Desarrollo de un modelo de valores medios y de un modelo físico de un motor diesel industrial con Simcenter AMESIM

Abstract

El Trabajo Fin de Máster propuesto tiene como objetivo el modelado de un motor diésel rápido de aplicación como generador eléctrico utilizando el programa de simulación Simcenter Amesim de Siemens, y el posterior análisis de resultados comparándolos con los obtenidos en banco de ensayos. Dicho modelado se hará de dos formas: • Modelo de valores medios. • Modelo físico de componentes del motor. El modelado de motores es una labor importante, pues permite realizar el mantenimiento de estos de forma predictiva, de tal forma que el ingeniero se pueda adelantar a los posibles fallos futuros. Una modelización de un motor es una forma más de diagnosis que en las últimas décadas se ha visto potenciada con la mejora de la tecnología. Actualmente, las grandes empresas dedicadas al sector de los motores desarrollan modelos matemáticos que van desde los casos más simples en los que se obtienen valores muy aproximados de forma bastante rápida, hasta casos muy complejos que utilizan la dinámica de fluidos computacional para realizar un estudio exhaustivo del flujo. Para introducir al lector en el modelado de motores, se tendrán dos capítulos dedicados a ello. En el capítulo dos se verán los diferentes tipos de modelado existentes, en qué se basan y qué los diferencian. En el capítulo tres se expondrá la teoría fisicomatemática del modelado de motores cero-dimensionales y cuasi-dimensionales. Se dedicará el capítulo cuatro a introducir brevemente el programa Simcenter Amesim para poder dar al lector una idea global de este. Los capítulos cinco y seis corresponden al procedimiento de los dos modelos. Los modelados se realizarán partiendo de parámetros geométricos del motor, así como datos empíricos y parámetros operativos en diferentes condiciones de funcionamiento. Entre esta información se incluyen las curvas del turbocompresor, los levantamientos de válvulas, la geometría del motor ya mencionada y valores de presiones y temperaturas en puntos concretos. Para ello se utilizará la librería ‘IFP Engine’ disponible en Amesim y creada por el Instituto Francés del Petróleo, que cuenta con un gran número de componentes de motores, entre los que se encuentran varios tipos de cilindros que siguen modelos matemáticos distintos. Haciendo uso de un amplio rango de valores en diferentes condiciones de funcionamiento se calibrará y validará el modelo. En el capítulo siete se compararán ambas metodologías de modelado, teniendo en cuenta la precisión de las variables simuladas, el procedimiento a seguir en ambos métodos y sus aplicaciones prácticas. El capítulo ocho recogerá las conclusiones del trabajo, donde se detallarán los problemas encontrados, los puntos críticos y los pasos futuros entre otros. Por último, se recoge la bibliografía utilizada para desarrollar el trabajo. Se pretende también que este proyecto sirva de guía para futuros usuarios que pretendan iniciarse en el modelado de motores con la herramienta Amesim. Para ello, se detallará de manera secuencial el procedimiento de modelado a seguir y se recogerán en un anexo varias explicaciones que podrían ser adecuadas para ayudar a introducirse en el manejo del programa.