Recuperacion de calor

ESTIMACION PRELIMINAR DEL CALOR RECUPERABLE EN UN MOTOR DIESEL PARA INCREMENTAR EL RENDIMIENTO ENERGETICO

Víctor Manuel Ambriz Díaz*, Carlos Rubio Maya, José García Tinoco
* Tesista de Licenciatura
Facultad de Ingeniería Mecánica, UMSNH.
Grupo de Eficiencia Energética y Energías Renovables (GREEN-ER).
rmaya@umich.mx

(4) Tecnología e innovación

Palabras Clave: Eficiencia energética,Calor residual, Motor diesel

Resumen

Las diversas actividades humanas y el uso de procesos ineficientes de transformación de energía han incrementado la producción de gases nocivos, que al concentrarse en la atmosfera provocan el llamado “efecto invernadero”, colateralmente se genera un mayor consumo de energía y un aumento en los precios de la energía. Actualmente se busca optimizar losdiversos procesos de transformación de la energía, tal es el caso de los motores de combustión interna que se encargan de transformar la energía contenida en un combustible, en energía mecánica o eléctrica. La energía que se le suministra a un motor de combustión interna se distribuye básicamente en energía convertida en trabajo útil, energía térmica disipada al ambiente mediante el circuito derefrigeración y, energía pérdida en los gases de escape. Tanto la energía disipada en el circuito de refrigeración como la energía que contienen los gases de escape pueden ser recuperadas, incrementado el rendimiento energético global del motor. El calor recuperado puede aprovecharse en aplicaciones de cogeneración (producción simultanea de energía y calor útil) y de trigeneración (producción adicionalde frio) reduciendo el consumo de combustible y por ende, de emisiones de CO2.

En este trabajo se presenta una estimación preliminar del calor recuperable en un motor diesel de combustión interna. Para llevar a cabo tal estimación, se realizó una descripción física de un motor en particular utilizando los datos de la ficha técnica del motor y datos de motores semejantes. Posteriormente, sedeterminaron las condiciones de operación del motor, desarrollando un modelo matemático de la combustión denominado “uni-zona”. El modelo matemático es formado por un conjunto de ecuaciones diferenciales ordinarias, que se resuelven numéricamente utilizando el método de Runge-Kutta. La solución de las ecuaciones diferenciales simula el ciclo termodinámico y permite obtener la evolución de la presión,temperatura y calor generado en el interior del cilindro en función del ángulo de giro del cigüeñal a lo largo de un ciclo. Los resultados obtenidos son, la temperatura de los gases de combustión, el cálculo del calor recuperado, la estimación de ahorro de energía y de reducción de gases de efecto invernadero.

Introducción

Un motor es una maquina que se encarga de trasformar la energíacontenida en un combustible, en energía mecánica o eléctrica. En un motor de combustión interna la energía se distribuye básicamente en energía convertida en trabajo útil, energía térmica disipada al ambiente mediante el circuito de refrigeración y, energía pérdida en los gases de escape, inevitablemente, la mayor parte de los combustibles utilizados en la producción de energía son recursos norenovables que al utilizarse en procesos ineficientes de transformación de energía han incrementado el consumo energético, precios de combustibles y la producción de gases nocivos que al concentrarse en la atmosfera provocan el llamado “efecto invernadero”. Actualmente se busca optimizar los diversos procesos de transformación de energía, por ello la comunidad científica internacional coincide en señalarque es necesario realizar un cambio para buscar la mayor eficiencia energética, proponiendo así aplicar los conceptos de cogeneración y trigeneración para tener un adecuado uso de la energía.

Según Taymaz, Ruiz y Villaescusa (Taymaz, 2005, Ruiz 2005 y Villaescusa 2008), la distribución de la energía en un motor es: energía de los gases variando de 24 a 29%, la absorbida por el refrigerante...