Investigación teórico - experimental del desempeño de un motor HCCI operado con Etanol Anhidro [E100] E hidratado [E80]

Abstract

En este estudio se evaluó el desempeño de un motor HCCI operado con etanol anhidro [E100] y etanol hidratado [E80], para ello se implementó un modelo CFD con cinética de reacción sencilla para el etanol en el código CFD KIVA-4 R. Se determinó la presión interna, la liberación de calor, el inicio de la combustión, el CA50 y la duración de la combustión (HRD), como las eficiencias térmicas y de la combustión en función de la temperatura de admisión, la relación de compresión y la relación de equivalencia [Formula] en un motor HCCI cuando éste opera con etanol y mezclas de etanol y agua al 20% en volumen. Además dentro del proceso de implementación del modelo en KIVA-4 R, se crearon las mallas que representan la geometría real de la cámara de combustión para un motor Briggs and Stratton y Lister las cuales fueron las dos configuraciones de motor HCCI usadas. Los principales resultados del modelo indican que al hacer uso de mezclas de etanol hidratado [E80] en un motor HCCI se generan menores valores de presión y liberación de calor en comparación con los valores encontrados cuando el motor HCCI opera con mezclas de etanol anhidro [E100] lo cual es una ventaja ya que ayuda a prevenir la aparición del knock. Se encontró que un 20% de agua en la mezcla de etanol permite el control del inicio de la combustión y presenta duraciones de combustión mas largas respecto a la mezcla de etanol anhidro [E100] utilizada en el motor HCCI. Por último el modelo se validó con la información experimental obtenida al operar un motor HCCI-Lister con etanol anhidro [E100] y etanol hidratado [E80].

Abstract. This study evaluated the performance of a HCCI engine fuelled with anhydrous ethanol [E100] and hydrous ethanol [E80] . A CFD model with simple chemistry for the ethanol on KIVA-4 Rcode was implemented. The results obtained in the model were the pressure and heat release, the start of combustion, the CA50, the heat release duration (HRD) and the thermal and combustion efficiencies as function of the initial temperature, compression ratio and equivalence ratio [Formula] in a HCCI engine when it worked with ethanol and mixtures of ethanol and water at 20% of volume. At the same time the use of KIVA-4 Rallowed to develop the mesh of the real HCCI combustion chamber engine geometries that were used, one for a modified Briggs and Stratton engine and the other one for a Lister engine. The principal model results indicated that using hydrous ethanol [E80] in a HCCI engine generated less pressure and less heat release values compared with the values found when the engine is fuelled with anhydrous ethanol [E100] at the same operational conditions, this is a benefit because it avoided the knock in engine operation. I found that 20% of water in a ethanol mixture delays the start of combustion and it has long heat release duration compared with the use of anhydrous ethanol [E100] in the HCCI engine. The model was validated with the experimental information of a HCCI-Lister engine operated with anhydrous ethanol [E100] and hydrous ethanol [E80].