dels reptes en termes d'emissió de contaminants, en particular òxids de nitrogen (NOX) i sutge. De fet, l'últim representa el 50% de les emissions totals d'aquest tipus de motor. Dins aquest context, les noves tecnologies de hardware y de nous combustibles renovables han mostrat un gran potencial per reduir les emissions de sutge sense afectar l'eficiència del motor (emissions de CO2). Per aquesta raó, els impactes sobre l'ús de e-fuels (OMEX i FT-diesel) i diferents geometries de bowl del pistó (re-entrant, llavi escalonat i llavi escalonat amb ones) en la formació de sutge i el desenvolupament de la combustió, han estat analitzats en un motor òptic mono-cilíndric diesel. Primer, es va realitzar una caracterització de flux en el cilindre utilitzant un pistó amb geometria real (re-entrant) i aplicant la tècnica de velocimetria de imatges per partícules (PIV). Posteriorment, es va analitzar el moviment de la flama, el procés de combustió i la formació de sutge per a diferents geometries de pistó mitjançant diverses tècniques òptiques com per exemple la de velocimetria de imatge per combustió (CIV), lluminositat natural, quimioluminescència de OH* i pirometria de 2 colors. Finalment, es va estudiar el procés de combustió i la formació de sutge utilitzant diferents e-fuels aplicant les mateixes tècniques òptiques utilitzades anteriorment. A més, per aquesta part de l'estudi, es va implementar una tècnica òptica específica denominada espectroscòpia d'alta velocitat per a l'anàlisi del sutge. Respecte a l'avaluació de les distintes geometries de bowl, els llavis escalonats i els escalonats amb ones presentaren una oxidació tardana del sutge que ha estat més ràpida en comparació amb la de geometria re-entrant. En condicions extremes de sutge, també es varen observar diferencies entre la geometria de llavi escalonat y la de llavi escalonat amb ones. Es va observar una oxidació més ràpida del sutge per al segon. Els e-fuels mostraren una reducció més ràpida del sutge (especialment l'OMEX) en comparació amb el diesel fòssil. A partir de l'anàlisi d'espectroscòpia, es possible afirmar l'absència de sutge durant la combustió de l'OMEX pur. En general, tant l'aplicació de nous hardwares (geometries de bowl) com nous tipus de combustibles (e-fuels) en motors diesel han presentat un gran potencial per a la reducció d'emissions de sutge. / [EN] The emissions reduction in internal combustion engines (ICE) is one of the greatest technical challenges of society. Although new technologies for mobility are emerging, the ICE will still have a key role in transport over the next decades. Diesel engines are challenging in terms of pollutant emissions, in particular nitrogen oxides (NOX) and particles. In fact, the last one represents 50 % of total emissions of this kind of engine. In this context, new hardware technologies as well as new renewable fuels have shown great potential to reduce soot emissions without affecting engine efficiency (CO2) emissions. For this reason, the impacts of using e-fuels (OMEX and FT-diesel) and different piston bowl geometries (re-entrant, stepped lip and stepped lip-wave bowl) on soot formation and combustion development were analyzed in a single cylinder optical diesel engine. First, an in-cylinder flow characterization when using a real bowl shape was performed by applying particle image velocimetry (PIV) technique. Subsequently, the flame movement, combustion process and soot formation were analyzed for different piston geometries through several optical techniques such as combustion image velocimetry (CIV), natural luminosity, OH* chemiluminescence and 2 color pyrometry. Finally, the combustion process and soot formation when using different e-fuels were studied by applying the same optical techniques used previously. In addition, for this part of the study, it was included a specific optical technique named high-speed spectroscopy for the soot analysis. Regarding the bowl geometries evaluation, the stepped lip and wave-stepped lip presented a faster late soot oxidation in comparison with the re-entrant geometry. Under extreme soot conditions, differences were also observed between the wave-stepped lip and the stepped lip. A faster soot oxidation was observed for the first one. The e-fuels showed a remarkable reduction in soot formation (especially OMEX) when compared with fossil diesel. From the spectroscopy analysis, it is possible to state the absence of soot during the combustion of pure OMEX. In general, the application of new hardware (bowl geometries) as well as new kind of fuels in diesel engines have presented a great potential in order to diminish the soot emissions. / This work was partially funded by Generalitat Valenciana through the Programa Santiago Grisolía (GRISOLIAP/2018/142) program. / Vargas Lewiski, FD. (2021). Analysis of the combustion process and soot formation in a single cylinder optical engine fueled with e-fuels and using different piston geometries [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180351 / TESIS

[ES] El análisis de los aceites lubricantes de motor, englobado dentro de las tareas realizadas en el Oil Condition Monitoring (OCM), resulta ser una herramienta poderosa con la cual se es capaz de extraer información de utilidad. Por este motivo, en esta Tesis se decidió explotar este campo realizando un estudio en profundidad centrado en tres aspectos: mejorar las técnicas y protocolos ya existentes, desarrollar procedimientos propios acorde con las necesidades y requisitos del momento y, para terminar, poner en valor la información obtenida del análisis de los lubricantes mediante el uso de tratamientos estadísticos y quimiométricos. Bajo estas tres premisas, se ha desarrollado toda la tarea de investigación de esta Tesis. En primer lugar, en relación con el análisis de los aceites lubricantes, se realizó un estudio acerca de la degradación de cuatro formulaciones de aceites lubricantes. En este estudio se analizaron aspectos propios de los aceites como: su viscosidad cinemática, oxidación, nitración, caída de los aditivos antioxidantes, etc. así como parámetros de desgaste de motor (monitorizando la presencia de metales). Como resultado de este estudio fue posible encontrar limitaciones en las técnicas actuales, lo cual condujo a realizar mejoras y/o adaptaciones de estas técnicas para conseguir obtener la información deseada. El siguiente aspecto tratado en esta Tesis es una consecuencia de la necesidad de, en ciertas situaciones, disponer de información acerca de uno o varios parámetros de una determinada forma y con un grado de precisión elevado. El caso en cuestión analizado en la Tesis está relacionado con la cuantificación de hollín en el aceite lubricante. Respecto a la cuantificación del hollín se requirió encontrar una técnica que fuera capaz de aportar información de una forma rápida y, además, poder detectar pequeños cambios. Esta técnica fue la espectroscopia Ultravioleta-Visible, con la cual se diseñó un protocolo analítico que permitiera trabajar con muestras de aceites lubricante con muy poco uso y, por ende, poca cantidad de hollín disuelta, consiguiendo resultados muy satisfactorios en periodos de tiempo cortos. Por último, debido a la disponibilidad de una cantidad de datos considerable fruto del trabajo realizado durante todo el tiempo de duración de la Tesis, se decidió emplear toda ella para conseguir extraer la máxima información posible gracias al uso de tratamientos estadísticos y quimiométricos. Este trabajo, nuevo en la línea, se dividió en dos vertientes: la primera focalizada en el conjunto de datos de los aceites ya caracterizados (procedentes del estudio de la degradación de los aceites) y la otra parte en encontrar sinergias entre las técnicas espectroscópicas (FT-IR y NIR) y los ensayos de caracterización de los lubricantes. Como resultado de ello, se obtuvieron relaciones entre parámetros que anteriormente no se tenían presentes, así como modelos predictivos de propiedades de los lubricantes a partir del análisis de sus espectros. El presente documento de Tesis se encuentra redactado en dos idiomas: en español y en inglés. Principalmente el documento se encuentra redactado en inglés para hacer especial énfasis en aquellas labores de investigación desarrolladas en esta etapa, así como los resultados derivados de los diferentes estudios realzados. Mientras que, la parte confeccionada en español hace referencia a aquellos aspectos más descriptivos del documento de Tesis. / [CA] L'anàlisi dels olis lubrificants de motor, englobat dins de les tasques realitzades en el Oil Condition Monitoring (OCM), resulta ser una eina poderosa amb la qual s'és capaç d'extraure informació d'utilitat. Per aquest motiu, en aquesta Tesi es va decidir explotar aquest camp realitzant un estudi en profunditat centrat en tres aspectes: millorar les tècniques i protocols ja existents, desenvolupar procediments propis d'acord amb les necessitats i requisits del moment i, per a acabar, posar en valor la informació obtinguda de l'anàlisi dels lubrificants mitjançant l'ús de tractaments estadístics i quimiomètrics. Sota aquestes tres premisses, s'ha desenvolupat tota la tasca d'investigació d'aquesta Tesi. En primer lloc, en relació a l'anàlisi dels olis lubrificants, es va realitzar un estudi sobre la degradació de quatre formulacions d'olis lubrificants. En aquest estudi es van analitzar aspectes propis dels olis com: la seua viscositat cinemàtica, oxidació, nitració, caiguda dels additius antioxidants, etc. així com paràmetres de desgast de motor (monitorant la presència de metalls). Com a resultat d'aquest estudi va ser possible trobar limitacions en les tècniques actuals, la qual cosa va conduir a realitzar millores i/o adaptacions d'aquestes tècniques per a aconseguir obtindre la informació desitjada. El següent aspecte tractat en aquesta Tesi és una conseqüència de la necessitat de, en unes certes situacions, disposar d'informació sobre un o diversos paràmetres d'una determinada forma i amb un grau de precisió elevat. El cas en qüestió analitzat en la Tesi està relacionat amb la quantificació de sutge (soot en anglès). Respecte a la quantificació del soot es va requerir trobar una tècnica que fora capaç d'aportar informació d'una forma ràpida i, a més, poder detectar xicotets canvis. Aquesta tècnica va ser l'espectroscòpia Ultravioleta-Visible, amb la qual es va dissenyar un protocol analític que permetera treballar amb mostres d'oli lubrificant amb molt poc ús i, per tant, poca quantitat de soot dissolta, aconseguint resultats molt satisfactoris en períodes de temps curts. Finalment, a causa de la disponibilitat d'una quantitat de dades considerable fruit del treball realitzat durant tot el temps de duració de la Tesi, es va decidir emprar tota ella per a aconseguir extraure la màxima informació possible gràcies a l'ús de tractaments estadístics i quimiomètrics. Aquest treball, nou en la línia, es va dividir en dos vessants: la primera focalitzada en el conjunt de dades dels olis ja caracteritzats (procedents de l'estudi de la degradació dels olis) i l'altra part a trobar sinergies entre les tècniques espectroscòpiques (FT-IR i NIR) i els assajos de caracterització dels lubrificants. Com a resultat d'això, es van obtindre relacions entre paràmetres que anteriorment no es tenien presents així com models predictius de propietats dels lubrificants a partir de l'anàlisi dels seus espectres. El present document de Tesi es troba redactat en dos idiomes: en espanyol i en anglès. Principalment el document es troba redactat en anglès per a fer especial èmfasi en aquelles labors d'investigació desenvolupades en aquesta etapa així com els resultats derivats dels diferents estudis realitzats. Mentre que, la part confeccionada en espanyol, fa referència a aquells aspectes més descriptius del document de Tesi. / [EN] The analysis of engine lubricating oils, encompassed within the tasks carried out in Oil Condition Monitoring (OCM), is a powerful tool with which it is possible to extract useful information. For this reason, in this Thesis it has been decided to exploit this field by carrying out an in-depth study focusing on three aspects: improving existing techniques and protocols, developing our own procedures in accordance with current needs and requirements and finally, adding value to the information obtained from the analysis of lubricants through the use of statistical and chemometric treatments. All the research work in this Thesis has been carried out under these three premises. Firstly, in relation to the analysis of lubricating oils, a study was carried out on the degradation of four lubricating oil formulations. This study analysed aspects of the oils, such as their kinematic viscosity, oxidation, nitration, antioxidant additives depletion, etc. as well as engine wear parameters (monitoring the presence of metals). Using this study, it was possible to find limitations in the current techniques, which led to improvements and/or adaptations of these techniques in order to obtain the desired information. The next aspect dealt with in this Thesis is a consequence of the need, in certain situations, to have information about one or more parameters in a certain form and with a high degree of accuracy. The case in question analysed in the Thesis is related to the quantification of soot. With regard to soot quantification, it was necessary to find a technique that was capable of providing information quickly and, in addition, being able to detect small changes. This technique was Ultraviolet-Visible spectroscopy, with which an analytical protocol was designed to work with samples of lubricating oils with very little use and therefore, with a small amount of dissolved soot, achieving very satisfactory results in short periods of time. Finally, due to the availability of a considerable amount of information resulting from the work carried out throughout the duration of the Thesis, it was decided to use all of these data to extract as much information as possible, thanks to the use of statistical and chemometric treatments. This work, new in the research line, was divided into two parts: the first focused on the dataset of oils already characterised (from the study of oil degradation) and the other on finding synergies between spectroscopic techniques (FT-IR and NIR) and lubricant characterisation tests. As a result, relationships between previously unknown parameters were obtained, as well as predictive models of lubricant properties based on the analysis of their spectra. This Thesis document is written in two languages: Spanish and English. The document is mainly written in English in order to place special emphasis on the research work carried out at this stage, as well as the results derived from the different studies carried out. The part written in Spanish refers to the more descriptive aspects of the Thesis document. / García Barberá, A. (2022). Study of the Degradation of New Lubricant Oil Formulations with the Design and Demands of Current and Future Engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181668 / TESIS

[ES] El proceso de combustión en llamas de difusión de combustible atomizado es un fenómeno multifásico altamente complejo que a día de hoy no se comprende en su totalidad, ya que involucra varios eventos simultáneos, como atomización, vaporización y cinética química. A lo largo de los años, los investigadores han estudiado a fondo la combustión en llamas de combustibles líquidos, con el fin de comprender los procesos fundamentales como clave para reducir las emisiones contaminantes y mejorar la eficiencia de la propulsión de las aeronaves. En los últimos años, la evolución tanto en la tecnología de inyección como en la de combustión ha permitido mejorar el proceso de mezcla por aspersión y la eficiencia del motor y, por tanto, reducir las emisiones contaminantes. Por lo que, diferentes configuraciones de tipo de inyector y distribución de aire dentro de la cámara de combustión han demostrado ser capaces de reducir el consumo de combustible, así como las emisiones de óxidos de nitrógeno y hollín sin afectar el rendimiento del motor. Esta tesis proporciona una metodología experimental para estudiar los efectos de las condiciones de co-flujo, el caudal másico de combustible, el tipo de combustible y el diámetro de salida del quemador sobre la atomización y la combustión de la llama producida en un quemador anular bajo condiciones de operación pobres. La caracterización del chorro sin combustión se realizó mediante dos técnicas ópticas diferentes. Por un lado, se utilizó velocimetría de imagen de partículas para medir los campos de velocidad del espray. Por otro lado, retroiluminación microscópica difusa (MDBI) para medir el tamaño y la velocidad de las gotas. Los resultados mostraron que ambos están controladas principalmente por el tipo de combustible y el caudal másico del mismo. Sin embargo, la variación de la velocidad de co-flujo no mostró un efecto significativo en las características de las gotas (tamaño y velocidad), lo que probablemente se deba a que el campo de visión de la técnica MBDI estaba muy cerca de la punta del inyector. Adicionalmente, al incrementar la temperatura de co-flujo se observó que el diámetro promedio de gota disminuía, lo cual es causado por la evaporación del combustible. Finalmente, las variaciones en los perfiles de tamaño y velocidad de las gotas al variar el diámetro de salida de aire se relacionaron con la variación de la velocidad del co-flow, lo que afectaba la evaporación y el arrastre de las gotas. Para el estudio de la llama en condiciones reactivas, se probó en condiciones de operación que permitan llama estabilizadas, utilizando tres técnicas ópticas diferentes, las cuales se activaron simultáneamente. La extinción de luz difusa se utilizó para determinar el espesor óptico del hollín. Además, se emplearon las técnicas de quimioluminiscencia OH* y MDBI para medir la altura de despegue de la llama y las características de las gotas, respectivamente. Los resultados mostraron que la velocidad y temperatura del co-flujo, y el tipo de combustible influyen fuertemente en la altura de despegue de la llama. Mientras que en la formación hollín los parámetros más influyentes fueron la velocidad del co-flujo y el tipo de combustible. Con respecto a los resultados de la evaporación de las gotas, se observó que el tamaño inicial y las propiedades del combustible controlan su evaporación. El combustible n-Dodecano es el menos volátil y tiene un tamaño de gota inicial más grande y, por lo tanto, las gotas tardaron más en evaporarse, lo que resultó en una mayor longitud de despegue de la llama y una mayor formación de hollín debido a su mayor tendencia a formar hollín. Por el contrario, las gotas de n-Heptano se evaporaron más rápido, lo que resultó en una altura de despegue de la llama más corta y también en una menor formación de hollín. Finalmente, el combustible n-Decano mostró resultados intermedios para la evaporación de gotas, la altura de despegue de la llama y la formación de hollín. / [CA] El procés de combustió en flames de difusió de combustible atomitzat és un fenomen multifásico altament complex que a hores d'ara no es comprén en la seua totalitat, ja que involucra diversos esdeveniments simultanis, com a atomització, vaporització i cinètica química. Al llarg dels anys, els investi- gadors han estudiat a fons la combustió en flames de combustibles líquids, a fi de comprendre els processos fonamentals com a clau per a reduir les emissions contaminants i millorar l'eficiència de la propulsió de les aeronaus. En els últims anys, l'evolució tant en la tecnologia d'injecció com en la de combustió ha permés millorar el procés de mescla per aspersió i l'eficiència del motor i, per tant, reduir les emissions contaminants. Pel que, diferents configuracions de tipus d'injector i distribució d'aire dins de la cambra de combustió, han demostrat ser capaços de reduir el consum de combustible, així com les emissions d'òxids de nitrogen i sutja sense afectar el rendiment del motor. Aquesta tesi proporciona una metodologia experimental per a estudiar els efectes de les condicions de co-flux, el cabal màssic de combustible, el tipus de combustible i el diàmetre d'eixida del cremador sobre l'atomització i la combustió de la flama produïda en un cremador anul·lar sota condicions d'operació pobres. La caracterització del doll sense combustió es va realitzar mitjançant dues tècniques òptiques diferents. D'una banda, es va utilitzar velocimetría d'imatge de partícules per a mesurar els camps de velocitat de l'esprai. D'altra banda, retroil·luminació microscòpica difusa (MDBI) per a mesurar la grandària i la velocitat de les gotes. Els resultats van mostrar que tots dos estan controlades principalment per la mena de combustible i el cabal màssic d'aquest. No obstant això, la variació de la velocitat de co-flux no va mostrar un efecte significatiu en les característiques de les gotes (grandària i velocitat), la qual cosa probablement es deu al fet que el camp de visió de la tècnica MBDI estava molt prop de la punta de l'injector. Addicionalment, en incrementar la temperatura de co-flux es va observar que el diàmetre mitjà de gota disminuïa, la qual cosa és causat per l'evaporació del combustible. Finalment, les variacions en els perfils de grandària i velocitat de les gotes en variar el diàmetre d'eixida d'aire es van relacionar amb la variació de la velocitat del co-flux, la qual cosa afectava l'evaporació i l'arrossegament de les gotes. Per a l'estudi de la flama en condicions reactives, es va provar en condicions d'operació que permeten flama estabilitzades, utilitzant tres tècniques òptiques diferents, les quals es van activar simultàniament. L'extinció de llum difusa es va utilitzar per a determinar la grossària òptica del sutge. A més, es van emprar les tècniques de quimioluminescència OH* i MDBI per a mesurar l'altura d'enlairament de la flama i les característiques de les gotes, respectivament. Els resultats van mostrar que la velocitat i temperatura del co-flux, i el tipus de combustible influeixen fortament en l'altura d'enlairament de la flama. Mentre que en la formació sutge els paràmetres més influents van ser la velocitat del co-flux i el tipus de combustible. Respecte als resultats de l'evaporació de les gotes, es va observar que la grandària inicial i les propietats del combustible controlen la seua evaporació. El combustible n-Dodecano és el menys volàtil i té una grandària de gota inicial més gran i, per tant, les gotes van tardar més a evaporar-se, la qual cosa va resultar en una major longitud d'enlairament de la flama i una major formació de sutge degut a la seua major tendència a formar sutge. Al contrari, les gotes de n-Heptano es van evaporar més ràpid, la qual cosa va resultar en una altura d'envol de la flama més curta i també en una menor formació de sutja. Finalment, el combustible n-Decano va mostrar resultats intermedis per a l’evaporació de gotes, l’altura d’envol de la flama i la formació de sutja / [EN] The combustion process in spray flames is a highly complex multi-phase phenomenon that is still not completely understood since it involves several simultaneous events, such as atomization, vaporization, and chemical kinetics. Over the years, researchers have studied the combustion in spray flames thoroughly, in order to understand the fundamental processes as key to re- duce pollutant emissions and improve the efficiency of aircraft propulsion. In recent years, the evolution in both injection and combustion technology has allowed to improve the spray mixing process and engine efficiency and hence, reducing pollutant emissions. Therefore, different configurations of injector type and air distribution inside the combustion chamber have proved capable of reducing fuel consumption, as well as emissions of nitrogen oxides and soot without affecting the engine performance. This thesis provides an experimental methodology to study the effects of co-flow conditions, fuel mass flow rate, fuel type and air outlet diameter at the burner exit on the atomization and combustion behavior of the spray flame produced on an annular spray burner under lean conditions. The characterization of the liquid spray without combustion was carried out using two different optical techniques. On the one hand, particle image velocimetry was used to characterize the global velocity fields of the spray. On the other hand, Microscopic diffused back-illumination (MDBI) to measure the size and droplet velocity at a field of view close to the injector tip. The results exhibited that both droplet size and droplet velocity are mainly controlled by the fuel type and fuel mass flow rate. Nevertheless, the variation of the co-flow velocity did not show a significant effect on droplet characteristics (size and velocity), which is likely due to the fact that the field of view of the MDBI technique was located very close to the injector tip. Additionally, by increasing the co-flow temperature, it was observed that the mean droplet size decreased, which is caused by the fuel evaporation process. Finally, the variations in the droplet size and velocity profiles when varying the air outlet diameter were related to the velocity variation when modifying the cross-sectional area at the burner outlet, which affects the evaporation and drag of the drops. On the spray development in reactive conditions, it was investigated in the operating conditions that promote stabilized flames, using three different optical techniques, all of which were triggered simultaneously. The light extinction was used to determine the optical thickness through the soot cloud. In addition, OH* chemiluminescence and the MDBI techniques were employed to measure the flame lift-off height and droplet characteristics, respectively. The results exhibited that the co-flow velocity, co-flow temperature and fuel type strongly influence the flame lift-off height. While in the soot formation the most influential parameters were the co-flow velocity and the type of fuel. Regarding the results of the droplet evaporation, it was observed that the initial droplet sizes and the fuel properties control the droplet evaporation process. n-Dodecane fuel is the least volatile and also exhibited a larger initial droplet size and thus, the droplets took more time to evaporate than the other two fuels, resulting in a longer flame lift-off height and likewise higher soot formation by its greater tendency to form soot. Contrary, n-Heptane droplets evaporated faster, resulting in a shorter flame lift-off height and also less soot formation. Finally, n-Decane showed intermediate results for droplet evaporation, flame lift-off height, and soot formation. / Cardona Vargas, S. (2021). Development of a test rig for the study of the atomization and combustion of a spray flame in an atmospheric annular spray burner at lean conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179994 / TESIS