Análise avaliativa dos mecanismos de reação para modelar a combustão de gases derivados da biomassa

Parte fundamental na simulação de processos de combustão é modelar com a maior precisão possível a cinética química que ocorre no fenômeno. Por outro lado, em simulações de combustão complexas que envolvem a dinâmica de fluidos computacional (CFD) do sistema, o recurso computacional é um fator crítico a ser levado em consideração. Com base no exposto, este estudo avalia o desempenho de quatro mecanismos de reação semi-detalhados (DRM22, C1-C4 de Heghes, GRI 3.0 e Konnov),para modelar a cinética de combustão de gases de síntese derivados de biomassa em simulações de CFD. (Motores, turbinas, queimadores, entre outros). A metodologia consiste na realização de testes computacionais para obtenção de resultados relativos à variável de atraso na partida. As ditas simulações foram realizadas em um reator de pressão constante variando diferentes parâmetros de combustão. Os resultados obtidos com os mecanismos semi-detalhados foram comparados com os obtidos com um mecanismo detalhado (Westbrook), calculando os erros. Constatou-se que a aplicabilidade de cada modelo cinético depende das variáveis do processo analisadas, onde a qualidade dos seus as previsões são sempre inversamente proporcionais ao teor de hidrogênio no combustível. Vale ressaltar que o mecanismo GRI 3.0 apresentou o melhor desempenho geral.Parte fundamental en la simulación de procesos de combustión es modelar con la mayor exactitud posible la cinética química que tiene lugar en el fenómeno. Por otro lado, en simulaciones complejas de combustión que involucran la dinámica de fluidos computacional (CFD) del sistema, el recurso computacional es un factor crítico para tener en cuenta. Con base en lo anterior, en este estudio se evalúa el desempeño de cuatro mecanismos de reacción semidetallados (DRM22, C1-C4 de Heghes,GRI 3.0 y Konnov), para modelar la cinética de combustión de gases de síntesis derivados de biomasa en simulaciones CFD (motores, turbinas, quemadores, entre otros). La metodología consiste en la realización de pruebas computacionales para obtener resultados relacionados con la variable retraso al encendido. Dichas simulaciones se llevaron a cabo en un reactor a presión constante variandodiferentes parámetros de la combustión. Los resultados obtenidos con los mecanismos semidetallados se compararon con los obtenidos con un mecanismo detallado (Westbrook), por medio del cálculo de errores. Se encontró que la aplicabilidad de cada modelo cinético depende de las variables del proceso analizadas, donde la calidad de sus predicciones siempre es inversamente proporcional al contenido de hidrógeno en el combustible. Cabe resaltar que el mecanismo GRI 3.0 presentó el mejor desempeñoglobal.A fundamental part in the simulation of combustion processes is to model as accurately as possible the chemical kinetics that take place in the phenomenon. On the other hand, in complex combustion simulations that involve the computational fluid dynamics (CFD) of the system, the computational resource is a critical factor to consider. Based on the above, this study evaluates the performance of four semi-detailed reaction mechanisms (DRM22, C1-C4 from Heghes, GRI 3.0 y Konnov), to model the combustion kinetics of biomass derived syngas in CFD simulations (engines, turbines, burners, among others). The methodology consisted of computational tests to obtain results related to ignition delay. These simulations were carried out in a constant pressure reactor varying different combustion parameters. The results obtained with the semi-detailed mechanisms were compared with those achieved using a detailed mechanism (Westbrook), through the calculation of errors. It was found that the applicability of each kinetic model depends on the process variables analyzed, where the quality of their predictions is always inversely proportional to the hydrogen content in the fuel. It should be noted that the GRI 3.0 mechanismpresented the best overall performance

Performance and emissions of a heavy duty diesel engine fuelled with palm oil biodiesel and premium diesel

Biodiesels are promoted as alternative fuels due their potential to reduce dependency on fossil fuels and carbon emissions.Research has been addressed in order to study the emissions of light duty vehicles. However, the particle matter and gaseous emissions emitted from heavy-duty diesel engines fueled with palm-biodiesel and premium diesel fuel have seldom been addressed. The objective of this study was to explore the performance and emission levels of a Cummins 4-stroke, 9.5 liter, 6-cylinder diesel engine with common rail fuel injection, and a cooled exhaust gas recirculation (EGR). The palm-biodiesel lowered maximum engine output by much as 10 %. The engine emissions data is compared to standards from 2004, and is determined to pass all standards for diesel fuel, but does not meet emissions standards for PM or NOx for palm-biodiesel

Modelo de combustión de motores de encendido por chispa acoplando Cantera a KIVA 4

Un reactor a volumen constante (RVC) fue implementado utilizando Cantera dentro de KIVA-4 en un acople multifísico con el fin de simular un motor de combustión interna encendido por chispa. Sólo densidades parciales se intercambian entre KIVA y Cantera. Una densidad parcial inicial se calcula en KIVA para Cantera. Nuevas densidades son generadas por Cantera usando el RVC y son entregas de nuevo a KIVA. Por último, los cálculos se completan con KIVA en el esquema principal de avance en tiempo. No hay otras modicaciones para las ecuaciones o modelos constitutivos de KIVA-4 o Cantera. La predicción de la curva de presión del motor sigue la tendencia esperada. Para los casos de los motores encendidos por chispa se requiere emplear modelos adicionales para la ignición y mecanismos químicos más completos. Los tiempos de solución de esta implementación son muy inferiores a las de su equivalente comercial y se logran resultados similares

Estudio computacional del tiempo de autoencendido de combustible líquido en Ignition Quality Tester (IQT)

Se simula el tiempo de autoencendido de un combustible líquido, influenciado por el cambio de presión inicial en cámara y masa inyectada en una cámara de combustión cerrada. Este proceso se encuentra asociado a la prueba en un Ignition Quality Tester (IQT) [ASTM D6890-13b]. En este trabajo esta prueba es estudiada numéricamente usando el software Converge CFD. Se seleccionaron los modelos más apropiados de inyección de combustible líquido, rompimiento y evaporación de gotas, cinética de reacción y turbulencia. El modelo se valida contra resultados experimentales publicados. Se encuentran cambios significativos en el tiempo de autoencendido y en la forma en que la combustión se realiza dentro del IQT como función del combustible inyectado y la presión inicial.Palabras clave ignition quality tester (IQT), inyección de combustible líquido, tiempo de autoencendido

A multiscale formulation for FEM and IgA

A numerical method is formulated based on Finite Elements, Isogeometric Analysis and a Multiscale technique. Isogeometric Analysis, which uses B-Splines and NURBS as basis functions, is applied to evaluate its performance. The analyzed PDE is Poisson's Equation. The method starts with a coarse mesh which is refined to obtain each scale, considering every current scale mesh's element as a subdomain to the following scale. Local problems of each subdomain are solved independently, and the system is executed iteratively. Isogeometric analysis shows to have a better performance regarding approximation error and convergence in the iterative method that was derived here, which favorably influences computational cost.En este artículo se formula un método numérico basado en elementos finitos, análisis isogeométrico y técnica multiescala. El análisis isogeométrico utilizando B-splines y NURBS como funciones base se aplica para evaluar su funcionamiento. La ecuación diferencial parcial analizada es la de Poisson. El método inicia con una malla burda la cual es refinada para obtener cada escala, considerando cada elemento de la malla como un subdominio de la escala posterior. Los problemas locales de cada subdominio se resuelven independientemente y el sistema de forma iterativa. El análisis isogeométrico muestra un buen comportamiento en lo que respecta a errores de aproximación y convergencia del método iterativo que fue derivado, lo cual favorece el costo computacional

Análisis de la solubilidad de la mezcla gasolina-etanol-agua a diferentes presiones y temperaturas.

This work presents the effect of solubility tests made to gasoline-ethanol-water mixtures. In particular, water tolerance tests (phase separation temperature) applied on E10, E15, E20, E25 and E30 blends. In addition, the vacuum pressure effect on mixture separation is analyzed. Results showed that separation temperatures depend indirectly on ethanol concentration within the mixture and directly on water concentration. Likewise, it was found that vacuum pressure influence is negligible when the fuel blend is under liquid state. En este artículo se presenta el efecto de pruebas de solubilidad hechas a mezclas gasolina-etanol-agua mediante ensayos de tolerancia al agua (temperatura de separación de fase) para muestras de E10, E15, E20, E25 y E30. Adicionalmente, se estudia el efecto de la presión de vacío sobre la separación de la mezcla. Los resultados muestran que las temperaturas de separación dependen inversamente de la cantidad de etanol en la mezcla combustible y directamente de la cantidad de agua en la misma. Así mismo, se encontró que la influencia de la presión de vacío es mínima cuando la mezcla combustible se encuentra en estado líquido

Evaluación experimental de un motor encendido por chispa que utiliza biogás como combustible

Para el desarrollo de este trabajo se utilizaron como combustibles diferentes mezclas de CH4 y CO2, las cuales se introdujeron en un motor encendido por chispa al que se le acopló un conjunto de dispositivos que permitieron el adelanto de la chispa, el suministro de gas y la medición del consumo del mismo. Se realizaron pruebas al motor en banco con el fin de conocer la variación en los principales parámetros de operación y emisiones. Los resultados muestran que al aumentar el porcentaje de CO2 en la mezcla aumenta el ángulo de adelanto de la chispa, dismi-nuye la potencia y el torque máximo, y se pueden reducir, hasta en 90% en algunos casos, las emisiones en el es-cape cuando las mismas se revisan siguiendo la Resolución 1015 de 2005 expedida por el DAMA. Como otro re-sultado se logró reconocer los principales componentes a tener en cuenta cuando se convierte un motor de este ti-po para funcionamiento con combustibles gaseosos.Different CH4 and CO2 mixtures were used as fuel in this work; they were fed into a spark-ignited engine equipped with devices allowing spark advance, gas delivery and gas consumption to be measured. Engine bench-tests re-vealed changes in the main operation parameters and emissions. The results showed that increasing CO2 percen-tage in the mixture increased the spark angle, reduced maximum power and torque and reduced exhaust emissions (by 90% in some cases) when DAMA resolution 1015/2005 was applied. The main components to be considered when an engine of this type operates with gas fuel were also recognised

Numerical tests on pattern formation in 2d heterogeneous mediums: an approach using the schnakenberg model

This paper presents several numerical tests performed on Turing space when spatial parameters in reaction-diffusion equations changes. The tests are performed in 2D on square units in which we perform subdivisions (subdomains). In each subdomain we set parameters that correspond to different wave numbers and therefore presents a heterogeneous medium. Each wave number is predicted by the linear stability theory and correspond to different Turing patterns. The reaction equation chosen is that of Schnakenberg. The results show complex patterns that mix bands and spots, as well as patterns that do not correspond with the original patterns that could be found independently in each subdomain

Implementación del método de estabilización de petrov-galerkin en contracorriente para la solución numérica de problemas altamente advectivos

El presente artículo describe el método Petrov-Galerkin en contracorriente (SUPG) como técnica de estabilización de las solucio- nes por elementos finitos de la ecuación diferencial de difusión –advección- reacción. En la primera parte del artículo se hace un breve análisis de la importancia de este tipo de ecuaciones diferenciales para el modelado de fenómenos físicos en múltiples campos. Posteriormente, se realiza una descripción unidimensional del método SUPG y se desarrolla la metodología para im- plementar la técnica en dos o tres dimensiones. Se presentan los resultados de un experimento numérico fuertemente advéctico y de elevada complejidad desde el punto de vista numérico. Los resultados muestran cómo la versión de la técnica SUPG imple- mentada permite aproximaciones estabilizadas en el espacio, aun para altos números de Peclet. Gráficas adicionales de los ex- perimentos numéricos aquí presentados pueden ser descargados de www.gnum.unal.edu.co.This article describes the streamline upwind Petrov-Galerkin (SUPG) method as being a stabilisation technique for resolving the diffusion-advection-reaction equation by finite elements. The first part of this article has a short analysis of the importance of this type of differential equation in modelling physical phenomena in multiple fields. A one-dimensional description of the SUPG me- thod is then given to extend this basis to two and three dimensions. The outcome of a strongly advective and a high numerical complexity experiment is presented. The results show how the version of the implemented SUPG technique allowed stabilised approaches in space, even for high Peclet numbers. Additional graphs of the numerical experiments presented here can be downloaded from www.gnum.unal.edu.co

Callosotomy in the management of refractory epilepsy

La callosotomía es una técnica aunque antigua aun hoy en día sigue vigente como opción terapéutica quirúrgica en pacientes con epilepsia refractaria, en especial pacientes con epilepsia multifocal, crisis tónicas, atónicas y drops attacks, es una cirugía segura con baja morbilidad y mortalidad siendo la mayoría de las veces complicaciones transitorias.Artículo de revisión431-439Corpus callosotomy is a technique old today it is still a therapeutic option in patients with refractory epilepsy, especially patients with multifocal epilepsy, Tonic seizures, atonic and drops attacks, is a safe surgery with low morbidity and mortality to be most often transient complications