Evaluación experimental y comparación de índices de formación de hollín para combustibles de tipo diésel

Sanz Ramón, Sofía
Ballester Castañer, Javier Manuel (dir.) ; Muelas Expósito, Álvaro (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2021
Departamento de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, Área de Mecánica de Fluidos

Graduado en Ingeniería Química

Resumen: La contaminación debida a los procesos de combustión relacionados con la automoción ha despertado una gran preocupación en cuanto al cuidado del medio ambiente y la sostenibilidad. En concreto, los motores diésel presentan la emisión de partículas sólidas de hollín como uno de sus principales contaminantes. La presencia de este compuesto en la atmósfera tiene efectos muy negativos no solo para el medio ambiente, sino también para la salud de las personas. Esto ha motivado una intensa actividad de investigación científica que trata de lograr disminuir la formación y emisión de este contaminante tan perjudicial.
El primer objetivo del presente trabajo es la evaluación experimental de la formación de hollín de diferentes combustibles líquidos empleando algunos de los índices de formación más utilizados en la literatura, como el Oxygen Extended Sooting Index (OESI) o el Yield Sooting Index (YSI). Adicionalmente, se ha estudiado un índice de formación de hollín propio, denominado Isolated Droplet Sooting Index (IDSY), obtenido a partir de medidas en una instalación de combustión de gotas aisladas (Droplet Combustion Facility, DFC) utilizando una sonda de captación de hollín. El desarrollo de este índice es especialmente interesante por la representatividad de las condiciones de trabajo en las que se obtiene, mucho más cercanas a las existentes en aplicaciones reales de combustión en comparación con otros índices como el OESI. Se pretende desarrollar una regla para estimar el IDSY de mezclas de distintos compuestos, así como explorar posibles relaciones con los índices mencionados anteriormente. Por otro lado, para el cálculo del OESI se utilizará una lámpara de punto de humo, para la cual se ha desarrollado en el marco de este trabajo un método de medición automática con el objetivo de minimizar la incertidumbre asociada a la medida manual recomendada en la norma ASTM D1322. Se trata de un método basado en el procesamiento de imágenes, que ha conseguido mejorar sustancialmente la repetibilidad de la medida.
Finalmente, la información obtenida y las herramientas desarrolladas en la primera fase del trabajo han sido utilizadas para la formulación de surrogates capaces de emular el comportamiento de formación de hollín de un combustible real. El combustible utilizado es un diésel de primer llenado, sin ningún tipo de aditivos. Los surrogates suponen una simplificación química de los combustibles reales, facilitando la comprensión y el modelado del comportamiento de los mismos. Se trata de obtener una mezcla de un reducido número de sustancias puras que reproduzcan la formación de hollín del diésel. Se han formulado 2 surrogates, una mezcla binaria (surrogate 1) y una mezcla ternaria (surrogate 2). Tras su diseño, ambas mezclas fueron evaluadas experimentalmente en la instalación DCF, obteniendo buenos resultados en referencia a la emulación de la formación de hollín del diésel. Concretamente, el surrogate ternario presenta incluso mejores resultados que el binario, reduciendo a la mitad el error relativo en el IDSY validado experimentalmente (26 y 13% respectivamente). El presente estudio profundiza sobre un trabajo previo en el cual se realizó un diseño de surrogates basados en la formación de hollín de este mismo combustible, así como de su comportamiento evaporativo. Gracias a las mejoras desarrolladas en el marco del presente trabajo se ha conseguido una mejora sustancial en cuanto a la capacidad de los surrogates para emular el IDSY del diésel.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado