Modelo termodinámico de diagnóstico para motores diésel duales

Abstract

La sustitución parcial de combustibles diésel por combustibles renovables gaseosos en motores diésel, dando lugar a los denominados motores duales, está cobrando especial importancia en los últimos años, ya que permite reducir el uso de combustibles fósiles sin llevar a cabo cambios significativos ni en la mecánica del motor ni en los modos de funcionamiento empleados. Esta alternativa ofrece mejor rendimiento que los motores de gas y mayor flexibilidad a la hora de consumir gases combustibles. Para analizar el proceso de combustión es habitual recoger la señal de presión en cámara por medio de transductores piezoeléctricos. A partir de ésta, y resolviendo el primer principio de la termodinámica (modelo de diagnóstico), es posible realizar un análisis del proceso de combustión por medio de las curvas de calor liberado y de temperatura media en la cámara. En el caso de los motores duales, el hecho de introducir un combustible gaseoso junto con el aire en la admisión del motor modifica las propiedades del fluido comprimido, así como los productos de la combustión, afectando por tanto a variables fundamentales del diagnóstico de la combustión como el calor específico a presión constante (cp) y, consecuentemente, al exponente adiabático, lo cual afecta a la liberación de calor. Para el cálculo de cp se ha empleado una correlación dependiente de la temperatura media en el cilindro (calculada a partir de la ecuación de gases ideales) y de constantes propias del fluido proporcionadas por CHEMKIN para dos rangos de temperatura diferentes (por encima y por debajo de 1000 K). El modelo se aplica durante el periodo de válvulas cerradas, depreciándose las perdidas por blow-by. Cuando se recircula el gas de escape (EGR) se modifican los reactivos (y por tanto las propiedades termodinámicas) que intervienen en el proceso de combustión, por lo que es necesario conocer la masa de EGR recirculada y determinar su composición molar. El análisis de la combustión en base al calor liberado permite cuantificar parámetros como el tiempo de retraso, el porcentaje de combustión premezclada y difusiva o la duración de la combustión. Como ejemplo de aplicación, se ha comprobado que al aumentar el porcentaje de sustitución de diésel por gas procedente de la gasificación de biomasa aumenta la fase premezclada (debido a que el gas se quema simultáneamente con el diésel en dicha fase), así como una disminución de la duración de la combustión, debido a que la cantidad de diésel inyectada disminuye.