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Laboratorios de la Maestría en Ciencias de la Ingeniería con Orientación en Energías Térmica y Renovable
Laboratorio de Ciencia de los Combustibles
El laboratorio de Investigación en Ciencia de los Combustibles cuenta con tecnología de punta para evaluar combustibles fósiles, biocombustibles y mezclas de ambos. Para poder emplear combustibles de forma segura y eficiente en máquinas térmicas y en procesos industriales es necesario haberlos caracterizado adecuadamente con el objeto de conocer su composición, poder calorífico, condiciones de ignición, octanaje, los productos resultantes de la combustión, además de las condiciones termodinámicas en las que se producen los cambios de fase, modificaciones en su consistencia y viscosidad. Todo este tipo de pruebas se pueden llevar a cabo en este laboratorio. Con el conocimiento obtenido en la caracterización es posible desarrollar mezclas de combustibles que satisfagan necesidades específicas, además de asegurar que los productos de la combustión no pongan en riesgo
la salud e integridad de los seres humanos, además de ser seguros para el medio ambiente.
Equipo Especializado
La bomba calorimétrica de la firma Parr 6400 es utilizada para determinar el poder calorífico de los combustibles. Este equipo es determinante en la evaluación del poder calorífico de mezclas de biocombustibles que posteriormente son analizadas para distintos fines, entre los que se destaca la reacción de combustión fría en motor CFR.
El equipo para determinar el punto de nube (Cloud point) y punto de escurrimiento (Pour point) de la firma Koehler es utilizado para evaluar los puntos a los cuales un combustible o mezcla de combustibles inician la formación de cristales de sus parafinas o bien el punto de fluidez de los mismos. Los resultados experimentales que se obtienen de los ensayos de este equipo permiten evaluar las aplicaciones que los combustibles tienen los climas extremos, principalmente los biocombustibles, que son los que tienden a formar cristales a temperaturas no tan bajas.
El cromatógrafo de la firma BRUKER modelo 450-GC es un cromatógrafo que permite caracterizar la composición de los combustibles que posteriormente son analizados en el motor de compresión variable, este cromatógrafo tiene la flexibilidad de caracterizar, tanto combustibles líquidos como gaseosos. Los combustibles que se analizan son principalmente biocombustibles líquidos (alcoholes y biodiesel) y gaseosos proveniente de la biomasa de rellenos sanitarios y de gasificación de material orgánico (plantas).
El cromatógrafo de gases y espectrómetro de masas de la firma PerkinElmer CLARUS SQ 8 GC/MS es un cromatógrafo que permite caracterizar la composición de los combustibles que posteriormente son analizados en el motor de compresión variable, este cromatógrafo tiene la flexibilidad de caracterizar, tanto combustibles líquidos como gaseosos. Los combustibles que se analizan son principalmente biocombustibles líquidos (alcoholes y biodiesel) y gaseosos proveniente de la biomasa de rellenos sanitarios y de gasificación de material orgánico (plantas).
Laboratorio de Ambiente Controlado
Este laboratorio cuenta con una cámara instrumentada para llevar a cabo pruebas físicas bajo condiciones controladas de temperatura y humedad, y con velocidad de aire despreciable. Es práctica común que durante la etapa de diseño y prueba de nuevos prototipos de máquinas y dispositivos térmicos se requiere medir el desempeño de éstos en condiciones específicas y de forma controlada. Lo que se persigue es cuantificar el desempeño de las máquinas en la amplia variedad de climas que representan un mercado potencial. Los equipos deben demostrar que son eficientes y confiables en los distintos climas para poder ser susceptibles de ser fabricados. Adicionalmente, deben cumplir las normativas de consumo energético que establecen las legislaciones locales de los países en los que se pretende colocar los productos. Mediante la cámara de clima controlado de este laboratorio se podrán realizar ese tipo de estudios en una amplia variedad de máquinas como refrigeradores domésticos o industriales, sistemas de acondicionamiento de aire, electrodomésticos en general, equipos electrónicos y dispositivos que sean susceptibles de ser instrumentados para ser estudiados en su desempeño. Las pruebas en frío (pruebas con temperatura de cerca de los -30°C) son de gran relevancia para evaluar la respuesta dinámica, el desempeño y el deterioro de máquinas que operan en climas con frío extremo. Por otra parte, este laboratorio también cuenta con un túnel de viento de baja velocidad con control de temperatura y humedad que está especialmente diseñado para evaluar dispositivos bajo condiciones controladas de humedad, temperatura y con velocidad de aire específicos. Varios dispositivos de la industria de la refrigeración, automotriz, electrónica, aeronáutica, entre otros, operan bajo condiciones ambientales específicas y en las etapas de diseño se requiere caracterizar su desempeño para asegurar el cumplimiento de sus especificaciones y hacer adecuaciones en caso necesario.
Equipo Especializado
La cámara de clima controlado es un recinto de 4 m de ancho 3.5 m de profundidad y 3m de altura. En su interior es posible controlar la temperatura en un rango desde -30°C hasta 40°C, la humedad relativa en un rango de 30 % a 95 %. Tiene la capacidad de adquirir y registrar señales de hasta 96 termopares, 4 canales de RTD, 3 canales para sensores de humedad, 4 canales para medir corriente alterna, 4 canales para medir voltaje. Su principal función es evaluar nuevos diseños de refrigeradores domésticos, calcular su consumo energético y su eficiencia térmica con el fin de mejorar los diseños actuales para disminuir el consumo de energía. La cámara además puede ser utilizada para diversos estudios de transferencia de calor que requieran un ambiente con condiciones climáticas controladas.
El túnel de viento de clima de controlado se utiliza para caracterizar nuevos diseños de intercambiadores de calor, en particular, evaporadores y condensadores de sistemas de refrigeración domésticos. Tiene la capacidad de controlar la temperatura en un rango de -15 °C a 40 °C, humedad relativa de 30 % a 95 %, velocidad de aire de 0.5 m/s a 5 m/s. Además, puede registrar en la zona de prueba hasta 24 señales de termopar, velocidad de aire, caída de presión, humedad relativa, peso, flujo másico de refrigerante, entre otras variables. La información conseguida en el túnel sirve para mejorar el desempeño energético los intercambiadores de calor y así incrementar la eficiencia de refrigeradores domésticos.
En el laboratorio se cuenta con tres baños de recirculación que controlan la temperatura de un fluido con gran precisión. Dos de ellos tienen capacidad de 6 litros mientras que el tercero recircula 13.5 litros. Se tiene un baño de calentamiento el cual eleva la temperatura del líquido por encima del ambiente y la controla en la temperatura indicada por el usuario. El segundo puede controlar temperaturas bajas de hasta los -20 °C. El tercero de mayor capacidad puede bajar la temperatura del fluido hasta los -40 °C. Dichos recirculadores se utilizan en los diversos experimentos de transferencia de calor en intercambiadores de calor para evaluar su desempeño energético.
Es un sistema de adquisición de datos con capacidad de comunicarse hasta con 8 tarjetas para registrar variables de interés como temperatura, voltaje, corriente, entre otras. En particular este sistema se encuentra instalado en el cuarto de clima controlado para registrar hasta 96 señales de termopar, 4 señales de humedad, 4 señales de sensores de temperatura tipo RTD.
Es un control embebido que ejecuta el software LabView Real-Time para control, análisis y registro de datos. Con un procesador de 800 MHz, y con una memoria RAM de 4 Gb tiene la capacidad de comunicarse hasta con 8 tarjetas de adquisición de datos y control según las necesidades del usuario. En particular este C-RIO se utiliza en la cámara de clima controlado para adquirir las condiciones eléctricas de refrigeradores domésticos, en particular, el voltaje suministrado, la corriente y la potencia requerida, para así, conocer su consumo de energía eléctrica para diferentes diseños. Además, este CRIO registra y controla de condiciones ambientales como temperatura y humedad de aire interior del cuarto.
Es un control embebido que ejecuta el software LabView Real-Time para control, análisis y registro de datos. Con un procesador de 800 MHz, y con una memoria RAM de 4 Gb tiene la capacidad de comunicarse hasta con 8 tarjetas de adquisición de datos y control según las necesidades del usuario. En particular este C-RIO se utiliza en el túnel de viento de clima controlado para regular el flujo, la temperatura y la humedad del aire. Además, se utiliza para controlar el sistema de refrigeración y la resistencia eléctrica de calentamiento del túnel con algoritmos de autoría propia.
Es un control embebido que ejecuta el software LabView Real-Time para control, análisis y registro de datos. Con un procesador de 400 MHz tiene la capacidad de comunicarse hasta con 4 tarjetas de adquisición de datos y control según las necesidades del usuario. En particular este C-RIO se utiliza en el Motor de compresión variable (CFR).
Es un sistema de control de la marca National Instruments que tiene la capacidad de hasta 8 señales de entrada de RTD para registrar temperatura, 4 señales de entrada de 0-10 VDC o 0-20 mA y 4 señales de salida de 0-10 VDC o 0-20 mA. Este controlador es indispensable para realizar experimentos en los cuales requieres el control muy preciso de temperatura, presión, humedad, entre otras variables.
Laboratorio de Fenómenos de Transporte
Una amplia variedad de procesos industriales están basados en la ocurrencia de fenómenos naturales relacionados con los transportes de calor, masa y cantidad de movimiento. Estos fenómenos incluyen la difusión, la convección y la radiación térmica. Los procesos de mezclado entre líquidos o entre gases, la atomización de líquidos como el combustible en la cámara de combustión, el transporte de especies contaminantes, la transferencia de calor, el transporte de partículas, los flujos granulares, los flujos multifásicos y los flujos capilares, entre otros, son los objetos de estudio de este laboratorio. Crear conocimiento en estas áreas permite mejorar la eficiencia de dispositivos como quemadores industriales de combustibles gaseosos, líquidos o particulados, intercambiadores de calor, turbomáquinas, motores térmicos, compresores, sistemas de inyección de combustible, generadores de vapor, secadores, hornos, entre otros. El laboratorio de fenómenos de transporte cuenta con instalaciones que permiten, mediante el uso de distintas técnicas experimentales avanzados, el estudio de fenómenos que incluyen a la hidrodinámica, la aerodinámica, procesos de difusión de calor y masa en líquidos y gases, incluyendo flujos bifásicos. Los equipos con los que se cuenta son principalmente de tipo no intrusivo basados en técnicas ópticas como la Anemometría Láser Doppler, la termografía infrarroja, la visualización de alta velocidad, la velocimetría por imágenes de partículas PIV de dos dimensiones y la visualización mediante cámara intensificada. Con la aplicación de estas técnicas es posible determinar cuantitativamente las características de los procesos de transporte en fluidos, incluyendo patrones de flujo, estructuras coherentes, distribución local de la velocidad, vorticidad, esfuerzos de Reynolds, intensidad de turbulencia, la temperatura y la concentración de especies químicas.
Equipo Especializado
Este es un equipo de Anemometría de efecto Láser Doppler (LDA) de una componente con fuente de 300 mW de la marca Dantec Dynamics. La técnica permite determinar la velocidad de flujos con gran exactitud y con alta resolución temporal. Es posible instrumentar sistemas en los que los efectos de la turbulencia son de gran importancia. El sistema LDA está montado en un mecanismo de posicionamiento 3D computarizado que permite trasladar la sonda de medición a través de una trayectoria previamente establecida de tal manera que es posible reconstruir el campo de velocidades de los flujos. Este equipo se emplea para determinar de forma no intrusiva la evolución del perfil de velocidades de los chorros de mezcla de aire combustible para caracterizar las condiciones de inyección desde las toberas.
La cámara de alta velocidad de la firma DANTEC es una cámara que por su alta velocidad y resolución (100, 000 fps) permite evaluar fenómenos transitorios de alta frecuencia, como los que ocurren durante la combustión de combustibles en motores de combustión interna. La utilidad principal que se le ha dado a esta cámara es la de definir la penetración de la inyección de un combustible en base a sus características fisicoquímicas que se inyecta a elevadas presiones y temperaturas. Las propiedades que existen entre combustibles fósiles y biocombustibles tienen un interés especial de análisis, ya que parámetros como la densidad juegan un papel importante en un proceso de combustión y, en mezclas de combustibles es imprescindible el conocimiento del fenómeno cuando es inyectado en un medio termodinámico similar al que se suscita en un motor de combustión interna.
La cámara de volumen constante es una cámara diseñada y construida por el grupo de investigación. Esta cámara permite, gracias a sus accesos ópticos visualizar el proceso transitorio de inyección de un combustible, ya sea fósil o biocombustible, asimismo permite reproducir condiciones termodinámicas semejantes a las que se desarrollan en la cámara de combustión un motor de combustión interna en funcionamiento ordinario. El proceso de inyección es controlado con un sistema auxiliar de inyección, también desarrollado por el grupo de investigación y que puede alcanzar hasta los 2,000 bar de presión de inyección.
La cámara intensificada de la firma DANTEC es una cámara útil para caracterizar la reacción química mediante la visualización de la quimioluminiscencia, esto se logra mediante la captación de reacción química a través de accesos ópticos en sistemas cerrados como lo es el motor de compresión variable, o bien, en maquetas de visualización debidamente instrumentadas para tal efecto, también es posible caracterizar llamas en cualquier tipo de sistemas donde exista la combustión de un combustibles, como mecheros o quemadores. Esta técnica es de gran ayuda en el laboratorio para evaluar los retardos químicos que presentan los diversos combustibles que se están analizando en el motor de compresión variable.
Sistema de Velocimetría por Imágenes de Partículas de alta resolución temporal para tres dimensiones (TR-PIV 3D) de la marca Dantec Dynamics. Emplea una fuente láser doble 2 x 15 mJ a 1000 Hz, 527 nm, dos cámaras Speed Sense 9040 PHANTHOM de 2 MP, 1000 cuadros por segundo y 6 GB de memoria RAM. Aplicación para la determinación del campo de velocidades y características de la aerodinámica e hidrodinámica de flujos en tres dimensiones, incluyendo reconstrucción de estructuras y patrones, y distribución de vorticidad. Se cuenta además con la capacidad de análisis mediante la técnica Luminiscencia Inducida con Láser Plano (PLIF) para medición de la distribución de temperatura y concentración en líquidos y gases. Este equipo es especialmente útil para la caracterización de mezclado en flujos de gases y líquidos con distintas concentraciones y temperaturas.
Equipo de Termografía Infrarroja (IR) Científica de la marca FLIR de la serie SC4000. Esta cámara tiene la capacidad de tomar hasta 100 imágenes termográficas por segundo con resolución de 512 x 512 pixeles. Es posible determinar los cambios de temperatura a través de la emisión de infrarrojo, en un rango entre -100 a 500 °C y 350 a 1200 °C con el uso de filtros, con exactitud de +/- 3%. A través de un ajuste específico a las emisiones de infrarrojo es posible medir la distribución de temperatura en procesos transitorios. Se cuenta con el software necesario para visualizar con gran detalle y en tiempo real los datos de las temografía y determinar perfiles de temperatura en regiones específicas y a lo largo de las direcciones de interés. Es posible analizar a detalle las imágenes de infrarrojo grabadas y también cuenta con herramientas que se acoplan con MatLab para el tratamiento numérico de datos.
Laboratorio de Modelado Computacional
El laboratorio de modelado computacional cuenta con equipamiento avanzado que representa una herramienta de gran apoyo para el estudio de fenómenos físicos que ocurren en una amplia variedad de procesos industriales. Los fenómenos relacionados con el transporte de calor, masa y cantidad de movimiento representan el aspecto medular en áreas como la aerodinámica, la hidrodinámica, la transferencia de calor, el transporte de especies, el mezclado de gases y líquidos y la combustión. Las ecuaciones que modelan todos estos fenómenos consisten en sistemas de ecuaciones diferenciales en derivadas parciales, no lineales y en estado transitorio, por lo que su solución requiere de métodos numéricos que aplican algoritmos complejos. Para dar solución a este tipo de problemas se requiere el uso de métodos numéricos robustos, para los cuales actualmente existen códigos computacionales libres y comerciales. Adicionalmente, siempre está la posibilidad de aplicar códigos numéricos de propia autoría, mismos que tienen la enorme ventaja de emplear modelos y estrategias en las que el investigador tiene todo el control. La infraestructura con la que actualmente contamos para el modelado computacional incluye:
- Cuatro equipos Workstation con 8 núcleos Xeon a 3.0 GHz, 64 GB de RAM, 750 GB de HD.
- Once Workstation de 4 núcleos i5 a 2.67 GHz, 4 GB RAM, 500 GB HD.
- Cinco Workstation 4 núcleos Xeon 1.6 GHz, 4 GB RAM, 500 GB HD.
- Diversos equipos de cómputo para uso general.
Actualmente contamos con licencias y respaldo técnico especializado de la compañía AVL AST (www.avl.com) enfocado a las herramientas de simulación AVL BOOST, AVL
CRUISE,AVL EXCITE, y AVL FIRE.
La vinculación con AVL AST se realiza por medio del University Partnership Program diseñado por la compañía para apoyar los procesos de investigación y docencia de las universidades, siendo nuestro programa beneficiado por este acompañamiento.
Adicional al software de AVL, también se cuenta con acceso a las siguientes herramientas de simulación:
- Licencias de ANSYS y CFX de ANSYS CFD, para cinco sesiones y hasta 64 procesos en paralelo.
- Licencias para análisis numérico científico como Fortran 95 y C++.
- Código libre y abierto OpenFOAM para CFD.
- Software para modelado computacional de sistemas térmicos transitorios TRNSYS.
Equipo Especializado
Cluster de cómputo de alto desempeño (High Performance Computing Cluster) de la firma Dell, con Hostname: termofluidos01.uanl.mx, que cuenta con 64 procesadores a 2.7 GHz, 120 GB de memoria RAM a 1333 MHz, 7 TB HD, Enterprise Linux Red Hat 5.5 OS.
Este sistema está a disposición de los profesores e investigadores del Grupo de Energías Térmica y Renovable, así como de estudiantes del posgrado de esa especialidad. Mediante comunicación de banda ancha, el cluster puede ser accesado a través de estaciones de trabajo instaladas en el Laboratorio de Modelado Computacional. Su sistema operativo Red Hat 5.5 basado en Linux permite operar al máximo las capacidades del hardware y software de alta demanda, como los simuladores de dinámica de fluidos computacional con procesos en paralelo y otras tareas de análisis numérico con códigos desarrollados en Fortran 95, C++, entre otros.
Este equipo se utiliza para llevar a cabo el modelado computacional y la simulación de procesos de hidrodinámica, aerodinámica, fenómenos de transporte y reacción química en procesos de combustión. Los detalles técnicos del sistema son los siguientes:
- Módulo PowerEdge R710. Nodo Maestro que contiene 12 Cores en 2 CPU Intel Xeon X5650 @ 2.67 GHz, 2659 MHz, 24 GB RAM DDR3, 12 M Cache, Red Hat Enterprise 5.5.
- 3 módulos PowerEdge R410. Nodos de Cómputo, cada uno de ellos contienen 12 Cores en 2 CPU Intel Xeon X5670 @ 2.93 GHz, 24 GB RAM DDR3, 12 M Cache, Red Hat Enterprise 5.5.
- 1 módulo PowerEdge R420. Nodo de Cómputo con 16 Cores en 2 CPU Intel Xeon E5-2470 @ 2.3 GHz, 24 Gb RAM DIMM, 20 M Cache, Red Hat Enterprise 5.5.
- 1 módulo PowerConnect 8024. Módulo para la comunicación Ethernet de 10 Gbps para la interconexión entre el módulo maestro y los módulos de cómputo.
- 1 módulo PowerConnect 6224. Módulo para la comunicación de salida a la red de usuarios por medio the interfaz de red eth0 a 1 Gbps.
- 1 rack DELL 4220. Módulo de montaje para todos los equipos con consola.
Laboratorio Termosolar
El Laboratorio Termosolar se emplea para realizar actividades de investigación científica básica y aplicada relacionadas con la captación térmica, el proceso de transformación de la energía radiante procedente del Sol para poner en disposición energía térmica. Parte de las actividades principales consisten en la caracterización energética de colectores solares. Actualmente en este laboratorio se desarrollan actividades con calentadores solar tipo heat pipe de tubo al vacío. Este tipo de colectores presenta diferencias importantes respecto a los colectores solares de placa plana y no existe documentación suficiente al respecto, sin embargo, incluso los estándares internacionales como las normas ISO 9806-1 (1994), EN 12975-2 (2006) y ASHRAE 93-2003 (2003), además de la norma oficial mexicana NORMEX, están basados en métodos experimentales conducidos en colectores solares planos. La eficiencia térmica de los colectores solares está ligada al conocimiento del comportamiento de la constante de tiempo, por lo que en el estudio de los colectores resulta un aspecto de particular importancia, además de la caracterización de los procesos de transferencia de calor que ocurren en el interior del heat pipe.
Equipo Especializado
Planta Solar de 65 kW compuesta por un arreglo de 40 paneles solares, cada uno de ellos cuenta con 20 tubos al vacío y varilla concéntrica de cobre. Este tipo de diseño en particular favorece el máximo aprovechamiento en colección solar. La planta incluye, además de paneles solares, un sistema hidráulico completo con bombas, válvulas de seguridad anticongelante, válvulas unidireccionales, vaso de expansión, llenado de instalación, vaciado de instalación, purgadores, termostatos, válvula motorizada y un termo tanque. Esta planta está instrumentada y controlada desde un equipo central que forma parte del equipamiento del laboratorio termosolar, donde se registra el comportamiento y se evalúa el rendimiento de la planta. Mediante este equipo es posible desarrollar actividades de investigación encaminadas diseñar estrategias de control que permitan mejorar el desempeño de instalaciones del tipo solar térmico. La planta opera permanentemente y la energía térmica obtenida se emplea para el calentar el agua que se utiliza en las regaderas del Polideportivo de la Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. Sistema de adquisición de datos mediante la plataforma CompactRio de National Instruments. Cuenta con un microprocesador que se comunica con una computadora por medio del software LabView de tal forma que esw posible registrar datos provenientes de sensores de temperatura, gasto volumétrico, manómetros diferenciales y piranómetros.
Sistema de control dinámico Compact-RIO de National Instruments. Este equipo representa la herramienta que controla el funcionamiento de la planta solar. El sistema de control está basado en algoritmos adecuados para sistemas dinámicos y es lo suficientemente flexible como para permitir el diseño de estrategias de control avanzado de lazo cerrado para que el programa adapte la operación de la planta a necesidades específicas de gastos volumétricos mediante el ajuste de variadores de velocidad de bombeo, el encendido y apagado del bombeo, la circulación de agua fría al sistema de colectores, todo esto de forma consistente con la información proveniente de sensores de temperatura RTD´s ubicados en diferentes puntos de la planta solar.
Cámara de infrarrojo que permite medir la distribución de la temperatura en la superficie de los cuerpos a través de la emisión de radiación infrarroja. Mediante esta herramienta es posible identificar puntos patrones térmicos, midiendo indirectamente la temperatura local. Cuenta con una pantalla LCD y captura imágenes con un sensor de 320×240 pixel a 60 Hz. Incluye un corrector de paralaje para la imagen infrarroja. El rango de medición de la temperatura es de -20 a 150°C, con una exactitud de 2°C o 2% a 25°C.
Laboratorio de Fisicoquímica de la Combustión
En el Laboratorio de fisicoquímica de la combustión se llevan a cabo estudios de los fenómenos relacionados con la combustión de fuentes fósiles y alternativas, así como de sus mezclas. Las actividades de este laboratorio son principalmente: analizar la combustión a través de la variación de compresión de un motor a gasolina tipo CFR, pruebas de eficiencia energética recuperando calor remanente de gases de escape, mitigación de especies contaminantes mediante sistemas catalíticos en motores Diésel, y análisis aerodinámico de los gases de escape mediante técnicas láser tales como LDA y PDA. El objetivo de estas actividades es proporcionar soluciones a los problemas y necesidades de nuestros socios, principalmente en la industria automotriz.
Equipo Especializado
El motor de compresión variable es utilizado para caracterizar el proceso de reacción química de combustibles, principalmente se están caracterizando diversas mezclas de biocombustibles basados en alcoholes para definir el retardo de la combustión.
La instalación experimental está instrumentada y permite realizar estudios relacionados con los motores de combustión interna, particularmente en el sistema de escape de gases de combustión, por ejemplo, la hidrodinámica de los gases y las características de las emisiones contaminantes.
El sistema cuenta con un motor Diesel de la marca Cummins de 6 cilindros con una potencia de 180 HP a 2,500 rpm. En la instalación experimental, se emplea una interface gráfica de LabView que permite al usuario, a través de un algoritmo de control PID, controlar el régimen de giro (rpm) del motor. En esta misma interface permite el control de un banco de resistencias eléctricas que pueden calentar los gases una vez que salen del motor, para tener un control de la temperatura de estos al ingresar al sistema de escape de gases de combustión.
Posterior a la salida de gases del motor se encuentran, en un mismo módulo, los sistemas DOC-DPF, instrumentados para medir con sensores específicos, la caída de presión y las temperaturas a lo largo del mismo. Teniendo en cuenta que los gases de escape del motor no alcanzan la temperatura de vaporización de la urea (140 °C), se incorporó a la salida del DOC-DPF un sistema de remanso con posibilidad de recalentamiento. El remanso cuenta con cuatro resistencias tubulares que suministran hasta 17.5 kW de potencia, con lo que es posible alcanzar una temperatura de hasta 300 °C. Este sistema cuenta también con sensores de temperatura a la entrada y salida, y un relevador de estado sólido, el cual permite el control y estabilidad de la temperatura de los gases de escape a la salida.
Para la realización de mediciones de velocidad en el interior del sistema de escape se requiere que una luz láser ingrese, por lo que se debe contar con un acceso óptico. Para minimizar el índice de refracción del haz láser se diseñaron ventanas planas del mismo.
Para poder realizar la medición de la velocidad local en flujos de gas se requiere que dicho gas arrastre pequeñas partículas que pueden ser detectadas con la luz láser. El sistema LDA reporta la velocidad de las partículas arrastradas por la corriente de gas.
Se utiliza un generador de partículas de aceite que funciona nebulizando aceite de oliva al hacerlo pasar a alta presión (7 atm) por toberas, generando una niebla de partículas de aceite de 5 micras aproximadamente.
Laboratorio de Flujo de Alta Velocidad
El laboratorio de flujo de alta velocidad cuenta con equipos especializados para estudiar el proceso de inyección diésel y gasolina; a través de medir el flujo másico en un analizador de inyección de la firma IAV, y la determinación de la geometría real de la tobera a través de la técnica de la silicona. A la hora de estudiar el proceso de combustión y la formación de las emisiones contaminantes en motores diésel y gasolina, es fundamental en primera instancia analizar el proceso de inyección. Igualmente es digno de mencionar que mediante el flujo másico se es capaz de caracterizar el flujo interno en la tobera diésel o gasolina, el cual depende entre otros aspectos de la geometría de la tobera y de las propiedades físicas del combustible. El flujo interno influye directamente en el proceso de mezcla, comúnmente caracterizado a través de los parámetros macroscópicos del chorro diésel (i.e. ángulo, penetración y área del chorro), y por consiguiente al proceso de combustión. Los estudios que se realizan en el presente laboratorio complementan a los trabajos que se llevan a cabo en los laboratorios: Ciencias de los combustibles, Fenómenos de transporte, y el de físicoquímica de la combustión.
Equipo Especializado
El IAV Injection Analyzer de la firma IAV es utilizado para la medida de flujo másico instantáneo, está basado en el método conocido como Bosch o tubo largo. Medida de interés a la hora de estudiar el proceso de inyección y de combustión.
La técnica de la silicona se fundamenta en la introducción de un polímero en fase líquida, de propiedades viscosas especiales, en la cavidad dejada por la aguja previamente extraída, y dejando que ésta moje y recubra la totalidad de los orificios y su asiento. Transcurriendo unas horas, la silicona solidifica y, actuando con extremado cuidado, es posible extraerla obteniendo una reproducción en forma de molde de la parte interna de la tobera y de los orificios. Una vez la geometría es obtenida, se procede a su visualización con microscopio electrónico de barrido. Las muestras a visualizar en este tipo de microscopio han de ser conductoras para la evacuación de la alta energía del haz de electrones utilizado en la visualización. Por consiguiente, un recubrimiento de las muestras con metal, en este caso oro, es requerido antes de la visualización.
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Responsable: Posgrado, FIME
