Energía
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Item Aplicación de redes neuronales para estimar la emisión de gases contaminantes con relación al consumo de gasolina de vehículos livianos circulando en Lima Metropolitana en el 2022(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2025-01-22) Meza Lázaro, Alessandra; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl presente trabajo de investigación se centró en la predicción de contaminantes de vehículos livianos, siendo los contaminantes medidos el HC, NOx, CO y CO2 en Lima Metropolitana durante el 2022. El objetivo del trabajo es estimar la emisión de gases contaminantes con relación al consumo de gasolina mediante una muestra representativa del parque automotor de la ciudad. El análisis se realizó mediante el entrenamiento de múltiples redes neuronales, escogiendo el mejor esquema de red y contrastándolo con los resultados del modelo de aprendizaje supervisado llamado “random forest”. Este enfoque permitió evaluar el desempeño de las redes neuronales y comparar dos metodologías diferentes, destacando así alternativas que no requieran el uso de redes neuronales. En particular, las redes neuronales resultaron ser una alternativa apropiada al tener resultados de un coeficiente de correlación de 0.85 para el caso del CO2. Loa valores de precisión obtenidos mediante redes neuronales cumplen con lo requerido para brindar confiabilidad en los resultados, ya que se encuentran en el mismo rango que la investigación de predicción por redes neuronales de Seo J y otros. A diferencia del método de “random forest”, se tuvo un mejor control del sobreajuste de los datos pese a tener 0.2 menos de precisión para las predicciones de HC, NOx y CO. Esto principalmente por la naturaleza aleatoria de las mediciones en un contexto real, donde múltiples variables afectan la conducción. Además, el estudio incluyó la evaluación del desempeño de las metodologías de predicción por tipo de carrocería, permitiendo un análisis más detallado y específico de las emisiones vehiculares. Esto contribuye a una comprensión más profunda de las fuentes de contaminación y las posibles medidas de mitigación. En base a ello, el estudio busca sentar las bases para posteriores investigaciones sobre la predicción de inventarios de emisiones en más ciudades del Perú. Asimismo, enfatiza la importancia del análisis de los inventarios de emisiones de los vehículos utilizando datos reales de campo, con el objetivo de plantear medidas de reducción de contaminantes y proponer alternativas que mejoren la calidad del aire en centros urbanos.Item Estimación del consumo de combustible y emisiones de co2 de un motor a gasolina de 130 hp mediante técnicas de Machine Learning(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-07-16) Huancapaza Machuca, José; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEn el presente trabajo se estima el consumo de gasolina y las emisiones de CO2 en un motor vehicular de 130 HP, instalado en un banco de pruebas, usando técnicas de aprendizaje automático (Machine Learning). Para obtener datos de los parámetros de funcionamiento del motor, se realizaron pruebas en condiciones estacionarias de carga (torque) y régimen de giro del cigüeñal; se registraron las lecturas de sensores originalmente instalados en el motor, mediante un scanner conectado al puerto OBD2 del módulo de control electrónico del motor. Además, se instalaron equipos de laboratorio para registrar otras variables necesarias para el estudio. Con los datos disponibles, se utilizaron tres técnicas de Machine Learning: Regresión Múltiple, Máquina de Soporte Vectorial y Redes Neuronales. En la aplicación de los modelos se utilizaron datos en grupos, separados de la siguiente forma: 90% para el desarrollo de los modelos y 10 % para la prueba de los modelos. Adicionalmente, para los modelos de Máquina de Soporte Vectorial y de Redes Neuronales se realizó otra partición de los datos: 75% para entrenamiento, 15% para validación, y 15% para el test. Durante el proceso se evaluaron los datos sin estandarización y, posteriormente, estandarizados en el rango de 0 a 1; este último paso buscó asegurar la convergencia del modelo. Las variables estudiadas fueron las siguientes: i) 5 predictoras o variables independientes (presión absoluta en el colector de admisión, temperatura del aire en el colector de admisión, régimen de giro, flujo másico de aire de v admisión al motor y el torque efectivo); ii) 2 variables objetivo o dependientes (emisiones de CO2 y consumo de gasolina). Los resultados del presente trabajo de tesis muestran que el mejor método, y con menos intervención, es el de Redes Neuronales. Para la estimación del flujo másico instantáneo del CO2 se obtuvo un error máximo de 7.85%, siendo que el error obtenido para el 75% de los resultados corresponde a 0.10%. Para la estimación del consumo másico de gasolina, se obtuvo un error máximo de 9.72%, pero, en este caso, el 75% de los resultados tienen un error de 0.67%.Item Propuesta metodológica para el cálculo de factores de emisión para vehículos livianos a gasolina circulando en Lima Metropolitana(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-05-12) Mendoza Nuñez, Juan Diego; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarEl trabajo de tesis desarrolla una propuesta de representación del problema de contaminación que se genera por las emisiones provenientes del sistema de transporte. Dado que el Perú ya cuenta con leyes y ministerios que ayudan a promover mejoras para la reducción de contaminantes, pero aún se encuentra distante a las metas propuestas ante las confederaciones de países y organismos internacionales, la finalidad de esta tesis es proponer una metodología para la estimación de factores de emisión de contaminantes en vehículos ligeros mediante equipos a bordo en condiciones de manejo real y que mediante mediciones y estimaciones, pueda ser aplicable en cualquier ciudad del país que cuenten con vehículos accionados por combustibles. El trabajo comprende el desarrollo y análisis experimental de mediciones a bordo en conducción real, aplicado para vehículos ligeros a gasolina característicos de Lima Metropolitana. Se consideró factores exógenos como son el estilo de manejo, las condiciones de tránsito vehicular, la modernidad de las unidades, entre otros, para obtener un análisis de emisión global y de manejo dinámico. Como conclusión en Lima Metropolitana, las emisiones de los vehículos ligeros a través de la propuesta metodológica pueden ser representadas con buena precisión, mediante una función de curva respecto a su velocidad media y estilo de conducción. Las mayores cantidades de contaminantes se generan en velocidades menores a 20 km/h y con el estilo de conducción agresivo se puede generar aumentos de hasta 200% en promedio respecto a un estilo de conducción suave.Item Uso de las mezclas diésel-biodiésel-etanol y sus efectos sobre el proceso de combustión, desempeño energético y emisiones contaminantes de un motor de encendido por compresión de 240 kW(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-10-06) Puma Corbacho, Solin Epifanio; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarLos efectos del etanol anhidro mezclado hasta 13.5 % v/v (E13.5) al combustible diésel comercial (95% v/v del diésel 2 más 5% v/v de biodiesel, D95B5) fueron investigados en un motor de encendido por compresión, sobrealimentado, seis cilindros. Para evitar la separación de fase del etanol y diésel 2 y mantener la lubricidad del combustible, se agregó aceite de ricino hasta 1.5 % v/v, aumentando el contenido del biodiésel a 6.5 % (B6.5). En total, se utilizaron tres mezclas, variando el contenido del diésel 2 a partir del 95% (D95) hasta el 80% v/v (D80), obteniéndose las siguientes composiciones: D95B5E0 (diésel 2), D85B6E9 y D80B6.5E13.5. Las pruebas experimentales fueron realizadas a condiciones estacionarias en dos regímenes de giro (1000 y 1800 rpm), dos valores de torque efectivo (80 y 160 N.m) y dos condiciones de presión del aire de admisión al ingreso del compresor (APCI de 100 y 80 kPa). Se implementó un modelo termodinámico para estudiar los parámetros asociados a la combustión. Los resultados obtenidos muestran que las mezclas conteniendo etanol y biodiésel conllevan a un adelanto del inicio de la combustión a 1000 rpm y un retraso al inicio de la combustión a 1800 rpm. El incremento de etanol y biodiésel sobre el combustible comercial no presentan influencia alguna sobre el consumo específico de combustible (sfc); sin embargo, el efecto de altitud genera un incremento del sfc hasta un 11% y 7 % a 1000 rpm y 1800 rpm respectivamente. Las emisiones específicas (EE) de NOX, CO y CO2 incrementan con el mayor consumo específico de combustible; asimismo, el efecto de altitud simulada permitió verificar que a mayor altitud ocurre un ligero incremento del sfc y de las EE de CO y CO2, junto a una reducción de las EE de NOX. A 2000 m de altitud simulada (APCI = 80 kPa), los máximos incrementos del sfc, CO y CO2, con la mezcla D80B6.5E13.5, fueron 5%, 122% y 18%, respectivamente. Y las máximas reducciones de las EE de NOX también se obtuvieron con la mezcla D80B6.5E13.5, alcanzando una disminución de hasta 6%.Item Tiempo de vida útil de la espuma formada en mezclas de refrigerantes R134a y R1234yf con aceite POE ISO10 cuando son sometidas a una caída de presión controlada(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-08-31) Novoa Piedra, José Abelardo; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarLos sistemas de refrigeración por compresión de vapor tienen, entre sus principales componentes, un compresor el cual para su correcto funcionamiento necesita de un circuito de lubricación que transporta el aceite desde el cárter hacia los componentes mecánicos. En los sistemas actuales, a efectos de controlar la temperatura del ambiente a refrigerar, los compresores son apagados constantemente dependiendo del nivel de temperatura requerido; es decir, cuando la temperatura de la cámara disminuye debajo de lo necesario el compresor se apaga hasta que la temperatura aumenta por encima de lo requerido y el sistema vuelve a encenderse. Cuando el compresor se apaga, la presión del sistema se estabiliza a un nivel intermedio entre la presión del evaporador y la del condensador, esta condición origina que el refrigerante sea absorbido por el aceite presente en el cárter formando una mezcla líquida caracterizada por una temperatura y una concentración de refrigerante. Cuando el sistema vuelve a funcionar, la presión en el cárter disminuye rápidamente originando que el refrigerante, contenido en la mezcla líquida, cambie de fase y forme una capa de espuma, la cual trae problemas en el compresor y los demás componentes del sistema de refrigeración. En el presente trabajo, se realizó un análisis de los datos experimentales obtenidos en la bibliografía sobre el proceso de formación de espuma en mezclas R134a/POE ISO10 y R1234yf/POE ISO10, llegando a identificarse que dicho proceso consta de dos etapas principales: una etapa de crecimiento y otra de caída de la altura de la capa de espuma, las cuales se dan a velocidades distintas. Asimismo, se identificó que el fenómeno de formación de espuma se caracteriza por dos parámetros: la altura máxima de la espuma y el tiempo de vida de la espuma, y que dichos parámetros pueden ser controlados variando las condiciones iniciales de la mezcla (temperatura y concentración de refrigerante). Asimismo, se implementó un modelo matemático que permitió estudiar el fenómeno de formación de espuma en mezclas aceite – refrigerante, el cual a partir de la ecuación de conservación de masa permitió obtener la altura de la espuma formada a lo largo del tiempo de duración del fenómeno descrito. El modelo implementado, presentó errores diferenciados en cada una de las etapas de la formación de espuma. Durante el crecimiento de la capa de espuma, el modelo matemático presenta un error elevado durante los primeros segundos, donde la velocidad de crecimiento es alta, pero luego disminuye el error conforme se va alcanzando la altura máxima llegando a ser en promedio menor al 15%. Durante la etapa de caída de la altura de espuma, el modelo matemático tiene una buena precisión en los instantes iniciales cuando la velocidad de caída es baja, pero conforme la altura de la capa va disminuyendo de su valor máximo el error aumenta de manera constante llegando a ser en promedio mayor al 30%. En general, considerando la etapa de crecimiento y caída de la altura de espuma, el modelo matemático presenta errores, en su mayoría, menores al 20%, lo cual mejora la precisión de los modelos encontrados en la bibliografía. Finalmente, complementando los resultados, se realizó un análisis de sensibilidad de la altura máxima y el tiempo de vida de la espuma formada ante cambios en las variables de entrada del modelo.Item Análisis exergético y exergoeconómico avanzado para el diseño de un sistema de refrigeración por compresión a vapor de configuración paralela utilizando fluido CO2(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2021-01-18) Sevilla Silva, Daniella del Pilar; Cuisano Egúsquiza, Julio CésarLos sistemas de refrigeración actuales se encuentran en un proceso de migración de fluidos refrigerantes contaminantes, a aquellos que utilicen refrigerantes medioambientalmente amigables y que contribuyan a la sostenibilidad del planeta. El refrigerante menos contaminante usado actualmente es el CO2, con un potencial de daño al medio ambiente y una contribución al calentamiento global nula. Sin embargo, a pesar de sus excelentes propiedades, el CO2 como tal no puede trabajar en todo el rango de temperaturas ambientales, sin ser necesario su paso a condiciones transcríticas (por encima del punto crítico). Debido a la condición transcrítica del ciclo de refrigeración convencional con CO2, se tiene que trabajar a altas presiones de compresión, lo que reduce el coeficiente de performance (COP, por sus siglas en inglés) en contraste con los valores de COP para los sistemas de refrigeración donde se usan otros refrigerantes más contaminantes. Esto limita la aplicabilidad de los sistemas de refrigeración con CO2 a nivel industrial. Para contrarrestar lo mencionado, se han estudiado diversas modificaciones al sistema de refrigeración convencional con CO2, entre las que destacan la inclusión de un intercambiador de calor interno, la compresión por etapas, el uso de ejectores, subenfriamiento adicional y la compresión paralela. La compresión paralela implica el uso de un compresor paralelo adicional, que incremente la presión del CO2 vaporizado que sale de la válvula de expansión, cuya capacidad refrigerante en los evaporadores es nula. De esta forma, el CO2 que ingresará al evaporador será sólo líquido (saturado, con calor latente para transferir) y este CO2 será el que ingrese después al compresor principal del sistema. A pesar de introducir un equipo adicional que consume energía (compresor paralelo), el COP de este sistema es considerablemente mayor al de un sistema convencional: mejora la transferencia de calor en el evaporador y reduce el consumo energético del compresor principal al trabajar con menor carga de CO2. De la literatura revisada, se ha definido a esta modificación como la de mayor potencial a futuro por sus mejoras notables en COP. En este trabajo, se ha analizado un sistema existente de refrigeración a dos niveles (media temperatura y baja temperatura) con compresión paralela usando CO2. El objetivo del análisis ha sido determinar el equipo menos eficiente del sistema y evaluar su optimización. Parte del análisis realizado implica el modelamiento matemático del sistema, un análisis exergético simple y avanzado y un análisis exergoeconómico. Se resalta el trabajo en un rango de temperaturas de -5 a 40 °C, no desarrollado hasta ahora en la literatura existente. Una de las primeras conclusiones obtenidas es la importancia del análisis exergético avanzado y sus ventajas sobre el simple. Un análisis exergético simple es válido únicamente para determinar dónde están las mayores pérdidas de exergía de un sistema de varios equipos. Si se requiere definir cuál equipo se debe optimizar para reducir la máxima exergía destruida posible del sistema, se requiere un análisis exergético avanzado, pues uno simple puede conllevar a resultados erróneos. Del trabajo realizado, se concluye que para un rango de temperaturas ambiente de -5°C a 40 °C, el equipo con potencial de mejoras en su diseño para reducir las irreversibilidades del sistema y por ende los costos del mismo, es el compresor de alta presión (CHP). Al mejorar el diseño del compresor de alta presión, no sólo se reduce la exergía destruida (total, endógena y evitable) del compresor de alta presión (CHP); sino además la exergía destruida (total, exógena y evitable) del enfriador de gas (GC), al verse impactadas sus condiciones de operación por el compresor de alta presión que se ubica aguas arriba del mismo en el sistema de refrigeración analizado. Se calculó una reducción máxima en la exergía destruida total para el compresor de alta presión (CHP) de hasta el 40% y una reducción máxima en la exergía destruida evitable de hasta el 45%. Para el enfriador de gas (GC), se obtuvo un máximo de reducción de exergía destruida total del 6% y en la exergía destruida evitable un máximo de reducción del 19%