Análisis CFD del comportamiento del flujo de aire en el sistema de admisión de un motor diésel de baja cilindrada

Resumen

Introducción— El análisis del flujo de aire, en Motores de Combustión Interna expone un gran desafío para los investigadores debido al comportamiento que presenta el aire dentro del cilindro, el cual se caracteriza por ser turbulento, inestable, cíclico y no estacionario tanto espacial como temporalmente. El presente estudio propone implementar de un modelo de turbulencia a través de un análisis de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) que permita simplificar el fenómeno para motores de baja cilindrada y describa los parámetros que repercuten en la eficiencia y emisiones del motor.

Objetivos— El presente estudio busca analizar el comportamiento del flujo de aire en el sistema de admisión de un motor Diésel de baja cilindrada con aspiración natural a través de un modelo experimental ajustado mediante un modelado CFD.

Metodología— Se realizó el análisis del comportamiento del flujo de aire en el sistema de admisión del motor con un modelo experimental que obtiene las características del flujo. Este modelo es ajustado mediante herramientas CFD en OPENFOAM®, que permitirá obtener el Coeficiente de Descarga (CD) y el Coeficiente de Torbellino (CT) para describir el comportamiento aerodinámico del sistema de admisión.

Resultados— Para el CD, los valores oscilan entre 0 L/D y 0.5 L/D indicando que este motor es capaz de trasegar un 50% de aire de la capacidad teórica con una válvula de 30.5 mm de diámetro y una cámara de 0.3 L de volumen. En cuanto al CT, para un área de referencia variable, los valores oscilan entre 0.19 L/D y 0.3 L/D, por lo que el motor solo disminuiría un 11% su capacidad de trasegar flujo de aire de la capacidad ideal, si el flujo másico teórico va en aumento para cada levantamiento.

Conclusiones— Se puede concluir que para 3000 rpm y 3400 rpm se produce un vórtice definido bajo la metodología propuesta, obteniendo valores de velocidad muy cercanos a 10 m/s y 20 m/s en la periferia, que aseguran el flujo de aire con vorticidad en el cilindro. A 3400 rpm el CT se eleva con respecto a los demás regímenes en los últimos levantamientos de válvula. Concluyendo así, que bajo este régimen de giro se da el punto óptimo de generación de vorticidad para el motor que permite reducir las emisiones e incrementar le eficiencia global.