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Tesis:

Modelización matemática de motores Diesel navales para el análisis de su respuesta dinámica

  • Autor: TALLON SANZ, Luís Alberto

  • Título: Modelización matemática de motores Diesel navales para el análisis de su respuesta dinámica

  • Fecha: 1987

  • Materia: MOTORES MARINOS DIESEL;MODELOS MATEMÁTICOS

  • Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS NAVALES

  • Departamentos: SISTEMAS OCEANICOS Y NAVALES

  • Acceso electrónico:

  • Director/a 1º: FAURE BENITO, Roberto

  • Resumen: El objetivo de esta Tesis es modelizar matemáticamente el motor diesel, que generalmente es turbosobrealimentado, para analizar su comportamiento en régimen transitorio. La predicción de la respuesta transitoria de un motor diesel turbosobrealimentado resulta muy difícil. El comportamiento dinámico del regulador de velocidad, de la turbosoplante y de la combustión para transformar la energía química del combustible inyectado en energía mecánica en la brida del cigüeñal, están íntimamente interrelacionados. Mediante el modelo matemático del motor diesel, se tienen en cuenta todos aquellos factores, con objeto de poder simular el comportamiento dinámico del mismo ante cualquier variación de la carga a la que se encuentra acoplado, como por ejemplo hélice, generador o ambos. La modelización consiste en establecer una serie de ecuaciones que definen sus características y que, programadas adecuadamente, permiten simular el comportamiento del motor diesel. El motor, desde el punto de vista de su comportamiento dinámico, puede considerarse formado por los siguientes cuatro submodelos interrelacionados, y que pueden tratarse individualmente.1. El cilindro del motor, en donde tiene lugar la combustión por la que la energía química del combustible inyectado se transforma en energía mecánica. 2. Los colectores de admisión y escape, que actúan como acumuladores del aire de combustión y de los gases de escape, conduciendo los mismos al cilindro o hacia la atmósfera, respectivamente. 3. La turbosoplante, que supone una condición de contorno para el aire de combustión y los gases de escape, ya que aquella está accionada por los gases de escape y el caudal de aire de combustión depende de la velocidad de rotación del compresor. 4. El regulador de velocidad que controla la cremallera de las bombas de inyección, y por lo tanto la cantidad de combustible inyectado en el cilindro, amparando la velocidad actual del motor con la deseada o ajustada. En el capítulo 1 se establece el modelo de cálculo del motor diesel, los sistemas en los que se ha dividido, la interrelación entre ellos y las ecuaciones matemáticas que definen sus características y que, convenientemente programadas, permitirían simular el comportamiento dinámico del motor. En el capítulo 2 se estudian los procesos que tienen lugar en el cilindro, estableciendo el sistema de ecuaciones matemáticas para calcular el par indicado y las pérdidas por rozamiento en el motor, y como consecuencia de ambos el par motor. El proceso termodinámico del gas en el interior del cilindro se determina calculando como varia el estado del gas mediante el ciclo de trabajo real, en el que se tiene en cuenta los intercambios de energía (calor y trabajo) del gas en cada instante. Según sea la relación entre la cantidad de combustible inyectado y la cantidad de aire existente en el cilindro se determina la cantidad de combustible quemado y por lo tanto la energía liberada o aportada al ciclo de trabajo. En este modelo, actúan como señal de entrada la posición de la cremallera de combustible y la velocidad de rotación actual del motor, dando como señal de salida el par motor. En el capítulo 3 se estudian los colectores de admisión y escape y su influencia en la turbosobrealimentación, y en la respuesta dinámica del motor. En el capítulo 4 se estudia el funcionamiento de la turbosoplante, distinguiendo claramente el compresor y la turbina, y se establecen los parámetros y ecuaciones matemáticas que modelizan el turbosoplante. El estado del gas de escape delante de la turbina y el del aire después del compresor definen las condiciones de contorno para el turbosoplante, mediante las cuales, y con el modelo establecido, se puede analizar su comportamiento como una unidad independiente, o interconectado con el resto del motor. En el capítulo 5 se analiza el regulador de velocidad, las partes que lo forman y su funcionamiento, estableciendo su función de transferencia que permite modelizarlo matemáticamente. El error de velocidad de rotación, esto es, la diferencia entre la velocidad de rotación actual con la ajustada, actúa como señal de entrada en el modelo, siendo la señal de salida la variación de posición del varillaje de inyección de forma que desaparezca la diferencia eventual existente