DISEO DE REACTOR PARA LA CARACTERIZACIN DE SISTEMAS

DISEÑO DE REACTOR PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SISTEMAS DE POSTTRATAMIENTO DE GASES DE ESCAPE DE MOTORES EN BANCO DE GASES SINTÉTICOS Autor: Sergio Cáceres Cavero Tutor: Vicente Remigio Bermúdez Tamarit Grado en Ingeniería Mecánica 1

Índice • Introducción • Descripción del banco de ensayo para la caracterización de sistemas de post-tratamiento de gases de escape de MCIA. • Diseño del reactor catalítico • Cálculo y definición del sistema de calentamiento • Ensayos de validación • Presupuesto • Conclusión TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 2

Introducción Motivación: • Restricción de las normas europeas. • Desarrollo de nuevas tecnologías. • Estudio de diferentes sistemas de post-tratamiento. Objetivos: • Diseño de reactor catalítico para banco de ensayo. • Definición de un sistema de calentamiento de gases y del monolito. • Validación preliminar del banco de ensayo. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 3

Descripción del banco de ensayo para la caracterización de sistemas de post-tratamiento de gases de escape de MCIA. Configuración del banco: • Generador de gases sintéticos • Sistema de calentamiento • Reactor catalítico • Analizador de gases Generador de gases Sistema de calentamiento Generador de gases sintéticos: Reactor catalítico: Sistema de calentamiento: Analizador de gases: • • Simulación de los gases de escape de un MCIA. Control total sobre la mezcla. Factores limitantes: 1. Caudal máximo= 150 l/min 2. Temperatura de salida: 200°C. Elevar la temperatura del flujo de gases hasta 600°C. Simulación de situaciones reales de funcionamiento. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero • • • Reactor Analizador de gases Alojar los monolitos cerámicos. Sistema modular: capacidad para montar diferentes sistemas de post-tratamiento en serie. Análisis de la composición química de la mezcla de gases generada, con diferentes sondas de muestreo. 4

Diseño del reactor catalítico Dimensionado del monolito: Volumen del monolito a utilizar • • Caudal máximo: 150 l/min Velocidad espacial de los gases: Tiempo mínimo de residencia de los gases en el interior del monolito para que las reacciones químicas ocurran: ≥ 150000 h-1 Volumen del monolito ≥ Velocidad espacial de los gases / Caudal máximo Volumen del monolito a evaluar ≥ 60 cm 3 Monolitos reales: Diámetro = 250 mm ; Longitud = 200 mm Monolito a escala: Diámetro = 40 mm ; Longitud = 50 mm Volumen del monolito seleccionado = 62, 8 cm 3 Cumple con los requisitos. Dimensionado del reactor: 3 módulos Módulo de entrada TFG GIM Sergio Cáceres Cavero Alojamiento central Módulo de salida 5

Diseño del reactor catalítico Alojamiento central: • • Alojar los monolitos de sistemas de post-tratamiento. Material: Acero Inoxidable 316 L. Casquillo para sonda de muestreo Casquillo para sensor de temperatura Cuerpo central Dint = 50 mm Conexiones clamp TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 6

Diseño del reactor catalítico Módulo de salida y de entrada del reactor: • • Aumento progresivo de la sección de paso desde 8 mm hasta 50 mm. Soporte para diferentes sondas de medición. Termopar Difusor 25/51 Tubo entrada Dint = 25 mm Difusor 12/25 Conexión clamp Casquillo para sensor de presión Casquillos para sondas de NOx y O 2 TFG GIM Sergio Cáceres Cavero Casquillo para sonda de muestreo 7

Diseño de reactor catalítico Reactor completo: TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 8

Cálculo y definición del sistema de calentamiento Objetivo: Definir un sistema de calentamiento para elevar la temperatura de la mezcla de gases y del monolito hasta 600°C. Tipos de ensayo: • Monolito frío – Gas frío • Monolito frío – Gas caliente • Monolito caliente – Gas frío • Monolito caliente – Gas caliente Longitud del horno ≥ 25, 3 cm HORNO SELECCIONADO: 45 cm POTENCIA MÁXIMA 2 KW TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 9

Ensayos de validación Consigna CO en el Objetivos: generador 1. Comprobar el funcionamiento del generador. (ppm) 2. Comprobar el comportamiento fluido dinámico del reactor. 4500 Consigna Secuencia de ensayo: CH en el 4 1. Generar mezcla de gases con N 2 y un gas minoritario (CO, CO 2, NO, generador (ppm) CH ). 4 2800 2. Medir concentración de gas en el espectrómetro de gases. Consigna 3. Comparación de datos. NO en el generador (ppm) 1800 TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 10

Presupuesto Descripción Coste bruto (€) Honorarios profesionales 2. 089, 80 Amortización de los equipos utilizados 210, 33 Materiales 481, 00 Instrumentación 25. 640, 00 Sistema de calentamiento 4. 618, 00 Procesos de fabricación del reactor TOTAL 212, 39 33. 251, 52 Presupuesto final incluido I. V. A = 40. 234, 34 € TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 11

Conclusión • Se ha logrado diseñar un reactor versátil, con un sistema modular y con la instrumentación necesaria para adquirir un control total sobre el flujo de gases. • El sistema de calentamiento definido permite alcanzar las temperaturas deseadas y simular diferentes situaciones térmicas de los gases y del monolito. • Los ensayos de validación corroboran el buen funcionamiento del generador de gases y el caudal necesario para los ensayos de los monolitos. Trabajos futuros: • Realización de ensayos de validación del sistema de calentamiento y del reactor diseñado. • Puesta a punto final del banco de ensayo. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 12

Gracias por la atención. TFG GIM Sergio Cáceres Cavero 13