Revista UIS Ingenierías

Vol. 21 Núm. 1 (2022): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Diseño de una herramienta computacional para el análisis termodinámico de motores de combustión interna tipo Otto

PDF
  • Santiago Valencia-Cañola,
  • Khalleb Nadim Téllez-Soleiman,
  • Tadashi Kadowaki-Jiménez,
  • Carlos Andrés Bustamante-Chaverra
Santiago Valencia-Cañola
Universidad Pontificia Bolivariana
Khalleb Nadim Téllez-Soleiman
Universidad Pontificia Bolivariana
Tadashi Kadowaki-Jiménez
Universidad Pontificia Bolivariana
Carlos Andrés Bustamante-Chaverra
Universidad Pontificia Bolivariana
DOI: https://doi.org/10.18273/revuin.v21n1-2022004

Publicado 2021-09-24

Palabras clave

  • motor de combustión interna,
  • comportamiento transitorio,
  • análisis termodinámico,
  • ciclo Otto,
  • Cantera,
  • transferencia de calor,
  • comportamiento en arrastrado,
  • presión en cámara,
  • eficiencia térmica,
  • Python
    • ...Más
    Menos

Cómo citar

Valencia-Cañola, S., Téllez-Soleiman, K. N., Kadowaki-Jiménez, T., & Bustamante-Chaverra, C. A. (2021). Diseño de una herramienta computacional para el análisis termodinámico de motores de combustión interna tipo Otto. Revista UIS Ingenierías, 21(1), 43–56. https://doi.org/10.18273/revuin.v21n1-2022004
Aviso de derechos de autor/a

Resumen

Se obtiene una completa descripción del comportamiento termodinámico de un motor tipo Otto en función del ángulo de giro del eje mediante un código en lenguaje Python. A partir de los resultados, se estiman indicadores de alta relevancia técnica como la presión efectiva indicada, la potencia específica de freno, el consumo específico de combustible y la eficiencia volumétrica. El método propuesto soluciona balances de masa y energía en estado transitorio incluyendo flujo compresible a través de las válvulas y velocidad de combustión. La validación del código implementado se realiza mediante comparación con mediciones experimentales para funcionamiento de motor en modo de arrastre y a condiciones de velocidad angular constante. Empleando la metodología desarrollada, se encuentran resultados más realistas para, entre otros indicadores, la eficiencia térmica, eficiencia volumétrica y la presión media efectiva, y es posible predecir de manera precisa y eficiente el comportamiento termodinámico de motores tipo Otto.

PDF

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

[1] J. B. Heywood, Internal combustion engine fundamentals. McGraw Hill, 1988.

[2] F. Taylor, The Internal-Combustion Engine in Theory and Practice, 2nd ed., vol. I. Massachusetts, MA, USA: The MIT Press, 1985.

[3] W. W. Pulkrabek, Engineering fundamentals of the internal combustion engine, 2nd ed. University of New Jersey, NJ, USA: Prentice-Hall, 2003.

[4] A. E. Figueiredo et al., “Computer Simulation of an Internal Combustion Engine”, trabajo de maestría, University of Maryland, Baltimore, MD, USA, 2008.

[5] W. M. Ambrós et al., “Experimental analysis and modeling of internal combustion engine operating with wet ethanol”, Fuel, vol. 158, pp. 270-278, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2015.05.009.

[6] A. Barjaneh, H. Sayyaadi, “A new closed-form thermodynamic model for thermal simulation of spark ignition internal combustion engines”, Energy Convers. Manag., vol. 105, pp. 607-616, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.08.008.

[7] M. M. Nunes, D. Faria, J. P. Vargas, M. Bueno, S. M. M. Elmassalami, C. R. Pereira, “Thermodynamic simulation model for predicting the performance of spark ignition engines using biogas as fuel”, Energy Convers. Manag., vol. 149, pp. 1096-1108, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2017.06.045.

[8] M. J. Abedin, H. H. Masjuki, M. A. Kalam, A. Sanjid, S. M. A. Rahman, B. M. Masum, “Energy balance of internal combustion engines using alternative fuels”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 26, pp. 20-33, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.049.

[9] A. Alagumalai, “Internal combustion engines: Progress and prospects”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 38, pp. 561-571, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.06.014.

[10] N. Cantera Developers, “Cantera”, 2019. [En línea]. Disponible en: https://cantera.org/.

[11] Python-Software-Foundation, “Welcome to Python.org,” 2001. [En línea]. Disponible en: https://www.python.org/.

[12] A. Lavine, D. D. Frank Incropera, T Bergman, P. Dewitt, Fundamentals of heat and mass transfer, 7th ed. USA: Jhon Wiley & Sons, 2011.

[13] O. Spitsov, “Heat transfer inside internal combustion engine: modelling and comparison with experimental data”, treabajo de maestría, Lappeenranta University of Technology, Finlandia, 2013.

[14] The-SciPy-community, “scipy.integrate.odeint — SciPy v1.3.0 Reference Guide”, 2008. [En línea]. Disponible en: https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.integrate.odeint.html.

[15] The_SciPy-community, “scipy.integrate.solve_ivp — SciPy v1.3.0 Reference Guide”, 2008. [En línea]. Disponible en: https://docs.scipy.org/doc/scipy/reference/generated/scipy.integrate.solve_ivp.html.

[16] E. Garrido, N. Fonseca, J. Casanova, “Estudio de combustión de bioetanol y gasolina 95 en un motor CFR con AVL Boost”, trabajo de grado, Universidad Politécnica de Madrid, 2016.

[17] A. Mohammadi, M. Yaghoubi, M. Rashidi, “Analysis of local convective heat transfer in a spark ignition engine ☆”, Int. Commun. Heat Mass Transf., vol. 35, pp. 215-224, 2008, doi: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2007.06.008