MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN

U N I V E R S I D A D D E P I U R A
FACULTAD DE INGENIERÍA












“MODELACIÓN Y SIMULACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE UN MOTOR DE ENCENDIDO POR COMPRESIÓN”


Tesis para optar el Título de
Ingeniero Mecánico – Eléctrico




RAÚL LA MADRID OLIVARES




Piura, Octubre 2009
 
 












Resumen


El presente trabajo deinvestigación muestra la realización de un modelo y simulación de un motor Diesel de combustión interna, a partir de los datos tomados en el banco de pruebas de la Universidad Johannes Kepler de Linz - Austria.

La primera parte de esta investigación, muestra los fundamentos sobre los cuales se basan los motores de combustión interna de encendido por compresión y sus sistemas auxiliares. Acontinuación, se da una breve reseña acerca del programa Gt-Power, incluyendo algunas ecuaciones matemáticas que se utilizan para el modelamiento de flujo de fluidos y combustión. Luego, se indican los datos obtenidos en el banco de pruebas de la Universidad Johannes Kepler. Por último, se muestra el modelo realizado en el programa Gt-Power.

En cuanto a la realización del modelo se han utilizado losparámetros geométricos del motor, así como también perfiles del posicionamiento de las válvulas dirigidas por levas, mapas del turbocargador, perfiles de presiones dentro del cilindro, modelos de trasferencia de calor, modelos de fricción, etc. La información mencionada anteriormente ha sido suministrada por la compañía constructora del motor así como también tomada del banco de pruebas. Para eldesarrollo del modelo y su simulación, se ha utilizado el programa de simulación Gt-Power, el cual es el líder mundial en simulación de motores de combustión interna. Además, para el procesamiento de la data obtenida se utiliza la herramienta Gt-Post, siendo esta la única opción con la que se puede procesar los resultados de la simulación.

Finalmente, se indican las conclusiones del análisisefectuado, así como las ventajas, desventajas, perspectivas y limitaciones que tiene el uso del modelo realizado.



 
 




Índice

Prólogo vii
Resumen ix
Índice xi
Nomenclatura xv
Introducción 1
Capítulo 1 3
1 Fundamentos de los motores de encendido por compresión 3
1.1 Historia de los motores de encendido por compresión 3
1.2 Nomenclatura básica de motores de combustión interna4
1.3 Clasificación 5
1.3.1 Tipo de inyección 5
1.3.1.1 Inyección directa 5
1.3.1.2 Inyección indirecta 6
1.3.2 Ciclo de operación 7
1.3.2.1 Motor de 4 tiempos 7
1.3.2.2 Motor de 2 tiempos 9
1.4 Propiedades geométricas de motores de combustión interna 10
1.5 Potencia y rendimientos 12
1.5.1 Potencia indicada 12
1.5.2 Potencia efectiva o al freno 13
1.5.3 Potencia absorbida por lasresistencias pasivas 14
1.6 Proceso de combustión en motores Diesel 14
1.7 Ventajas de los motores EC sobre los de ECH 15
1.8 Configuración de un motor Diesel 17
1.8.1 Múltiples o colectores 17
1.8.2 Interenfriador 18
1.8.3 Turbocargador de geometría variable 19
1.8.4 Recirculación de gases de escape 21
Capítulo 2 23
2 Software Gt-Power 23
2.1 Descripción general Gt-Suit y Gt-Power 232.1.1 Aplicaciones 23
2.1.2 Predicciones de GT-Power 24
2.1.3 Conceptos generales acerca de Gt-Power 24
2.2 Modelación de flujo de fluidos 25
2.2.1 Ecuaciones que gobiernan la dinámica de fluidos 25
2.3 Modelos de combustión 27
2.3.1 Modelo de combustión de dos zonas 29
2.3.2 Metodología del cálculo de la RALC 30
2.3.3 Modelo de combustión predictivo y no predictivo 32
2.3.3.1 Modelos decombustión no-predictivos 33
2.4 Principales plantillas utilizadas para el modelado de los sistemas del motor 35
2.5 Resolución de ejemplos y tutoriales en Gt-Power 37
2.5.1 Modelado de un motor con EGR y VGT en Gt-Power 37
2.5.2 Especificación física de los componentes 39
2.5.3 Especificación de los sistemas modelados 40
2.5.3.1 Sistema de admisión 40
2.5.3.2 Interenfriador 42
2.5.3.3...