Optimización de la relación de compresión en un motor LHR alimentado con biodiésel emulsionado con nano Al2O3...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería de Combustión
• Combustibles Alternativos
• Análisis de Rendimiento de Motores

Sus antecedentes:

• La investigación de estrategias de combustión avanzadas para motores diésel es crucial para cumplir con las estrictas regulaciones de emisiones.
• Los motores de baja disipación de calor (LHR) con recubrimientos de barrera térmica ofrecen potencial para mejorar la eficiencia térmica.
• Las mezclas de biodiésel, en particular las que contienen nano aditivos, se exploran como alternativas sostenibles al combustible diésel convencional.

Objetivo del estudio:

• Evaluar el impacto de la variación de las relaciones de compresión (CR) en el rendimiento y las emisiones de un motor diésel LHR con recubrimiento de cenizas volantes.
• Evaluar la efectividad de una mezcla de biodiésel de semilla de algodón emulsionada con nano-Al2O3 (B20W10Al200) bajo diferentes CR.
• Optimizar los parámetros del motor utilizando aprendizaje automático y deseabilidad multirespuesta para mejorar la eficiencia y reducir las emisiones.

Principales métodos:

• Investigación experimental utilizando la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) con la potencia al freno (BP) y la CR como variables.
• Análisis de los parámetros de rendimiento del motor (BTE, BSFC) y las emisiones de escape (NOx, HC, CO, opacidad del humo).
• Aplicación de Extreme Gradient Boosting (XGBoost) y SHapley Additive exPlanations (SHAP) para modelado predictivo y análisis de importancia de factores.

Principales resultados:

• Rendimiento óptimo logrado en CR18, lo que arroja la máxima BTE (29.03%) y la mínima BSFC (0.269 kg kW−1 h−1).
• Se observaron reducciones significativas en CO (0.104%) y opacidad del humo (19.3%) en CR18, mientras que CR16 mostró menores emisiones de NOx.
• Los modelos XGBoost demostraron una alta precisión predictiva (R² > 0.90); la potencia al freno se identificó como el factor dominante que influye en las respuestas.

Conclusiones:

• La combinación de un motor LHR con recubrimiento de barrera térmica y biocombustibles nanoemulsionados muestra un potencial significativo para una combustión más limpia y eficiente.
• Se determinó un punto de operación óptimo en BP = 2.49 kW y CR = 18, logrando una deseabilidad compuesta de 0.751.
• El estudio valida la viabilidad de utilizar tecnologías de motor avanzadas y combustibles alternativos para lograr soluciones energéticas sostenibles en motores de encendido por compresión.