En la actualidad el Perú se encuentra en un proceso de transformación debido al crecimiento económico que se está viviendo, el cual va acompañado de una creciente demanda de maquinaria asociada a la producción a consecuencia de que diversas plantas industriales se han consolidado o repotenciado, razón por la cual se escoge como materia de estudio las máquinas eléctricas, las cuales en sus diferentes presentaciones son una de las principales involucradas en los procesos de fabricación. En los últimos años los motores eléctricos han pasado a tener un realce como eje en los distintos procesos de la industria en la que operan, es por ello que poco a poco se consideran más cuidados de estos en cuanto a su mantenimiento y estudios para las mejoras en sus arranques y durante su funcionamiento. Los motores síncronos forman parte de un tipo de máquina eléctrica y se vio una oportunidad en la presente tesis de abordar como materia de estudio el arranque del motor. Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. La presente tesis aborda en un principio el diseño y la simulación de los circuitos asociados para la puesta en marcha del motor síncrono. De la misma forma como parte de este diseño, se implementa la fuente de alimentación de tensión regulable para suministrar energía al circuito de campo del motor síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las pruebas realizadas tanto para el arranque del motor como para la fuente implementada.

Este trabajo tiene como objetivo calcular la variación porcentual de las pérdidas de potencia, eficiencia y aumento de consumo de combustible de un motor de encendido por compresión de aspiración natural, que funciona a diferentes altitudes sobre el nivel del mar utilizando distintas mezclas BX. La metodología consistió en calcular por separado las variaciones en las características del motor debido a la altitud y mezclas BX, luego se sumaron para encontrar la merma total en el desempeño, esto fue posible utilizando métodos de cálculo empíricos para cada caso y supuestos que no consideran las características del combustible para cuantificar el efecto de la altitud en el motor, a su vez, las propiedades del aire no intervienen en el cálculo del efecto de las distintas mezclas BX en el motor. El trabajo contiene tres partes: en la primera se analiza el efecto que tiene la altitud en el desarrollo de la potencia, eficiencia y consumo de combustible en el motor, el estudio demuestra que a medida que se incrementa la altura disminuye la densidad y presión atmosférica, limitando la potencia que puede desarrollar el motor. En la segunda parte se analiza el efecto que tiene el biodiesel de palma aceitera, si bien este combustible tiene características muy parecidas con el diesel 2, algunas propiedades cambian afectando el funcionamiento de un motor de encendido por compresión. El menor poder calorífico del biodiesel limita el desarrollo de la potencia del motor, pero la eficiencia térmica aumenta porque la lubricidad y viscosidad del biodiesel son mayores, lo que disminuye las pérdidas por rozamiento en el sistema de inyección. Para finalizar se presentan cuatro tablas porcentuales, las cuales permiten determinar la variación de la potencia y eficiencia que un motor de encendido por compresión de aspiración natural puede desarrollar y el consumo específico y volumétrico de combustible para distintas mezclas diesel-biodiesel a diferentes altitudes sobre el nivel del mar. De esta manera, si un usuario peruano quiere ir en este momento a una ciudad como Huaraz que queda a 3000 metros de altura con combustible B5 puede saber que su motor estará limitado a desarrollar una potencia 35% menor que la nominal, con 20% menos de eficiencia, 45% más de consumo de combustible en masa y 44% de consumo de combustible en volumen.

La presente tesis tiene como objetivo plantear una metodología de análisis exergético que permita identificar los principales factores que producen las mayores pérdidas de energía en el proceso de combustión interna en motores de encendido por chispa. Una vez identificadas las principales pérdidas se sugieren estrategias específicas para mitigarlas en cierto grado, incentivando así a difundir las ventajas y aplicaciones que tiene el análisis Exergético para equipos térmicos. La estructura de la metodología propuesta está basada en metodologías internacionales de evaluación de motores tales como la norma SAE J1349 MAR2008 y SAE J1995, cuya aplicación permite realizar el análisis exergético de modo cuantitativo y con mayor simplicidad de cálculo en comparación con el análisis energético. Por lo tanto se presenta como una herramienta de cálculo más accesible hacia las personas, que con tan solo tener una base teórica general serán capaces de aplicarlo identificando los tipos, magnitudes y localizaciones de las irreversibilidades que se presentan durante el proceso de combustión cualitativamente. Para lograr el objetivo de esta tesis se inicia con la descripción de las características termodinámicas y mecánicas de los motores de combustión interna de encendido por chispa, luego se continuará con los conceptos teóricos necesarios para desarrollar el análisis energético y exergético. Además se propone la metodología de análisis según los ensayos realizados a un motor Nissan GA15DS de combustión interna encendido por chispa. Por último se valida dicha metodología mediante la comparación del análisis de los resultados obtenidos de los ensayos con trabajos similares anteriores a la presente tesis. También se presentan diagramas de Grassmann y Sankey que permiten observar el comportamiento de los flujos de exergía y energía identificando lugar y magnitud de las pérdidas. Adicionalmente se realiza la comparación de los resultados obtenidos del análisis energético con el exergético con fines didácticos para que el interesado pueda observar la ventaja y desventaja que posee cada tipo de análisis termodinámico. Finalmente, de los resultados obtenidos en los ensayos realizados, se llega a concluir que las principales irreversibilidades donde se disipa el mayor porcentaje de la exergía se dan en los gases de combustión, la transferencia de calor por radiación y por el sistema de refrigeración con un porcentaje de 10.3%,15% y 37.9% respectivamente.

El presente trabajo analiza el comportamiento de un motor estacionario de cuatro tiempos del ciclo Diesel, para lo cual se consideró tres regímenes de giro del motor (1000, 1500 y 2000 RPM) y para cada régimen de giro se varió tres veces la carga (40, 80 y 120 N-m). En dichas condiciones de funcionamiento se analizaron los parámetros de desempeño del motor, las curvas de presión dentro del cilindro en función de ángulo de giro del cigüeñal, la liberación de calor producida por la quema del combustible y el intercambio de calor a través de las paredes del cilindro. El estudio abarca la parte experimental y la parte del modelado termodinámico cerodimensional. En la parte experimental se realizaron mediciones con el objetivo de recolectar informaciones sobre la presión al interior del cilindro, el flujo de combustible, las temperaturas y presiones de los fluidos del motor y la emisión de gases contaminantes; con excepción de los contaminantes, los datos sirvieron como datos iniciales para la implementación del modelo cero-dimensional y a su vez de referente para poder hacer la validación del modelo. En la parte del modelado, fue necesario el uso de datos correspondientes a la geometría del motor, datos de operación del motor, datos de tiempos de combustión y datos del combustible utilizado. Por ser el modelo de tipo cero-dimensional, no fue posible validar los datos de emisión de contaminantes, pero si los fenómenos físicos como el calor liberado durante la combustión y el intercambio de calor entre los gases y la pared del cilindro. La presión se predice mediante la aplicación de la ley de gas ideal y la primera ley empleada en la liberación de calor, modelada con una función dupla de Wiebe. Los resultados experimentales y del modelado de la presente tesis se presentan de forma gráfica, superponiendo las curvas de liberación de calor y variación de presión al interior del cilindro en las distintas condiciones de operación del motor, comparando así el porcentaje de aproximación entre las curvas teóricas y las experimentales. También se representan, numérica y gráficamente, parámetros de importancia como el retraso al autoencendido, los tiempos de duración de la combustión, la presión sin combustión y la temperatura de los gases en el cilindro.

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

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

El objetivo del sistema de inyección en los motores Diesel es la formación de una mezcla aire-combustible de calidad, de manera que se logre una combustión eficiente a la vez que se minimicen las emisiones contaminantes. Dentro de los parámetros que controlan el proceso de inyección y la formación del chorro, el flujo de cantidad de movimiento se presenta como uno de los más importantes. Parámetros del chorro tan importantes como penetración, ángulo o aire englobado dependen en gran medida de él. Además, desde el punto de vista del flujo interno en la tobera de inyección, la medida de este parámetro aporta mucha más información que simplemente medir el flujo másico, ya que utilizando estas dos medidas, es posible obtener parámetros tan importantes como la velocidad de salida o la sección de paso efectiva. Sin embargo, pese a su demostrada utilidad, la medida del flujo de cantidad de movimiento ha sido muy poco utilizada hasta ahora, debido principalmente a las dificultades que entraña su medida. Los objetivos alcanzados en esta tesis son básicamente dos. Primero, el desarrollo y puesta en marcha de un sistema para la medida del flujo de cantidad de movimiento, el cual está basado en la medida de la fuerza de impacto del chorro. Y segundo y más importante, la utilización de esta medida en el estudio experimental de los procesos de inyección, donde se ha mostrado como una herramienta muy útil a la hora de entender los fenómenos involucrados en el proceso de inyección. Fruto de este trabajo, se deducen importantes conclusiones acerca de la influencia de la geometría de los orificios y el fenómeno de cavitación sobre la inyección. / Gimeno García, J. (2008). Desarrollo y aplicación de la medida del flujo de cantidad de movimiento de un chorro Diesel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8306

Despite their important advantages in terms of fuel consumption in comparison with gasoline engines, for a long time the characteristic impulsive combustion noise has been one of the main causes why customers are reluctant to buy cars equipped with Diesel engines. This is the main reason for the efforts devoted by car manufacturers to mitigate Diesel engine noise while improving performance and driveability. In spite of all technical improvements, vehicles equipped with High Speed Direct Injection (HSDI) engines still offer a comfort level inferior to gasoline engine vehicles. Noise represents one of the most important aspects in the definition of comfort, and especially combustion noise plays an essential role in the acoustic of a vehicle as, in the case of DI engines, it represents one of the most important noise sources. Thus, the great potential of diesel engines for environment preservation -- due to their lower CO2 emissions -- could be missed. This situation worsens with the current design trends (engine downsizing) and the emerging new diesel combustion concepts (Homogeneous Charge Compression Ignition-HCCI, Premixed Charge Compression Ignition-PCCI, etc.) conceived to further reduce NOx and particulate matter to comply with forthcoming legislation, which are intrinsically noisy. Therefore, combustion noise must be considered as an additional essential factor in engine development, together with performance, emissions and driveability. Thus, suitable evaluation procedures that can be integrated into the global engine development process in a timely and cost-effective manner are imperative, both for noise level and sound quality. In this thesis, a procedure, based on the consideration of suitable indicators extracted from in-cylinder pressure, is proposed and validated. Such indicators are obtained from an innovative procedure to decompose in-cylinder pressure signal, so that features associated with combustion and with resonance excitation may be properly identified. / Monelletta, L. (2010). Contribution to the study of combustion noise of automotive Diesel engines [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10954

El proceso de combustión es una de las fuentes principales de ruido de los motores Diesel, debido al incremento brusco de la presión que provoca el autoencendido en la cámara de combustión. Este rápido incremento origina un proceso de oscilación de los gases quemados en la cámara de combustión, conocido como fenómeno de resonancia, que se transmite a través del bloque, empeorando la calidad acústica del motor. Existen numerosos procedimientos experimentales, orientados al estudio del ruido provocado por el proceso de combustión de motores Diesel. Sin embargo, su aplicación en el diseño de cámaras de combustión no es idónea, por el coste que supone realizar los prototipos, el montaje y las medidas. Frente a los métodos experimentales, los métodos teóricos son más rápidos y tienen la capacidad de obtener gran cantidad de información espacial y temporal del fenómeno de resonancia. Se emplean principalmente el método de la teoría modal y el método CFD (Computational Fluid Dynamics). El primero permite estimar el comportamiento de los modos de oscilación, pero su uso se limita a cámaras de combustión de geometría cilíndrica. En cuanto al método CFD, puede utilizarse en cámaras de cualquier geometría, sin embargo la predicción de los efectos locales de presión, estimados por los modelos de combustión, no es coherentes con los niveles de oscilación del autoencendido. La presente tesis contribuye al desarrollo de una metodología que mejore los métodos teórico-numéricos, superando sus limitaciones geométricas y predictivas. Esta metodología consiste en simular las condiciones termodinámicas del autoencendido, a partir de focos de presión y temperatura en instante temporal, sin considerar el proceso reactivo de la mezcla aire-combustible. En la primera parte de esta tesis, con la finalidad de simplificar las simulaciones se asume que el proceso de combustión se produce en el punto muerto superior, sin considerar el movimiento del pistón. En base a esta suposición, se estu / Donayre Ramírez, JC. (2012). Estudio CFD de la resonancia en la cámara de combustión de Motores Diesel HDI [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/18292

Las estrictas normativas aplicadas a los motores Diesel y los cambios en la medida de partículas a través de métodos no gravimétricos, han supuesto una mayor exigencia al diseño y optimización de estos motores en cuanto a su emisión de contaminantes. De igual manera existen requerimientos más estrictos para las técnicas y metodologías de medida que se deben emplear para evaluar dichas emisiones. Desde el año 2003 un grupo de expertos sobre contaminación y energía auspiciados por la Comisión Económica de las Naciones Unidas para Europa (UNECE-GRPE), inicio el programa para la medida de partículas ¿Particle Measurement Programme (PMP)¿, con el ¿n de desarrollar nuevas técnicas que permitan sustituir o complementar al método gravimétrico de medida de partículas el cual, se viene aplicando en Europa desde 1993 cuando se implementó la normativa EURO 1. El método propuesto por el PMP especi¿ca la medida de concentración numérica de partículas cuyo diámetro sea mayor que 23 nm. En este caso las partículas sólidas se de¿nen como las partículas que pueden permanecer en el aerosol de escape después de ser diluido y sometido a un proceso de calentamiento en un tubo de evaporación, cuya temperatura está controlada entre 300°C y 400°C. Con el objetivo de desarrollar una metodología alternativa a la propuesta por el PMP, la tesis doctoral que se presenta se ha basado en el estudio teórico - experimental de distintos parámetros que afectan a la medida de partículas cuando el motor está trabajando en condiciones de operación transitorias. En el trabajo se aborda el desarrollo de una metodología de medida de¿nida a partir de la estimación teórica del efecto de distintos factores del sistema de muestreo, así como la validación experimental de los efectos de estos factores sobre la medida. Aplicando de forma estricta la metodología desarrollada, se han realizado estudios con el ¿n de caracterizar la emisión de partículas del motor Diesel, bajo distintas condiciones de operación dinámicas, así como la evaluación de diferentes formulaciones de combustibles. En estos estudios el análisis de resultados se ha centrado en determinar la in¿uencia de las condiciones de operación sobre la emisión total de partículas, la distribución de tamaños y concentración de partículas de la moda núcleos, a la cual pertenecen la mayor parte de las partículas con diámetros inferiores a 23 nm. / Linares Rodríguez, W. (2013). METODOLOGÍA PARA LA MEDIDA DE PARTÍCULAS EN CONDICIONES DINÁMICAS DE OPERACIÓN DEL MOTOR DIÉSEL [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27665