Neste trabalho, pretendeu-se obter as características da movimentação do ar no início do tempo de admissão em um motor diesel, partindo de sua entrada no cabeçote, passando pelos pórticos de admissão e válvulas, até a câmara de combustão, utilizando dados reais da geometria e do processo de sobrealimentação de um motor diesel. Para tanto, utilizou-se da abordagem clássica da dinâmica dos fluidos para o desenvolvimento de um modelo matemático constituído por equacionamentos que representassem o consumo de ar, a rotacionalidade do movimento do ar nos pórticos e a movimentação de ar no cilindro, descrita por linhas de corrente obtidas a partir da aplicação da teoria de escoamento potencial plano. Os cálculos foram efetuados usando planilhas eletrônicas geradas em aplicativo Excel e, tanto a avaliação dos efeitos da geometria dos condutos quanto a determinação das linhas de corrente, foram realizadas usando o aplicativo gráfico Rhinoceros. Neste trabalho foram estudadas seis condições associadas a seis ângulos de virabrequim do início do tempo de admissão e que geraram seis conjuntos de linhas de corrente. Os resultados foram comparados com ensaios de PIV - particle image velocimetry e apresentaram semelhanças relevantes nos formatos e nos sentidos das linhas de corrente. Concluiu-se que o procedimento utilizado, por sua simplicidade de implementação, não é prático quando há a necessidade de alteração de uma das variáveis envolvidas. Porém, ao desenvolver o equacionamento para os casos apresentados, foi possível estudar o fenômeno em profundidade satisfatória, mesmo com as hipóteses simplificadoras utilizadas. / In this work, the aim was to obtain the air flow characteristics in the beginning of the intake stroke in a diesel engine, considering the inlet in head, its passiage by intake runners and valves, up to the combustion chamber, using values obtained from geometry and supercharging process observed in a specific diesel engine. It was used a classical fluid dynamics approach to develop a mathematical model which represent the air consumption, the rotation of the air at intake runners and the air flow within the cylinder, described by streamlines obtained by the use of potential flow theory. The calculation used Excel electronic spreadsheets and both the effects from geometry of intake runners evaluation and the streamlines generation were conducted in drawing software Rhinoceros. In this work six different conditions, associated at six crankshaft angles in the beginning of the intake stroke were studied, resulting in six streamlines set. The results were compared to a PIV test - particle image velocimetry - and relevant similarities was observed both in shapes and rotation sense of streamlines. The conclusion was that the methodology, considering its simplicity in implementation, it is not the most practical method when a modification in variables involved is necessary. However, this methodology was enough to study the phenomenon in satisfactory depth, even using the simplifying assumptions.

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 no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/27665 / TESIS

El objetivo principal de esta investigación ha consistido en determinar y analizar el potencial de los ciclos Atkinson y Miller para reducir el nivel de emisiones contaminantes y el consumo de combustible en un motor Diesel de transporte pesado equipado con un sistema de distribución flexible tanto en condiciones de baja como de alta carga. Esta estrategia ha sido evaluada en combinación con otras más convencionales, como son el retraso en el inicio de la inyección y la reducción en la concentración de oxígeno por medio de la recirculación de gases de escape. La presente tesis se ha desarrollado bajo un enfoque que permite comprender en la medida de lo posible los fenómenos básicos involucrados en los diferentes procesos objeto de estudio, y con ello generalizar al máximo los resultados. Por lo que este análisis se ha planteado desde una perspectiva teórico-experimental combinando diferentes herramientas con el objetivo de maximizar la información. Para la consecución de este objetivo se ha seguido una estructura secuencial donde en primer lugar se ha desarrollado una metodología específica diseñada para planificar adecuadamente las condiciones de operación objeto de estudio. Posteriormente, se han caracterizado las modificaciones introducidas en las condiciones termodinámicas del gas atrapado en el interior del cilindro, sobre el que se desarrolla el proceso de combustión, al implementar tanto un ciclo Atkinson como posteriormente un ciclo Miller. En la siguiente etapa del presente trabajo de investigación se ha realizado un análisis integral del proceso de combustión Diesel, incluyendo el proceso de formación de la mezcla, las características propias del proceso de combustión, la formación de emisiones contaminantes y finalmente el rendimiento térmico para identificar la influencia que los cambios anteriores introducen en estos procesos. Por último, como etapa final se comparan entre sí las diferentes estrategias estudiadas. / Novella Rosa, R. (2009). Estudio de la influencia de los ciclos Atkinson y Miller sobre el proceso de combustión y las emisiones contaminantes en un motor Diesel [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/6684 / Palancia

Hoy en día, la industria de maquinaria pesada ha desarrollado una mejora en la tecnología de sus motores; antes se tenía motores con accionamiento solo mecánico pero las diversas normas sobre el cuidado del medio ambiente y el uso efectivo de los combustibles han obligado a empresas como Caterpillar a desarrollar motores con controles electrónicos que permitan cumplir con tales normas. En tal sentido, se requiere capacitar al personal técnico mecánico en electrónica básica, lectura de planos electrónicos; entre otros, para luego brindar el servicio de mantenimiento a la maquinaria pesada. El objetivo del trabajo de tesis es el diseño e implementación de un sistema simulador de sensores para fines de entrenamiento de personal técnico mecánico. El método desarrollado para implementar el sistema consiste en un estudio sobre el funcionamiento de los sensores del sistema electrónico, el desarrollo de circuitos de acondicionamiento de señales, la selección del microcontrolador, la elaboración de un programa de aplicación para la interface y comunicación. El resultado más saltante es la simulación de las señales de los sensores con potenciómetros; las cuales se grafican en una interfaz desarrollada con el software Visual Basic donde se pueden visualizar los códigos de falla, en caso los hubiera. Teniendo en cuenta los resultados alcanzados, se concluye que este sistema es una herramienta didáctica que posibilita a los técnicos mecánicos entender el funcionamiento de los sensores y como la variación de sus señales generan códigos de falla que afectan el rendimiento de los motores electrónicos Caterpillar.

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 este trabajo se calcularon las emisiones de buses con motores diesel en Lima y Callao de los contaminantes de CO2, PM10, CO, HCT y NOx. Los resultados fueron; 220,358 ton/año, 2,034 ton/año, 377 ton/año, 643 ton/año y 7,250 ton/año. La metodología consistió en obtener una base de datos que representa la flota actual de transporte público de Lima y Callao, luego se obtuvieron factores de emisión para estimar los niveles de cada uno de los contaminantes, los cuales fueron seleccionados para cada tipo de vehículo por año de fabricación, por clase y después se aplicó a cada tipo de emisión los factores de corrección que correspondan. Este trabajo consta de cuatro partes. La primera es una investigación sobre el origen de las emisiones en motores diesel, sus parámetros de formación y las tecnologías de reducción de emisiones en el sistema de escape. También se investigaron los Factores de emisión, por medio de los cuales se calculó los niveles de emisión generados de manera global. Finalmente se describió la legislación actual de Lima y Callao la comercialización del combustible diesel. En la segunda parte se presentan las características de la flota de transporte a través de una muestra que representa el 11.1% de la flota total de Lima y Callao. El 72.2% del total de la flota vehicular son buses sin norma de emisión durante la fabricación (anteriores al año 1992) y los cuales contribuyen a más del 70% de las emisiones en Lima y Callao. En la tercera parte se plantea el método de cálculo para estimar los niveles de emisión de cada vehículo según su clasificación por clase y por norma euro a la que pertenece. Dependiendo de cada contaminante se obtienen factores de corrección para llegar a los resultados finales, esto en base a factores de emisión de la metodología COPERT. Finalmente se presentan tres escenarios de reducción del exceso de la flota actual y reemplazo de vehículos antiguos por nuevos fabricados bajo normas de emisión Euro III logrando reducciones de hasta 90%.

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.

O presente trabalho buscou estudar experimentalmente os efeitos do deslocamento da posição final dos dutos de admissão de um cabeçote no número de swirl e as possíveis consequências nos parâmetros de desempenho do motor diesel (torque, emissão de poluentes e consumo de combustível). Foram construídos protótipos de cabeçotes divididos em quatro grupos de deslocamentos com diferentes direções e sentidos. O valor nominal desses deslocamentos foi de 1 mm. Em seguida os cabeçotes passaram por medição de geometria para verificação da posição real dos dutos de admissão; posteriormente os cabeçotes foram ensaiados em uma máquina de medição do número de swirl. A partir dos dados de posição dos dutos de admissão e do número de swirl de cada cabeçote, foi feita uma regressão linear múltipla para se obter uma equação que correlaciona o número de swirl com os deslocamentos em X e Y dos dois dutos de admissão. Na última parte do trabalho, os cabeçotes de cada grupo de deslocamento foram montados sucessivamente em um motor diesel instalado em dinamômetro para medição dos seus parâmetros de desempenho, a saber: curva de torque; consumo específico e emissão de poluentes. / This work aimed to study experimentally the effects of intake ports displacement of a cylinder head in its swirl number and the possible consequences in the diesel engine performance parameters (torque, emissions and fuel consumption). Cylinder head prototypes were divided into four groups with different displacement directions. The nominal value of these displacements was 1 mm. The cylinder heads were measured to check the real position of their intake ports; then the cylinder heads were tested in a machine to measure the swirl number. From the intake ports position data and swirl number of each cylinder head, a multiple linear regression was performed to obtain an equation that correlates the swirl number with intake ports displacement in X and Y directions. As last step of this work, the cylinder heads of each displacement group were mounted in a diesel engine installed on a dynamometer to measure its performance parameters: torque curve; specific fuel consumption and emissions.

Este estudo pretende avaliar, através de simulações em Computational Fluid Dynamics (CFD), o comportamento do ar frio no interior da câmara de combustão com foco no movimento denominado Swirl. Testes computacionais no cabeçote de um motor de ignição por compressão foram realizados nos quais deslocamentos hipotéticos dos dutos de admissão foram impostos. Posteriormente foram realizadas análises na alteração do número de Swirl e comparados com o comportamento padrão esperado pelo cabeçote. Os resultados indicaram que o Swirl é sensivelmente alterado dependendo do sentido de deslocamento bem como que deslocamentos no eixo cartesiano x são mais impactantes do que deslocamentos no eixo y. Observou-se também, que diferenças expressivas no comportamento do ar ocorrem após a abertura de 73,33% da válvula de admissão. Nas conclusões são apresentados os efeitos causados pelo deslocamento dos dutos de admissão, pontos fortes e fracos deste trabalho e uma breve lista de possíveis desdobramentos desse estudo. / This research evaluates, by Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation, the cold air behaviour inside the combustion chamber with focus on a movement named Swirl. Virtual tests were performed on an ignition compression engine overhead where hypothetical shifts on the air intake ducts were imposed. After that analysis were done in the Swirl changes and compared with expected pattern. The results indicated that Swirl is significantly changed depending on the direction of displacement as well as displacements on Cartesian axle x are more expressive than displacements on axle y. It was also observed more expressive changes in air behaviour after valve lifting of 73,33%. In the conclusions are presented the effects caused by displacement on the air intake ducts, strengths and weakness of this research and a list of possible research deployment.

Investigar, em motores veiculares pesados, alimentados com combustível diesel, a emissão de dioxinas e furanos clorados (PCDD/Fs) e hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs), através da análise de material particulado e gases do sistema de exaustão. Investigar a mutagenicidade do material particulado e gases coletados. Material e Métodos: Os testes de emissão foram feitos em banco de provas dinamométrico de bancada de acordo com Ciclo 13 Pontos de testes, utilizando-se motores Diesel nacionais de aplicação veícular. Um mini-túnel de diluição foi usado para obtenção de amostras de material particulado. As análises de PCDD/Fs e PAHs foram realizadas em laboratório nacional. Para a análise de PCDD/Fs utilizou-se o método USEPA 8290 (1994) e para a análise de PAHs foi utilizado o método USEPA TO 13A (1999). A análise de mutagenicidade foi realizada de acordo com o Teste de Ames (TA98). Resultados: As medições de PCDD/Fs indicaram em geral valores abaixo do limite de detecção do método analítico. Em uma das amostras foi verificado que o OCDD ficou acima do limite de detecção, enquanto em outra isto ocorreu para o OCDF e para o 1,2,3,7,8-PeCDF. Em relação aos PAHs analisados verificou-se a presença dos seguintes compostos: Naftaleno, Acenaftileno, Acenafteno, Fluoreno, Fenantreno, Antraceno, Fluoranteno, Pireno, Benzo[a]antraceno, Criseno, Benzo[b]fluoranteno, Benzo[k]fluoranteno. A média encontrada para 5 amostras analisadas foi de 3.580,5 µg/g de material particulado. Os PAHs encontrados neste trabalho indicam alguma similaridade com a literatura disponível, para valores em % e µg/g de material particulado total coletado. O teste de Ames indicou que o material particulado coletado de motores diesel tem alta atividade mutagênica. Conclusões: A emissão de PCDD/Fs, para o nível de tecnologia dos motores Diesel testados mostrou-se pouco significativa, considerando-se combustível conforme especificado e método e limite de detecção utillizados. Em relação aos PAHs, os resultados indicaram que motores diesel têm uma contribuição importante na formação destes compostos. A alta atividade mutagênica observada mostra que as emissões de veículos Diesel são potencialmente tóxicas. Recomenda-se a continuidade de estudos para definição da regulamentação desses poluentes. / To investigate emission of chlorinated dioxins and furans (PCDD/Fs) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in heavy duty diesel engines, through the analysis of particulate material and gases in the exhaust.To verify mutagenicity of collected particulate material and gasesous sample extracts. Material and Methods: The engine emissions tests were done in dynamometer test bench according to 13-Mode Cycle, using brazilian engines, vehicle application. A mini dilution tunnel was used to obtain particulate matter and gaseous sample. PCDD/Fs and PAHs analyses were carried out in a certified national laboratory. Dioxins and furans were analyzed according with Method 8290 (USEPA, 1994) and PAHs by Method TO13A (USEPA, 1999). The mutagenicity analyses were done in accordance with Ames test (TA98) Results: The measurements of dioxins and furans in diesel engines operating in controlled conditions in dynamomter bench test, had indicated emissions values in general below the detention limit of the analytical method. In one of the samples it was verified that the OCDD was above the detention limit, while in another one this occurred for OCDF and 1,2,3,7,8-PeCDF. In relation to 16 PAHs it was verified the presence of the following compounds: Naphthalene, Acenaphthylene, Acenaphthene, Fluorene, Phenanthrene, Antracene, Fluorantene, Pyrene, Benzo[a]antracene, Chrysene, Benzo[b]fluoranthene and Benzo[k]fluorantene. The average value of the sum of PAHs found in five samples was 3,580.5 µg.g-1. The PAHs found in this study indicates some similarity with available literature for values in % and µg/g of particulate matter.The Ames test showed that the collected particulate material from diesel engines presents high mutagenic activity. Conclusion: The emission of PCDD/Fs, for the level of technology of the tested Diesel engines revealed little significant, considering the specified fuel, method of analysis and limit of detention used. In relation to the 16 PAHs, the tests results had indicated that diesel engines has an important contribution in the formation of these compounds. The high mutagenic activity observed shows that the emissions of Diesel vehicles are potentially toxic. The continuity of studies for definition of the regulation of these pollutants is recommended.