Gabriel Fernando García Sánchez; Jorge Luis Chacón Velasco*; Arlex Chaves Guerrero
Grupo de Investigación en Energía y Medio Ambiente - GIEMA, CICT-Energías,
Universidad Industrial de Santander (UIS),
Cra. 27 Calle 9, Bucaramanga, Colombia
*jchacon@uis.edu.co
Fecha Recepción: 02 de noviembre de 2012
Fecha Aceptación: 07 de junio de 2013
El estudio del proceso de combustión en motores Diésel ha sido, durante años, un tema de gran interés debido principalmente a la creciente necesidad de mejorar el rendimiento de los motores, reducir el consumo de combustible y reducir la emisión de contaminantes. Los estudios experimentales presentan la desventaja de requerir grandes recursos económicos y tiempo en su realización, razón por la cual se utilizan modelos computacionales que permiten estudiar el proceso de combustión de una forma más económica y práctica. En este artículo se presenta una revisión de varios de los modelos de combustión en motores Diésel más relevantes, desarrollados a nivel nacional e internacional, con el fin de dar al lector una visión de la evolución y el estado actual de este tipo de modelos.
Palabras clave: modelado de la combustión, motores diesel, modelos termodinámicos, modelos multidimensionales.
The study of the combustion process in Diesel engines has been for years a subject of great interest mainly due to the increasing need to improve engine performance, reduce fuel consumption and reduce the pollutant emissions. Experimental studies have the disadvantage of require enormous efforts, money and time, that is the reason why computer models are used to study the combustion process in a more economical and practical way. This article presents a review of the most relevant Diesel engine combustion models developed nationally and internationally, to give the reader an insight of the evolution and current status of such models.
Keywords: combustion modeling, diesel engines, thermodynamics models, multidimensional models.
Los Motores de Combustión Interna (MCI),
particularmente los motores Diésel, son
ampliamente utilizados como fuerza motriz
en aplicaciones industriales como: transporte,
agricultura y generación de energía [1], lo que
los hace indispensables para la sociedad actual.
Sin embargo, pese a que se han visto grandes
avances en lo que respecta a la reducción de
emisiones desde los años 80 [2], ellos siguen
siendo los responsables de la mayor parte de la
contaminación en los principales centros urbanos,
incrementando así los problemas de salud de la
población y el efecto invernadero [3]; por esta
razón actualmente hay grandes exigencias
con respecto al desarrollo de motores Diésel
cada vez más eficientes y limpios, lo cual se ve
reflejado en las legislaciones mundiales sobre el
tema [1,4]. Con base en lo anterior, los estudios
computacionales sobre desempeño de los motores
Diésel cobran gran importancia en nuestros días,
ya que permiten realizar, mejoras significativas
en el desempeño de los nuevos motores; tanto
es así que se puede afirmar que sin modelos de
simulación que cuantificaran los efectos de los
procesos fundamentales en los sistemas del motor,
los avances logrados en los motores actuales
habrían sido imposibles [4,5].
El proceso de combustión es el aspecto más
importante de un motor de combustión interna [6],
por lo que su modelado es de gran relevancia al
simular el comportamiento global de un motor
Diésel. Los modelos de la combustión se suelen
clasificar de acuerdo a la representación espacial
del proceso, en este punto hay pequeñas
diferencias en las categorías de clasificación
utilizadas dependiendo del autor citado. De acuerdo
a Heywood [4] hay dos grandes grupos en los cuales
se pueden clasificar los modelos de combustión en
motores Diésel: los modelos flui-dinámicos y los
modelos termodinámicos, a su vez estos últimos
se pueden clasificar como cero-dimensionales,
fenomenológicos o cuasi-dimensionales. Fenollosa
[2] propone una clasificación de los métodos de
cálculo para la descripción de la combustión en
dos grupos principales: métodos de descripción
detallada y métodos de descripción global.
Bracco [7], clasifica los métodos en tres grupos:
cero-dimensionales, cuasi-dimensionales o
fenomenológicos y multidimensionales. Esta última
forma de clasificación será la seguida por este
artículo, cabe destacar que las fronteras entre los
diferentes tipos de modelos en ocasiones son un
poco artificiales y algunos de ellos podrían caber
dentro de varias categorías.
En los últimos años, debido al gran interés que ha
despertado el uso de biocombustibles, han surgido
varios modelos de combustión que buscan evaluar
el desempeño de motores Diésel alimentados con
nuevos combustibles. Este es un tema de especial
interés para la región nororiental colombiana,
la cual cuenta con una capacidad importante de
producción de residuos de biomasa, como ha sido
descrito por Escalante et al. [8]. Razón por la cual
en este artículo, además de presentar la evolución
de los modelos de combustión Diésel en el mundo,
se hará énfasis en los modelos de combustión
recientes que buscan estudiar la factibilidad del
uso de biocombustibles.
Este artículo iniciará con la revisión de los modelos
multidimensionales, cero-dimensionales y cuasi-dimensionales
de la combustión, comenzando
en cada caso con la presentación de los trabajos
desarrollados en el ámbito internacional y
finalizando con los trabajos desarrollados en
el ámbito nacional; y finalizará presentando
una comparación de los modelos desarrollados
recientemente con el fin de estudiar el desempeño
de biocombustibles en motores Diésel.
Modelos multidimensionales
Los modelos multidimensionales o CFD
(Computational fluid dynamics) son modelos que
tienen el potencial de describir individualmente
cada uno de los fenómenos físicos y químicos
que tienen lugar dentro del proceso inyección-combustión.
Estos se basan en la resolución
numérica de las ecuaciones diferenciales que
gobiernan los procesos que ocurren dentro de la
cámara de combustión [2].
El desarrollo de este tipo de modelos se remonta
a finales de los años 70 [9-11], ellos suelen
utilizar dos marcos de referencia principales:
la descripción euleriana continua [12,13] y la
descripción lagrangiana discreta [14-16]; este
último suele ser el más usado debido a que
tiene ciertas ventajas desde el punto de vista de
solución numérica [2]. A partir de la metodología
de cálculo multidimensional han nacido varios
códigos CFD comerciales ampliamente utilizados,
como SPEED® [17,18], FLUENT® [19] y KIVA®
[20,21], siendo este último el más usado a nivel
mundial [22]; y recientemente, se ha desarrollado
el software de código abierto OpenFOAM
[23,24], el cual ha despertado gran interés en la
comunidad científica [22]. Recientemente los
modelos multidimensionales han sido utilizados
principalmente para estudiar los efectos de
la inyección y del flujo de combustible en el
desempeño y generación de emisiones del motor,
como ejemplo de esto se pueden citar los trabajos
de Zheng et al. [25] en 2005, quienes utilizaron un
código CFD para estudiar los efectos del ángulo de
inyección, la temperatura inicial y la composición
del combustible en el ángulo de ingnición, la presión
en cámara y las emisiones de NOx; Jayashankara
y Ganesan [26], quienes en 2010 presentaron
un modelo para el estudio de los efectos de la
presión de entrada y el ángulo de inyección sobre
el desempeño del motor y sus emisiones de NOx
y material particulado; y Shi y Reitz [27] que en el
mismo año utilizaron un modelo para estudiar las
estrategias de inyección óptimas en un motor de
encendido por compresión, alimentado con Diésel,
gasolina y mezcla E10, y operando a condiciones
de mediana y alta carga.
En Colombia se han presentado varios estudios
con modelos de este tipo en la Universidad de
Antioquia. En 2008, Gutiérrez [28] estudió la
incidencia de la naturaleza del combustible y las
condiciones locales de presión y temperatura
en el proceso de inyección Diésel, así como
las variables que más afectan dicho proceso,
por medio de un modelo numérico CFD de la
atomización y evaporación del chorro Diésel. En
2009, Agudelo y Agudelo [29] desarrollaron un
modelo para simular los principales subprocesos
que ocurren en un chorro Diésel usando un código
CFD de libre acceso, dicho modelo se usó para
evaluar el efecto del tipo de combustible, la presión
de inyección y la presión del gas ambiente en la
penetración de la punta del chorro, el diámetro
medio de Sauter (SMD) y la masa de combustible
evaporada. En 2010, Delgado [30] presentó un
estudio comparativo del proceso de combustión
en términos de los parámetros característicos que
lo describen, utilizando para ello el código CFD
OpenFOAM.
Este tipo de modelos presenta como ventaja su
capacidad de describir cada uno de los fenómenos
que tienen lugar en el proceso inyección-combustión
Diésel, teniendo en cuenta tanto la
geometría instantánea del cilindro como la variación
espacial del campo de flujo. No obstante, tienen
la desventaja de un mayor consumo de tiempo
computacional en comparación con los modelos
termodinámicos [22,31-33] y su sensibilidad a los
submodelos utilizados en los cálculos, algunos de
los cuales aún no están bien definidos [2,31].
Modelos cero-dimensionales
Estos son modelos basados principalmente en la
ley de conservación de la energía, en los que se
asume homogeneidad espacial de las variables
implicadas en el proceso [34].
Muchos modelos cero-dimensionales se basan en
la descripción matemática de la forma de la ley de
liberación de calor sin relación directa con la física
que controla el proceso de inyección-combustión
[2]. El más conocido de estos métodos es la función
de Wiebe [35] que se ha utilizado desde los años
70 y se ha vuelto tan común que investigadores
en varias partes del mundo han dejado de citar la
fuente de la cual se originó [36]. Dicha función ha
sido adaptada a lo largo de los años para su uso en
motores de diferentes características. En motores
Diésel de inyección directa, en donde se presenta
una fuerte liberación de calor en la combustión
premezclada, se descubrió que una sola ecuación
de Wiebe no era adecuada para modelar la
liberación de calor característica del proceso, por
lo que se empezó a utilizar una combinación de
dos funciones de Wiebe (o funciones similares a
ella), esto se puede apreciar en los trabajos de
Dyechenko et al. [37,38], Ghoel [39,40], Watson
et al. [41], Miyamoto et al. [42] y Witt et al. [43].
En motores Diésel modernos, en los que se han
incorporado nuevas tecnologías y avanzados
sistemas de combustión para disminuir las
emisiones y el consumo de combustible, una o dos
ecuaciones de Wiebe ya no resultan apropiadas
para simular el calor liberado en la combustión, por
lo que se han aplicado tres, cuatro o inclusive más
como se puede observar en diferentes trabajos
[44-46]. Una descripción detallada del proceso
de desarrollo y las aplicaciones de las diferentes
formas de la ecuación de Wiebe se presenta en el
trabajo de Ghojel [36].
Otros modelos del tipo cero-dimensional describen
el problema teniendo en cuenta la físico-química
de los fenómenos ocurridos durante la combustión
de forma simplificada, ellos en ocasiones
también son clasificados dentro del grupo de los
fenomenológicos [2]; entre los modelos de este
último tipo se encuentran los trabajos realizados
por: Way [47], en el que se presentan dos métodos
para el cálculo de la composición y propiedades
termodinámicas del gas dentro de la cámara
durante la combustión; Hardenberg y Hase [48],
en el cual se obtuvo una ecuación empírica
para calcular el tiempo de retardo en la ignición,
permitiendo evaluar los efectos del combustible,
los parámetros del motor y las condiciones del
motor sobre dicho tiempo de retardo; Gardner y
Henein [49], en el que se desarrolló un modelo
matemático con el que se analizaron los efectos
de la relación de compresión en los parámetros de
desempeño del motor; Harris y Pearce [50], donde
se realizó un modelo que expresa el par, la potencia
y el consumo de combustible como función de la
velocidad del motor a cero par y la disminución de
la velocidad del motor por debajo de la velocidad a
cero par; y más recientemente el trabajo de Arrègle
et al. [31], el cual identifica y cuantifica la influencia
de los parámetros de inyección y las condiciones
de operación en la combustión Diésel, para
esto se define un nuevo parámetro denominado
Tiempo Aparente de Combustión (ACT, de sus
siglas en inglés), que permite relacionar la ley
de liberación de calor con la ley de inyección en
el proceso de inyección-combustión Diésel; y el
trabajo de Chmela et al. [33], el cual presenta una
estrategia genérica para el desarrollo de modelos
de combustión cero-dimensionales usando las
ecuaciones básicas para la tasa de reacción de
Arrhenius y Magnussen.
Recientemente, se han realizado varios modelos
cero-dimensionales que buscan predecir el
desempeño de motores Diésel alimentados
con diferentes tipos de biocombustibles. En
2006,Ramadhas et al. [1] desarrollaron un modelo
que analiza las características de rendimiento
de los motores Diésel alimentados por biodiésel
de semilla de caucho y sus mezclas. En 2010,
Gogoi y Baruah [51] desarrollaron un modelo que
predice el desempeño de un motor Diésel mono
cilíndrico de 4 tiempos alimentado con mezclas de
biodiésel de aceite de Karanja; Bueno et al. [52]
obtuvieron un modelo por medio de un análisis
exergético con el fin de analizar el impacto que
ocasiona el uso de éster etílico de aceite de soya
en un motor Diésel turbo-cargado, Colaço et al.
[53] simularon el perfil de temperatura en un pistón
de un motor Diésel bajo varias condiciones de
carga, Colaço et al. [3] también presentaron un
modelo que simula la presión en cámara de un
motor Diésel operando bajo varias condiciones y
usando diferentes mezclas de biodiésel. En 2011,
Payri et al. [54] presentaron un modelo para el
estudio del desempeño del motor que cubre varias
de las falencias que otros modelos presentan
debido a las aproximaciones asumidas durante
su desarrollo, como la consideración de la cámara
de combustión como un sistema cerrado, la no
consideración de los cambios en la composición
del gas al calcular los calores específicos de
éste y la consideración de una ley de liberación
de calor poco realista. Y en 2012, Patil y Akarte
[55] estudiaron el desempeño de un motor Diésel
alimentado con metil ester de aceite de palma.
En la Tabla 1 se presenta una descripción más
detallada de estos últimos modelos.
Estos modelos son relativamente sencillos teniendo
como ventaja un bajo tiempo computacional frente
a los modelos más complicados, como los CFD
[22,31,33,56], sin embargo presentan la desventaja
de no poder describir en detalle los subprocesos que
ocurren durante el proceso global de combustión
Diésel [33].
En Colombia se han desarrollado modelos cero-dimensionales
en la Universidad de Antioquia
y la Universidad Industrial de Santander. En
la Universidad de Antioquia, en el año 2000,
Agudelo et al. [57] presentaron una metodología
para la simulación del proceso de combustión
en un motor de encendido por compresión
de aspiración natural o turboalimentado;
más adelante en el 2008 Agudelo et al. [58]
desarrollaron un modelo de diagnóstico
exergético de una zona y dos especies que se
utiliza para caracterizar la operación de un motor
Diésel. Por su parte en la Universidad Industrial
de Santander se desarrollaron trabajos teóricos
por parte de Barbosa y Salcedo [59] y Rodríguez
[60], quienes desarrollaron herramientas de
simulación de ciclo de un motor de cuatro
tiempos con fines académicos, y Chacón [61],
quien utilizó el método de Levenberg-Marquardt
(LM) para ajustar los parámetros de la ecuación
de Wiebe.
Modelos cuasi-dimensionales o fenomenoló-gicos
Los modelos cuasi-dimensionales son modelos
que presentan un planteamiento cero-dimensional
básico, pero incluyen algún aspecto geométrico
característico del proceso (como la geometría
del chorro) o detalles espaciales adicionales
para alguno de los fenómenos involucrados en
la combustión (atomización, evaporación, mezcla
de combustibles, etc.) [34]. Ellos suelen dividir la
cámara de combustión en varias zonas, haciendo
necesaria la resolución de las ecuaciones de
conservación de masa y energía para cada una
de éstas.
Los modelos cuasi-dimensionales permiten
calcular la formación/destrucción de emisiones y
tienen un bajo tiempo de cálculo computacional
frente a los modelos multidimensionales. Como
inconveniente presentan la necesidad de ajustar
algunos de sus coeficientes con resultados
experimentales, debido al gran número de
simplificaciones que requieren [34].
Uno de los primeros trabajos bajo esta metodología
fue el realizado por Probert [62], quien examinó
la evaporación del chorro de combustible usando
una función de distribución de gotas; este trabajo
fue posteriormente ampliado por Tanaswa [63],
quien relacionó explícitamente los procesos
de evaporación y combustión por medio de un
coeficiente de combustión. Otros de los trabajos
pioneros de modelos fenomenológicos son los de
Austen y Lyn [64] y Lyn [65] quienes plantearon
un modelo que relaciona cuantitativamente la
tasa de inyección de combustible con la tasa
de calor liberado; Cook [66,67] Nagao et al.
[68] y Shipinsky et al. [69,70] que describieron
el proceso de combustión de manera similar a
Austen y Lyn pero dividiendo la tasa de inyección
en zonas que se pueden evaporar, autoencender
y quemar de forma independiente.
Estos primeros trabajos están basados en la
hipótesis de que la evaporación es el fenómeno
que controla la combustión, posteriormente
aparecieron los trabajos de Whitehouse y Way
[71,72], en los cuales se desarrolló un método
para el cálculo de la tasa de liberación de calor
que utiliza ecuaciones simples basadas en un
modelo de una zona y que tiene en cuenta
los efectos de la tasa de mezcla entre el aire
y el combustible; Whitehouse y Sareen [73] en
el que se presentó un modelo de dos zonas
basado en el trabajo de Whitehouse y Way;
Grigg y Syed [74] en donde se consideraron
los efectos, sobre la liberación de calor, de la
tasa de incorporación del aire en el chorro de
combustible, la tasa de mezclado turbulento
de aire y combustible dentro del chorro, y la
cinética química de la combustión; y Khan et
al. [75] en el que se incluyeron los efectos de
choque de la pared y swirl. Otros investigadores
trabajaron en estrategias basadas en la teoría
de chorro estacionario de Abramovich [76],
como Adler y Lyn [77] quienes la adaptaron al
estudio de chorros transitorios pero sin validarla
para condiciones de motor. Posteriormente, Rife
y Heywood [78] lograron adaptar el trabajo de
Alder y Lyn a las condiciones de motor.
Chiu et al. [79] usaron ecuaciones empíricas
para describir la penetración del chorro, su
ángulo de apertura y su trayectoria, con el fin de
describir la naturaleza transitoria de los chorros
Diésel. Hiroyasu et al. [80] utilizan un enfoque
similar al de Chiu y otros para describir el chorro
Diésel. Dent et al. [81,82] utilizan un tratamiento
del chorro similar al de Hiroyasu y otros, que
posteriormente es ampliado por el trabajo de
Kyriakides et al. [83]. Simultáneamente a este
último, Tinaut [84] trabajó en un modelo multi-zona
en el que la masa inyectada se divide en
paquetes en los que se considera la atomización,
evaporación y englobamiento del aire. Más
adelante Lapuerta [85] y Desantes et al. [86]
incluyen efectos de interacción del chorro con
el vórtice y cálculos de la trayectoria de éste al
trabajo de Tinaut.
A partir de los 90 la mayoría de los modelos del
tipo cuasi-dimensional han sido modelos multi-zona
basados en el tratamiento mixto del chorro
inyectado [2]. Ejemplos de esta aproximación se
pueden observar en los trabajos de Rakopoulos
y Hountalas [56], Bazari [87], Cui et al. [88],
Kouremenos et al. [89], Ottikkutti et al. [90],
Shenghua et al. [91], Torkzadeh et al. [92] y Bi
et al. [93]. Algunos de los modelos multi-zona
desarrollados en los últimos años son los de
Rakopoulos et al. [32] en 2007, cuyo fin es el
de estudiar el desempeño de un motor Diésel
de inyección directa (ID) que usa aceite de
semilla de algodón y su Diésel derivado como
combustible; Rakopoulos et al. [94] en 2008, el
cual es utilizado para examinar los mecanismos
de formación de las emisiones en la combustión
al usar mezcla etanol-Diésel; Komninos et
al. [95] en 2010, el cual se desarrolló con el
fin de investigar la emisión de hidrocarburos
quemados y la formación de CO en motores
HCCI alimentados con etanol puro e iso-octano
puro; y Komninos y Kosmadakis [96] en 2011,
cuyo objetivo es estimar el flujo de calor por las
paredes del cilindro de un motor HCCI.
En los últimos años también se han desarrollado
varios modelos de dos zonas, la mayoría de ellos
con el fin de predecir el desempeño de motores
Diésel alimentados con biocombustibles. Uno de
estos es el realizado por Ganapathy et al. [97]
en el 2009, que permite estudiar el desempeño
de un motor Diésel mono-cilíndrico de cuatro
tiempos, de inyección directa y enfriado por aire,
alimentado con biodiésel de Jatropha. El mismo
año Ganapathy et al. [98] utilizaron el enfoque
de optimización de Taguchi en combinación
con un modelo de dos zonas para identificar
la configuración óptima de parámetros de
entrada que maximizan el rendimiento térmico
de un motor Diésel que usa biodiésel Jatropha.
En 2010, Rajendra et al. [99] desarrollaron un
modelo de dos zonas con el objetivo de medir la
efectividad de la combinación de dos métodos
para mejorar el desempeño del motor y disminuir
las emisiones: el uso de biodiésel de Jatropha
y el uso de materiales cerámicos para aislar
la cámara de combustión (motor LHR). Gao
et al. [22] simularon la generación de NOx y
material particulado en la combustión Diésel
convencional, la combustión de alta dilución
(HDC) y la combustión limpia de alta eficiencia
(HECC) en un motor Mercedes Benz 1.7 L,
usando un modelo de dos zonas. Por último,
en 2011, Jagadish et al. [100], desarrollaron un
modelo que permite estudiar el desempeño de
un motor mono-cilíndrico al ser alimentado con
varios tipos de biocombustibles. Una descripción
más detallada de estos modelos es presentada
en la Tabla 1.
En Colombia, en los últimos años, se han
desarrollado modelos de acuerdo a la metodología
cuasi-dimensional en la Universidad Nacional y
la Universidad de Antioquia. En 2010, Ortiz [101]
elaboró un modelo cuasi-dimensional con el fin de
analizar los efectos que tiene la modificación de
la viscosidad del combustible sobre la liberación
de energía, y Rodríguez [102] desarrolló un
modelo de formación de contaminantes de
combustión para la mezcla B5 que permite
determinar la incidencia de la estructura y
composición del combustible en la generación de
material particulado (MP), este último se presentó
como una herramienta que permite obtener
resultados preliminares sobre el desempeño de
la mezcla antes de la implementación en motores
de combustión interna. Mientras que en 2011
Villegas [103] utilizó un modelo de diagnóstico
cuasi-dimensional para realizar un estudio
teórico-experimental acerca de la incidencia de
las mezclas Diésel-biodiésel de aceite de palma
en la formación de los óxidos de nitrógeno y
material particulado.
Modelos recientes para el estudio de la factibi-lidad
del uso de biocombustibles
En la Tabla 1 se presenta una descripción de
varios de los principales modelos que han
sido desarrollados en los últimos años con el
propósito de estudiar la factibilidad del uso de
biocombustibles en motores Diésel. En dicha tabla
se presentan los objetivos y resultados de cada
trabajo, permitiendo así la comparación de sus
respectivos alcances.
Como se puede apreciar, los modelos cero-dimensionales
se han venido utilizando
recientemente para comparar los parámetros de
desempeño de motores Diésel alimentados con
biocombustibles, con los mismos parámetros
cuando dichos motores son alimentados con
Diésel convencional, esto sin tener en cuenta
las emisiones contaminantes. Por otra parte los
modelos cuasi-dimensionales se han utilizado
para el mismo fin, pero incluyendo en los análisis
las emisiones de contaminantes, esto debido a su
mayor poder predictivo a causa del uso de múltiples
zonas para los análisis de la cámara de combustión.
Finalmente, los modelos multidimensionales se
han utilizado en casos en los cuales se necesita
comparar características espaciales específicas de
la inyección y del flujo de combustible, lo cual no
podría realizarse con modelos de otro tipo.
En conclusión, los modelos de combustión Diésel
se pueden clasificar en tres grandes grupos:
modelos multidimensionales, modelos cuasi-dimensionales
y modelos cero-dimensionales.
Los primeros son los más adecuados cuando se
busca tener una descripción detallada del proceso
de combustión Diésel, mientras los segundos y los
terceros son idóneos cuando se desea obtener
una descripción global de éste.
Los modelos multidimensionales han venido
evolucionando desde los años 70 hasta llegar a los
actuales códigos CFD comerciales, ellos tienen el
potencial para describir en detalle los fenómenos
ocurridos durante la combustión y tienen en
cuenta la distribución espacial del proceso, pero
presentan la desventaja de ser sensibles a los sub-modelos
utilizados, algunos de los cuales no están
completamente definidos, además de consumir
mayor tiempo en la simulación del proceso, lo cual
los hace los menos eficientes desde el punto de
vista computacional.
Los modelos cero-dimensionales son los más
sencillos, y por ende los más eficientes a la hora
de calcular los parámetros de desempeño del
motor, sin embargo no describen en detalle los
subprocesos que ocurren durante el proceso
global de combustión Diésel y son incapaces de
calcular las emisiones de contaminantes en el
motor. Algunos de ellos se basan en la descripción
matemática de la forma de la ley de liberación de
calor sin relación directa con la física que controla el
proceso, mientras que otros describen y discretizan
el problema teniendo en cuenta la físico-química
de los fenómenos ocurridos durante la combustión
de forma simplificada. En los últimos años se
han desarrollado varios modelos bajo este último
enfoque con el fin de evaluar el desempeño de
motores Diésel alimentados por biocombustibles
de una forma relativamente sencilla.
Por su parte los modelos cuasi-dimensionales,
que se presentan como un punto intermedio
entre los dos tipos anteriores, permiten calcular
los parámetros de desempeño del motor de un
modo mucho más sencillo que con un modelo
multidimensional y, a diferencia de los modelos
cero-dimensionales, tiene el potencial para
calcular las emisiones del motor. Sin embargo,
presentan como inconveniente la necesidad de
ajustar algunos de sus coeficientes con resultados
experimentales en cada situación, debido al
gran número de simplificaciones que requieren.
Últimamente la mayoría de modelos del tipo cuasi-dimensional
han sido modelos multizona, aunque
también se han presentado modelos de dos
zonas con el objetivo de predecir el desempeño
y emisiones de motores Diésel alimentados con
biocombustibles.
En Colombia la mayor parte de los modelos de la
combustión han sido modelos cero-dimensionales,
muchos de ellos desarrollados en la universidad
de Antioquia, aunque también se han elaborados
trabajos desde el enfoque cuasi-dimensional y
multidimensional.
Los autores expresan sus agradecimientos a las Vicerrectoría de Investigación y Extensión de la Universidad Industrial de Santander por la financiación del proyecto "Producción de energía a partir de residuos provenientes de la transformación de la biomasa" (Proyecto No. 5451), del cual hace parte este trabajo.
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