Modelación matemática de un motor de encendido por chispa que utiliza gas natural como combustible

Abstract

La presente tesis tiene como finalidad desarrollar un modelo matemático cero Dimensional que sirva para calcular el ciclo de trabajo que desarrollan los motores De combustión interna de encendido por chispa de cuatro tiempos que utilizan gas natural como combustible, utilizando para ello las ecuaciones fundamentales de conservación de energía, masa, y la ecuación de estado de los gases ideales; otro objetivo es predecir y analizar las principales emisiones gaseosas producidas por estos motores. En la fase de combustión, se considera que ésta se realiza en dos zonas; durante las fases de combustión y expansión, se utilizan ecuaciones de equilibrio químico de los gases, productos de la combustión. Finalmente, se presenta el análisis de los resultados obtenidos a partir del programa desarrollado. En base a esto, se ha creído conveniente dividir el trabajo en cinco capítulos, los cuales comprenden lo siguiente: En el primer capítulo se presenta la introducción al trabajo, exponiendo sus antecedentes, su planteamiento, su objetivo, la importancia de la investigación, sus alcances y, por último, su delimitación. El segundo capítulo está dirigido a exponer el marco teórico que detalla el ciclo de trabajo de los motores de combustión interna de encendido por chispa, de cuatro tiempos, a gas natural, y algunos conceptos elementales sobre el gas natural, de manera tal que se cuente con una base conceptual que permita desarrollar el modelo matemático. El tercer capítulo se constituye como el capítulo central del trabajo, ya que en él se desarrollan los sistemas de ecuaciones que describen el sistema físico que se quiere modelar. Además, se presentan las consideraciones tomadas en cuenta para predecir las emisiones del motor. En el cuarto capítulo se describen los diagramas de flujo y el algoritmo de cálculo elaborados para la resolución numérica del modelo matemático desarrollado, así como también el criterio de convergencia utilizado. El quinto capítulo está dedicado a la validación del modelo matemático y a la exposición de los resultados obtenidos, comparando los resultados obtenidos de la modelación con resultados experimentales obtenidos de referencias bibliográficas. En las secciones posteriores se presentan las conclusiones y observaciones del presente trabajo, así como también la bibliografía consultada para llevar a cabo el mismo, e información adicional en forma de apéndice. Agradezco de manera muy especial a la Dra. Elizabeth Vera y al Dr. Guillermo Lira por la ayuda brindada en la elaboración de la presente tesis, la cual ha sido fundamental para la elaboración de la misma.