Development and validation of a zero-dimensional two zones model for the analysis of combustion in ignition engines
DOI:
https://doi.org/10.33131/24222208.321Keywords:
Numerical analysis, Chemical kinetics, zero dimensional two-zones model, internal combustion enginesAbstract
El crecimiento del parque automotor en las ciudades y el agotamiento eminente de los yacimientos tradicionales de hidrocarburos hacen que las investigaciones en el campo de motores de combustión interna se enfoquen en generar estrategias y desarrollar tecnologías que permitan una disminución en el consumo de combustible y de emisiones contaminantes. El uso de modelos numéricos para simulación son una herramienta importante tanto para investigadores como para diseñadores ya que permiten tener un acercamiento al desempeño de los motores bajo ciertas condiciones de operación sin incurrir en los gastos que implican estudios experimentales y permiten analizar múltiples fenómenos que ocurren durante la combustión que no son fácilmente evaluables a partir de mediciones experimentales. En éste estudio se desarrolla un modelo cero dimensional de dos zonas, el cual separa la cámara de combustión en gases quemados y sin quemar, para el estudio de la combustión en motores de encendido provocado usando un combustible gaseoso de origen renovable (biogás), usando la Ley de Wiebe y el equilibrio químico para simular el proceso de combustión y la correlación semi-empírica de Woschni para la transferencia de calor. El modelo es calibrado con información obtenida del motor de alta relación de compresión (15.5:1) del laboratorio de Combustión y Máquinas Térmicas de la Universidad de Antioquia.
Se compararon las principales variables de la combustión y de desempeño del motor (tasa de liberación de calor, presión máxima, trabajo indicado, entre otros) con los resultados del modelo, así como las emisiones generadas de CO y NO. Se observa bajos errores entre los valores experimentales y predichos por el modelo, con errores menores al 10% para las principales variables, exceptuando el trabajo indicado, con errores del 27%, y errores entre el 18% y el 49% para las emisiones generadas, obteniéndose los errores más altos conforme aumenta el grado de carga del motor.
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