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

La presente tesis aborda un análisis experimental del rendimiento, y emisiones de gases de escape de los efectos del octanaje y del contenido de etanol de la gasolina comercial sobre el comportamiento de un motor mono-cilíndrico de encendido por chispa que pertenece a un grupo electrógeno CATTINI/RI1500T2 de 1500 W, el cual fue abastecido con distintos gasolinas y gasoholes de distintos octanajes, se varió la relación de compresión y fue instalado en el Laboratorio de Energía de la PUCP. Se utilizaron 3 gasolinas comerciales (gasohol, E7.8) diferenciados por el índice de octano: gasohol 90 plus, gasohol 95 plus y gasohol 97 plus. Posteriormente, mediante un proceso de destilación implementado fue separado el contenido de etanol de estos combustibles. Con ello, se obtuvieron, en total, 6 muestras de combustibles (3 E7.8 y 3 E0). Adicionalmente, se variaron las dimensiones de la cámara de combustión; obteniéndose 3 relaciones de compresión: RC1 (10.1: 1), RC2 (8.4: 1) y RC3 (11.5: 1). Los ensayos fueron realizados en 15 condiciones de carga. Los resultados obtenidos muestran que el consumo de combustible disminuye (mayor rendimiento efectivo) para mayores relaciones de compresión usando un apropiado nivel de octanaje. En referencia a los parámetros calculados, se podría afirmar que el rendimiento efectivo del motor aumenta conforme se incrementa la carga y la relación de compresión; cuando no se tiene evidencia de una combustión anormal para un apropiado nivel de octanaje. Además se logró registrar la vibración del funcionamiento del motor y se identificó un ligero menor nivel de vibración al usar combustibles de 95 octanos. Por otro lado, los resultados de las emisiones muestran que las cantidades de emisiones de CO dependen íntimamente del dosado relativo; para un dosado relativo que incrementó su valor desde 1 a más (mezclas ricas en combustible), sus emisiones de CO aumentaron. Debido al mayor contenido de oxígeno en los E7.8 se tiene una combustión más completa y se reducen las emisiones de CO y no dependió significativamente del nivel de octanaje. En efecto; al haber una combustión más completa, las emisiones de CO2 aumentaron y se tuvo la reducción de los hidrocarburos no quemados

El presente trabajo de tesis realiza un análisis de la evaluación del consumo de combustible y emisiones de dos vehículos livianos, marca Kia Rio y motor de encendido por chispa, funcionando con dos mezclas de gasolina y etanol (E7,8 y E10). Uno de los vehículos transitó en Lima Metropolitana, mientras que el otro en la ciudad del Cusco. Ambos vehículos fueron instrumentados adecuadamente, para obtener un registro de las emisiones y trayectoria del circuito de conducción. Además, se obtuvo el valor promedio del consumo de combustible. Las pruebas fueron realizadas en diferentes días y horas. Con los resultados obtenidos durante los ensayos, tanto en Lima Metropolitana y Cusco, se puede inferir que el consumo de combustible aumenta de acuerdo al tráfico de la ciudad (+15%) y la altitud de la zona (+17,8%). Del mismo modo, mientras más se aumente el contenido de etanol a la mezcla, el consumo de combustible sufre un ligero incremento de 18%; ya que el etanol, a diferencia de la gasolina, posee un poder calorífico inferior; en tal sentido, el motor necesitará un mayor consumo de combustible para desarrollar la misma potencia. Con respecto a las emisiones gaseosas expulsadas por el vehículo, se observa un aumento de CO (+60%) y HC (+80%) debido a las condiciones de tráfico y un mayor consumo de combustible. Por otro lado, el incremento de etanol en la mezcla de combustible influyó que las emisiones de CO presentaran un descenso; caso contrario sucedió que las emisiones de NOX se incrementaran ligeramente. De igual forma, el efecto de altitud provocó menores emisiones de CO, NOX y HC en gramos por kilómetro, ya que en Cusco el porcentaje de oxígeno disminuye a 67% en volumen de aire a causa de la presión atmosférica que cae a 67,2 atm. Finalmente, las emisiones de CO2 no sufrieron mucha influencia por el aumento de etanol, ni por efecto de la altura.

La presente investigación titulada “Sistema in situ de detección de fallas en los inyectores de un motor diésel de alta potencia con aplicación en minería” tiene como objetivo reducir paradas imprevistas en los camiones mineros, producto de un mal funcionamiento del motor diésel. Para reducir estos tiempos y teniendo en cuenta que la muestra en analisis corresponde a datos de motores diésel QKS78 Cummins operando en mina Antamina y Las Bambas, se propone el diseño metodológico experimental de un sistema inteligente in situ que detecte la falla en un componente crítico de los motores Diesel de alta potencia, como es el caso del inyector. El sistema está basado en el análisis del comportamiento de las temperaturas del gas de escape del motor, variable que registra una relación con el mal funcionamiento del componente en estudio. El sistema de detección de fallas cuenta con un software que realiza la detección del mal funcionamiento del inyector, cuyos resultados obtenidos en la exactitud del modelo desarrollado, mediante algoritmos de inteligencia artificial, corresponde a un 88%, con un margen de error de 2%. Con esta información se torna posible proporcionar recomendaciones en las tomas de decisiones para la parada de los camiones mineros, relacionados a un mal funcionamiento del inyector o sensor de temperatura de escape, sin necesidad de un personal capacitado.

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.

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.

En este trabajo, el movimiento de giro del eje de un turbocompresor motor de combustión interna se mide mediante dos técnicas novedosas, la primera con el procesamiento digital de imágenes del eje del rotor durante el funcionamiento normal y anormal y la segunda técnica con sensores infrarrojos que basan su funcionamiento en el principio de albedo. Cada técnica aporta con información relevante para el conocimiento general de la dinámica rotacional en turbocompresores de MCIA, sin embargo la primera técnica aporta información más visual, como la aparición de aceite en el lado del compresor o la deformación de la punta del eje. La segunda técnica permita tener información con mayor resolución de frecuencia y datos más exactos acerca de las diferentes frecuencias de movimiento del eje. Estas técnicas son aplicadas para el estudio del comportamiento del turbocompresor en condiciones críticas de funcionamiento, las técnicas permiten la determinación de las condiciones más críticas en las que un turbocompresor de serie puede llegar a trabajar. Los ensayos experimentales siempre implican costos adicionales por lo tanto se pretende desarrollar un modelo de dinámica rotacional con el que se puedan identificar diferentes modos de vibración del turbocompresor sin la necesidad de un ensayo experimental. Dentro de la dinámica rotacional de turbocompresores un factor muy importante son los apoyos del rotor, es por esto que se ha realizado el cálculo de los coeficientes de amortiguación y rigidez de la película de lubricación con modelos sencillos analíticos, y modelos más complejos 2D y 3D con CFD. Al final se pretende realizar un ajuste del modelo de dinámica rotacional con los resultados experimentales y se realiza un estudio de sensibilidad de las variables que intervienen en la dinámica del eje. / López Hidalgo, MA. (2014). Estudio Teórico-Experimental de la Dinámica Rotacional de Turbocompresores de MCIA. Aplicación al Diagnóstico de Fallos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37746 / TESIS

El diagnóstico de motores y mecanismos lubricados a partir del análisis de lubricante es una herramienta ampliamente empleada en la industria moderna. A partir de los diferentes ensayos de determinación de los parámetros físicos químicos del aceite es posible establecer tanto el grado de deterioro del fluido lubricante como el funcionamiento de la máquina lubricada, principalmente a partir de la determinación de metales de desgaste.En el trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral se han estudiado las diferentes alternativas de análisis de metales, con la finalidad de mejorar los procesos existentes, permitiendo una determinación más próxima al contenido exacto de metales presente en la muestra y en consecuencia, posibilitando un diagnóstico precoz de posibles fallos.La determinación de metales mediante espectrometría de emisión de plasma (ICP-OES), que es la técnica generalizada de análisis, no es capaz de detectar el contenido metálico de partículas superiores a 5 micrómetros; los métodos de ataque ácido para diluir las partículas de mayor tamaño no son recomendables dado el elevado tiempo empleado durante el tratamiento y la peligrosidad de los reactivos empleados.La separación de partículas a través de la aplicación conjunta de un campo magnético y el filtrado a través de membranas se presenta como un método eficaz para determinar el contenido de metales en el aceite. A partir del estudio morfológico de las partículas es posible establecer qué tipos de fenómenos de desgaste ocurren así como la gravedad de los mismos.El método combinado de separación ha sido comparado frente a otros como la espectrometría de emisión de plasma, poniendo de manifiesto que es la herramienta más eficaz para la detección de fallos en mecanismos cuando éstos llevan asociados la generación de partículas de tamaños superiores a los 15 micrómetros. En último lugar se debe señalar que el método de separación propuesto es también aplicable a la detección de partículas en combustibles / Montoro Moreno, L. (2005). Contribución al desarrollo y mejora de técnicas para la detección y análisis de partículas metálicas y contaminantes en aceites lubricantes usados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1875 / Palancia