Proceso de barrido en un motor diesel de dos tiempos sobrealimentado

Laburpena

El presente trabajo pretende seguir una doble vertiente. En primer lugar, se realizarán una serie de desarrollos dentro del campo de la Simulación Numérica de Procesos Físicos. La inmensa mayoría de fenómenos que ocurren en la naturaleza son susceptibles de ser modelizados mediante un determinado sistema de ecuaciones matemáticas. Con el planteamiento de dicho sistema de ecuaciones y la posterior resolución de las mismas, generalmente mediante métodos numéricos, se puede llegar a predecir con un cierto nivel de aproximación el comportamiento real de dicho fenómeno. Una de las labores de la ingeniería consiste en utilizar los fenómenos naturales en beneficio propio. Dentro de los motores alternativos, se aprovecha la afinidad que tienen los átomos que componen las moléculas de hidrocarburos para reaccionar con el oxígeno y pasar así a un estado energéticamente más bajo, liberando de esta forma parte de su energía química, para conseguir extraer energía mecánica. Es en este punto donde entra la segunda línea de actuación de esta tesis doctoral. Para aprovechar de manera eficiente los fenómenos naturales comentados anteriormente, será preciso un profundo conocimiento de los mismos, para después proceder al diseño de una instalación física que optimice el aprovechamiento de los recursos naturales, en este caso, de un motor alternativo de alto rendimiento térmico. Con ese objetivo, se procede a desarrollar un modelo numérico que prediga el comportamiento del proceso de barrido de un motor Diesel de los tiempos. Mediante el desarrollo de la herramienta numérica se podrán extraer una serie de conclusiones, analizar a fondo el proceso, seguir ciertas variables y en definitiva, poder llegar a un proceso de optimización relativamente razonable. Durante los últimos años, este tipo de herramientas están sustituyendo en gran medida a la experimentación, aunque es improbable que lleguen a sustituirla completamente. Sin embargo, sí se consigue minimizar el número de experimentos a realizar para el desarrollo de un producto y con ello el coste del proceso de desarrollo completo. Debido a la multitud de procesos que ocurren en un motor alternativo, la técnica que se va a utilizar está basada en el concepto de submodelización. En primer lugar se va a desarrollar un modelo relativamente simple del motor completo, que predice su comportamiento con un tiempo de cálculo razonablemente pequeño. Debido a que el elemento que va a marcar en gran medida el desarrollo del proceso es el cilindro, se procede también a desarrollar un modelo del mismo más completo, teniendo en cuenta multitud de fenómenos, para un análisis más detallado del comportamiento de dicho elemento. Mediante el acoplamiento de los dos modelos se dispondrá de la herramienta numérica que permitirá proceder al proceso de optimización. Se expondrán una serie de resultados en distintas configuraciones físicas de los cuales se podrán extraer una serie de conclusiones que ayuden al conocimiento del proceso. Una parte muy importante será comprobar que la predicción realizada con el modelo sigue una correlación razonable con los resultados medidos experimentalmente. El desarrollo de los modelos hará posible la consecución del objetivo final, que será la utilización de resultados para conocer el diseño óptimo del motor mediante la interferencia positiva del barrido de unos cilindros con el del resto.