Resumen

Pese al desarrollo de los filtros de partículas Diesel en la década de los 80, no ha sido hasta la actualidad cuando se ha generalizado el uso de estos sistemas como solución tecnológica para la reducción de la emisión de partículas. Las razones hay que encontrarlas en la creciente presión de las normativas anti-contaminantes presentes y futuras, cercanas al límite tecnológico de otro tipo de soluciones basadas en el control del proceso de combustión. 

Este renovado interés por los filtros de partículas Diesel requiere por parte de los investigadores iniciar estudios experimentales y teóricos para optimizar tanto las prestaciones del filtro como su acoplamiento con el motor. Desde el punto de vista teórico, este doble objetivo puede ser alcanzado con el uso de una única herramienta de cálculo unidimensional, los modelos de acción de ondas. Comúnmente utilizados para el estudio de la renovación de la carga de los motores de combustión interna alternativos, su extensión al análisis de sistemas de post-tratamiento requiere del desarrollo de herramientas específicas para su plena adaptación; el transporte de especies químicas a través de todo el motor o la optimización de la metodología de cálculo para reducir el coste computacional haciendo independiente el asociado a cada elemento del modelo son los principales aspectos tratados. Se converge así a un modelo de acción de ondas con capacidad de acometer el cálculo de todos los procesos físico-químicos de los sistemas de post-tratamiento.

Por otra parte, un aspecto clave ha de ser alcanzar la capacidad de flexibilizar el modelo al análisis de cualquier arquitectura de la línea de escape garantizando una adecuada interacción del filtro de partículas con el resto de componentes del motor. Para ello resulta conveniente que en el filtro de partículas se trate al flujo como no-estacionario, unidimensional, compresible y no-homoentrópico. Con estas características se presenta el modelo propuesto en este trabajo, que permite la discretización radial del monolito en tantos haces de canales como se precise resolviendo un par de canales entrada-salida en cada uno de ellos.

El modelo se somete a una validación experimental de complejidad progresiva: flujo estacionario y frío, que ofrece condiciones de operación óptimas para el desarrollo de metodologías dirigidas a la caracterización del medio poroso; flujo pulsante y frío, a partir del cual se muestra la capacidad del modelo para la reproducción de la dinámica del flujo no-estacionario y compresible; y, por último, flujo pulsante y caliente propio del funcionamiento de un motor y que requiere del desarrollo adicional de un submodelo de transmisión de calor adecuado a las características de los monolitos de flujo de pared.

Producto de estos trabajos se obtienen un conjunto de herramientas computacionales que permiten el cálculo termofluidodinámico de los filtros de partículas Diesel de flujo de pared en cualquier condición de funcionamiento del motor.