Implementación de una metodología combinada de simulación CFD - modelo internacional de emisiones de gases de efecto invernadero (GEM) para la determinación de emisiones de dióxido de carbono (co2) y rendimiento energético para vehículos en el contexto Colombiano

Abstract

RESUMEN : En este trabajo se presenta una metodología que combina simulaciones de CFD para analizar el flujo de aire alrededor de un vehículo en movimiento y la aplicación de un modelo ampliamente aceptado a nivel internacional, el (GEM), para determinar el consumo de combustible y las emisiones de dióxido de carbono (CO2) por kilómetro recorrido en vehículos semipesados en el contexto colombiano. Las simulaciones CFD se llevaron a cabo en un vehículo comercial, el NHR modelo 2022, el cual estaba equipado con medidores de flujo líquido y gaseoso, así como un analizador de especies gaseosas en los productos de combustión. Este vehículo tenía la capacidad de operar tanto en modo diésel como en modo dual diésel/gas natural. Estas simulaciones permitieron obtener el coeficiente de arrastre (drag coefficient) para el vehículo, el cual se utilizó posteriormente en el modelo GEM para estimar el consumo de combustible específico y las emisiones específicas de CO2 en diferentes pisos térmicos de Colombia. Los resultados de esta metodología CFD-GEM se compararon con los obtenidos a través de pruebas experimentales de desaceleración libre y la aplicación del ciclo WLTC en Medellín, Colombia. Los resultados experimentales revelaron un factor de emisión de CO2 de 760 g CO2/km y un consumo específico de combustible de 0.08 gal/km en modo diésel. Adicionalmente, se realizaron mediciones de variables operativas del motor mediante el OBD para determinar el flujo de aire admitido principalmente, lo cual resultó en un factor de emisión de 616 g CO2/km y un factor de rendimiento de 0.06 gal/km. En contraste, las estimaciones obtenidas mediante la metodología CFD-GEM arrojaron valores de 531 g CO2/km y 0.05 gal/km respectivamente.

ABSTRACT : This work presents a methodology that combines Computational Fluid Dynamics simulations to analyze the airflow around a moving vehicle and the application of a widely accepted international model, the GEM, to determine fuel consumption and carbon dioxide (CO2) emissions per kilometer traveled in semi-heavy vehicles in the Colombian context. The CFD simulations were conducted on a commercial vehicle, the NHR model 2022, which was equipped with liquid and gaseous flow meters, as well as a gas species analyzer in the combustion products. This vehicle had the capability to operate in both diesel and dual diesel/natural gas modes. These simulations allowed for the determination of the drag coefficient for the vehicle, which was subsequently used in the GEM model to estimate specific fuel consumption and specific CO2 emissions in different thermal zones of Colombia. The results of this CFD-GEM methodology were compared with those obtained through experimental free deceleration tests and the application of the WLTC cycle in Medellin, Colombia. The experimental results revealed a CO2 emission factor of 760 g CO2/km and a specific fuel consumption of 0.08 gal/km in diesel mode. Additionally, operational engine variables were measured using OBD to determine primarily the admitted airflow, resulting in an emission factor of 616 g CO2/km and a performance factor of 0.06 gal/km. In contrast, the estimates obtained through the CFD-GEM methodology yielded values of 531 g CO2/km and 0.05 gal/km, respectively.