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

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

Durante el proceso de apertura y cierre de un inyector Diesel, las características del combustible a la salida de la tobera cambian significativamente como consecuencia del movimiento de la aguja. Este hecho tiene una enorme influencia en el desarrollo del chorro y en el proceso de mezcla entre el aire y el combustible y, por tanto, en el posterior proceso de combustión. Sin embargo, y a pesar de su importancia, todavía hoy existen multitud de cuestiones sobre el proceso de inyección que permanecen sin resolver debido, en parte, a la dificultad para llevar a cabo experimentos a levantamientos de aguja parciales. Teniendo en cuenta lo anterior, la presente tesis se ha centrado en el estudio de la influencia del levantamiento de aguja sobre el flujo interno en toberas de inyección Diesel. Este trabajo se ha llevado a cabo mediante simulaciones tridimensionales del flujo en condiciones cavitantes y no cavitantes, modelando la cavitación mediante un modelo de equilibrio homogéneo implementado en OpenFOAM. Antes de analizar en profundidad la influencia de la posición de la aguja, el código ha sido puesto a punto y validado con resultados experimentales en un orificio calibrado, una tobera monorificio y una tobera multiorificio en condiciones de levantamiento de aguja máximo. El modelo de cavitación ha mostrado una gran precisión en la predicción del gasto másico, el flujo de cantidad de movimiento, la velocidad, los coeficientes de flujo y la apariencia de la cavitación. Además, los resultados computacionales y experimentales obtenidos en la validación del código han servido para estudiar alguno de los fenómenos asociados a la cavitación, como el colapso de gasto másico o el aumento de velocidad y de turbulencia. Tras la validación del código, éste ha sido utilizado para analizar la influencia del levantamiento de aguja en una tobera microsaco real. Inicialmente, se ha llevado a cabo un estudio de más de 500 ejecuciones simulando diferentes levantamientos de aguja fijos mediante métodos RANS. En este estudio, centrado principalmente en las características del combustible a la salida de la tobera y en el desarrollo de la cavitación, se ha podido observar un cambio significativo en el aspecto de la cavitación en función de la posición de la aguja: para levantamientos grandes, el vapor se desarrolla a lo largo de la parte superior del orificio, mientras que para levantamientos pequeños, la cavitación aparece en el asiento de la aguja y en la parte inferior del orificio para contrapresiones relativamente bajas. Este hecho tiene una enorme influencia sobre los valores de gasto másico, de flujo de cantidad de movimiento y de velocidad efectiva, los cuales apenas varían para levantamientos de aguja mayores de 75 ¿m. Posteriormente, los efectos del levantamiento de aguja han sido estudiados aplicando métodos LES. El uso de Large Eddy Simulation ha proporcionado información de gran relevancia sobre el flujo interno, especialmente sobre el desarrollo de la turbulencia y su interacción con el fenómeno de la cavitación. Los resultados de este estudio han demostrado que la cavitación favorece el desarrollo de la turbulencia, provocando un cambio notable de los niveles de turbulencia y de la región más turbulenta de la tobera en función de la posición de la aguja. Además, los resultados han puesto en evidencia la existencia de una cierta interacción o interdependencia entre ambos fenómenos, puesto que la turbulencia tiene a su vez importantes efectos sobre la apariencia de la cavitación. Profundizando en el desarrollo de la turbulencia, se ha observado también un aumento significativo del número de vórtices presentes en el fluido y un descenso de su tamaño a medida que la aguja desciende. Finalmente, se ha analizado la influencia del levantamiento de aguja mediante malla móvil, reproduciendo así el movimiento real de la aguja durante todo el proceso de inyección. Este último estudio ha sido posible gracias a la modificación del código y ha sido utilizado a partir de condiciones de contorno proporcionadas por un modelo unidimensional del inyector creado en AMESim. Por una parte, se han comparado los resultados obtenidos mediante simulaciones estacionarias y transitorias, mostrando diferencias despreciables en el cálculo de las características del combustible en la salida de los orificios de la tobera. No obstante, se ha detectado un menor volumen de combustible en fase vapor en las simulaciones transitorias, especialmente para pequeños levantamientos de aguja. Por otra parte, se ha comparado la tasa de inyección experimental con la tasa obtenida en OpenFOAM y AMESim. Dicha comparación ha permitido demostrar el gran potencial de AMESim y el buen comportamiento de OpenFOAM para predecir la tasa de inyección. / Martínez López, J. (2013). Estudio computacional de la influencia del levantamiento de aguja sobre el flujo interno y el fenómeno de la cavitación en toberas de inyección diésel [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/29291

Los motores de combusti'on interna est'an inmersos en una constante evoluci'on tecnol'ogica con el ¿n de mejorar sus prestaciones y satisfacer adem'as las cada vez m'as restrictivas normas anticontaminantes. En el caso de los motores diesel esto concierne especialmente a las emisiones de NOx y part'¿culas. Los sistemas destinados a reducir estas emisiones (inyecci'on directa common-rail, sobrealimentaci'on con geometr'¿a variable, recirculaci'on de gases de escape, trampas de part'¿culas, catalizadores, etc.) requieren de una cada vez m'as so¿sticada gesti'on electr'onica. En a¿nos recientes est'an disponibles en el mercado sensores capaces de medir las emisiones contaminantes del motor durante su operaci'on, lo que permite reformular el sistema tradicional de control del motor, hist'oricamente basado en el uso de variables intermedias como el gasto de aire. La presente Tesis Doctoral explora el potencial de estrategias de control del motor basadas en la medida proporcionada por un sensor de concentraci'on de NOx en el escape. En ella, tal medida es aplicada a la regulaci'on del sistema de recirculaci'on de gases de escape y, de forma m'as novedosa, al control coordinado de la inyecci'on y de la renovaci'on de la carga del motor. Adem'as, la capacidad de identi¿car modelos que predigan el comportamiento del motor permite la aplicaci'on de t'ecnicas de control predictivo basadas en modelos. La consecuci'on de estos objetivos se basa en los siguientes elementos: Puesta a punto de una instalaci'on experimental compuesta por un sistema de adquisici'on de se¿nales en tiempo real que permita la adquisici'on de las se¿nales de los sensores de serie del motor y la instalaci'on de nuevos sensores adicionales al motor, tanto convencionales como experimentales, as'¿ como la programaci'on y ejecuci'on de l'ogicas de control en tiempo real. El desarrollo de tal sistema de prototipado presenta una especial di¿cultad y es el primer paso para obtener los resultados que pretende esta Tesis. Obtenci'on de modelos matem'aticos capaces de predecir el comportamiento del motor, que permiten conocer el sistema y desarrollar algoritmos de control. Tales modelos permiten adem'as realizar una selecci'on de los emparejamientos entre sensores y actuadores, as'¿ como compensar el efecto que tengan las actuaciones sobre el par motor. Realizaci'on del control en bucle cerrado de los NOx medidos bas'andose en los modelos obtenidos y los sensores dispuestos en el motor. Se comparan distintas estrategias de control, incluyendo la evaluaci'on de sistemas de control conjunto del bucle de aire y de la inyecci'on. La Tesis Doctoral demuestra la posibilidad de emplear la medida de NOx para el control de los motores diesel sobrealimentados. / Cabrera López, P. (2013). Aplicación de la medida de NOx para el control de motores diesel sobrealimentados [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31205

El trabajo desarrollado en la presente tesis doctoral está encaminado al desarrollo de metodologías para la parametrización en tiempo real del proceso de combustión en motores Diésel de inyección directa. Para ello, se dispone del conocimiento previo sobre adquisición de señal de presión y diagnóstico de la combustión mediante el modelado termodinámico existente en el grupo de trabajo en que se ha desarrollado. El trabajo se ha orientado, por un lado, a de¿nir y poner a punto la herramienta necesaria para la medida y el tratamiento digital de la presión en cámara con el objetivo de aportar mayor ¿abilidad y precisión al modelo termodinámico de diagnóstico de la combustión y por otro lado, al desarrollo de nuevas metodologías de diagnóstico de la combustión basadas en el análisis de la derivada de la presión en cámara. De este modo, el trabajo realizado ha llevado a la obtención de procedimientos simples que permiten localizar el ángulo de inicio de la combustión, el ángulo de ¿nal de la combustión y el ángulo donde se produce la máxima tasa de liberación de calor únicamente a partir de la señal del sensor de presión en cámara. Además, se ha evaluado el potencial y se ha propuesto ámbitos de aplicación de cada metodología. El trabajo realizado aporta precisión y robustez a la caracterización de la combustión, abriendo la posibilidad de desarrollos futuros de estrategias de control basadas en la optimización, en tiempo real, del proceso de la combustión. Una optimización crucial para la mejora de los motores diésel y la reducción de los contaminantes. / Abbad Andaloussi, A. (2013). Metodología para la parametrización en tiempo real del proceso de combustión en MCIA [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/31208

Fuel direct injection represents one of the key turning points in the development of the Diesel engines. The appeal of this solution has been growing thanks to the parallel advancement in the technology of the injection hardware and in the knowledge of the physics involved in the spray formation and combustion. In the present thesis, the effect of partial needle lift and injection rate shaping has been investigated experimentally using a multi-orifice Diesel injector. Injection rate shaping is one of the most attractive alternatives to multiple injection strategies but its implementation has been for long time impeded by technological limitations. A novel direct-acting injector prototype made it possible to carry out the present research: this injector features a mechanical coupling between the nozzle needle and the piezo-stack actuator, allowing a fully flexible control on the nozzle needle movement and enabling partial needle lift as well as the implementation of alternative injection rate shapes typologies. Different optical diagnostics were applied to study the spray development and combustion in a novel continuous flow test chamber that allows an accurate control on a wide range of thermodynamic conditions (up to 1000K and 15MPa). In addition, hydraulic characterization tests were carried out to analyze the fuel flow through the injector nozzle. Partial needle lift has been found to affect the injection event, reducing the mass flow rate (as expected) but also causing a reduction in the effective orifice area and an increase on the spreading angle. Moreover, at this condition, higher hole-to-hole dispersion and flow instabilities were detected. Needle vibrations caused by the needle interactions with fuel flow and by the onset of cavitation in the needle seat are likely the causes of this behavior. Injection rate shaping has a substantial impact on the premixed phase of the combustion and on the location where the ignition takes place. Furthermore, the results proved that the modifications in the internal flow caused by the partial needle lift are reflected on the ignition timing. On the other hand, the analysis of the experimental data through a 1D spray model revealed that an increasing mass flow rate (e.g. ramp or boot injection rate profiles) causes an increase in the fuelair equivalence ratio at the lift-off length and a consequent higher soot formation during the diffusive phase of the combustion. Finally, the wide range of boundary conditions tested in all the experiments served to draw general conclusions about the physics involved in the injection/combustion event and, in some cases, to obtain statistical correlations. / Bardi, M. (2014). PARTIAL NEEDLE LIFT AND INJECTION RATE SHAPE EFFECT ON THE FORMATION AND COMBUSTION OF THE DIESEL SPRAY [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37374

En el motor Diesel, uno de los temas que ha despertado gran interés en las últimas décadas es el sistema de inyección, debido a su influencia en los procesos de atomización y formación de la mezcla aire-combustible, los cuales repercuten directamente en las prestaciones y emisiones contaminantes del motor. Con el objetivo de disminuir la brecha científica en el conocimiento del comportamiento del flujo interno y del chorro a la salida del orificio se han llevado a cabo numerosos estudios, tanto teóricos como experimentales, así como de modelado fluidodinámico. Sin embargo, el estudio del flujo en el interior de las toberas de inyección, así como su efecto sobre la atomización del combustible y el desarrollo del chorro en sus primeras etapas, muestra aún incertidumbres significativas, constituyendo un reto importante para la investigación en este campo. En esta Tesis se diseña y pone a punto un sistema para la visualización del flujo interno y el chorro utilizando toberas transparentes. Con este diseño, y con la aplicación de una técnica de visualización de alta resolución espacial, es posible establecer de forma más directa la relación entre las características del flujo en el interior de los orificios y la formación del chorro en sus primeros milímetros. Además, el sistema de visualización permite trabajar con diferentes geometrías y secciones de orificio (planas o cilíndricas), lo cual posibilita caracterizar la influencia de la geometría tanto en el flujo interno como en el chorro. De esta manera, se ha analizado en primer lugar la influencia que tiene la geometría en la formación y desarrollo de la cavitación en el interior del orificio, así como su relación con el colapso del gasto másico. Para ello, se han utilizado diferentes geometrías de toberas planas transparentes con dimensiones cercanas a las reales. Como resultado de este estudio se ha podido observar que toberas con una sección de salida más grande son más propensas a cavitar; también se ha observado que toberas con mayor longitud de orificio necesitan de condiciones más criticas para cavitar y que el colapso del gasto másico se presenta en condiciones de supercavitación. Una vez estudiada la influencia de la geometría en el comportamiento del flujo interno, se analiza la influencia que tiene la aparición y desarrollo de la cavitación en el interior de los orificios sobre la atomización y características del chorro. Como resultado de este estudio se pueden apreciar los diferentes regímenes de atomización y se puede ver que la cavitación hace que aumente de forma significativa tanto el ángulo de apertura del chorro en los primeros milímetros como las irregularidades del contorno del mismo, favoreciendo el proceso de atomización. / Venegas Pereira, ÓH. (2014). Estudio del fenómeno de la cavitación en la inyección Diesel mediante la visualización del flujo interno en orificios transparentes [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/37375

Se realiza un modelo CFD-3D de un compresor centrífugo. Se determina la configuración numérica adecuada para simular puntos de funcionamiento cercanos a bombeo. Se validan los resultados frente a ensayos experimentales realizados en cámara anecoica. Se analizan los resultados, justificando las características del ruido emitido por el compresor a partir de los patrones de flujo encontrados. En particular, se analiza el flujo en la holgura entre los álabes y la carcasa del compresor y en la parte posterior del rodete. Por último, se analiza la influencia de las geometrías aguas arriba del compresor en el ruido producido por éste. / Navarro García, R. (2014). A numerical approach for predicting flow-induced acoustics at near-stall conditions in an automotive turbocharger compressor [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/44114 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Esta tesis ofrece un recorrido conceptual sobre la representación mediante termografía infrarroja, a través de la práctica artística, en la que se constata que la nueva función que le ha sido otorgada, brinda la posibilidad de reproducir el mundo desde la estética del calor; aportando una nueva herramienta plástica que permite expresar sentimientos e ideas, establecer diálogos y obtener nuevos conocimientos. La termografía infrarroja nos aporta conocimiento, nos muestra una parte de la realidad, algo; un suceso que está pasando, relacionado con el espacio y el tiempo. Hace visible el calor de nuestro entorno, mostrando su apariencia y cómo interactuamos con él. En el desarrollo de la investigación se han tenido en cuenta los procesos que se producen desde la concepción de la obra térmica y el propósito que mueve al autor en su creación, a los requisitos técnicos y las condiciones de la imagen que hacen posible que se den las circunstancias para manifestar, exponer o transmitir un mensaje; también las reacciones que puede suscitar en el espectador la observación de dicha imagen. Explorar para conocer el medio, la referencia a signos plásticos, y los análisis realizados; son las claves para definir cómo se configura este lenguaje y encontrar pautas que se pueden considerar patrones en la representación. Se ha estudiado la técnica termográfica y el abanico de posibilidades que ofrece respecto a la representación, para comprender y entender el comportamiento de la radiación infrarroja y el de la cámara térmica y así, poder sacar el máximo rendimiento a las imágenes. Conocer cómo funciona el calor, proporciona datos para planificar las “sesiones de termografía”. También se analiza la expresión visual, verificando la existencia de elementos gráficos en las imágenes, y sus cambios respecto al visible, señalando los más comunes y los más llamativos. Asimismo, se muestran los resultados derivados de la observación de la nueva visión del entorno, el tiempo y el lugar y la posibilidad de expresar, comunicar y transmitir, vida y emoción. En la representación humana, además se repara en los atributos que hacen posible la mimesis, la expresión de los sujetos y su ser interno. Los descubrimientos, hallazgos y conclusiones extraídos son múltiples. Algunos tienen carácter personal; otras son referentes a la obra y la representación, y pensamos, que todos ellos sientan las bases de este recurso plástico. / Carreño De Vicente, MTD. (2015). Termografía infrarroja creativa. Lenguaje plástico-visual en la imagen térmica [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48528

Belarte Mañes, E. (2015). Estudio del proceso de combustión premezclada controlada por la reactividad del combustible en un motor de encendido por compresión [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48556