Evaluación del efecto de la adición de puntos cuánticos de carbono en combustible diésel en parámetros de combustión dual con gas natural

Abstract

Dada la creciente preocupación por el aumento significativo de la demanda energética, las emisiones contaminantes de los motores diésel, el uso de combustibles fósiles y la liberación de óxidos de nitrógeno (NOx) y material particulado (PM) a la atmósfera —que plantean graves problemas ambientales y de salud pública a nivel mundial—, este estudio explora el uso de combustibles alternativos y sistemas de combustible dual con gas natural, que han demostrado ser una solución atractiva para la combustión de motores diésel. Sin embargo, los avances recientes en el diseño de motores y la formulación de combustibles sugieren que los efectos multicomponente serán cada vez más importantes en el uso de combustibles líquidos. Los procesos de combustión en los motores se controlarán más estrictamente para mejorar aún más la eficiencia y reducir las emisiones. En comparación con el modo diésel convencional, la aplicación del modo de combustible dual reduce significativamente las emisiones de NOx, dióxido de carbono (CO₂) y PM. Sin embargo, las emisiones de hidrocarburos (HC) y monóxido de carbono (CO) pueden aumentar varias veces, o incluso más de 100 veces, en comparación con la combustión diésel normal. También parece existir una relación de compensación entre las emisiones de NOx y HC en la operación de combustible dual. El objetivo de este trabajo es identificar el potencial del uso del modo de combustible dual gas natural/diésel en motores diésel mediante la adición de puntos cuánticos de carbono, con el fin de lograr resultados positivos en el retardo de encendido, la velocidad de combustión y la temperatura. Esto se investiga mediante la combustión de una sola gota utilizando el método óptico Shadowgraph en una atmósfera reactiva con gas natural.

Abstract Given the growing concern about the significant increase in energy demand, the pollutant emissions from diesel engines, the use of fossil-based fuels, and the release of nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) into the atmosphere which pose serious global environmental and public health issues this study explores the use of alternative fuels and dual-fuel systems with natural gas, which have proven to be an attractive solution in diesel engine combustion. However, recent advances in engine design and fuel formulation suggest that multicomponent effects will become increasingly important in the use of liquid fuels. Combustion processes in engines will be more tightly controlled to further improve efficiency and reduce emissions. Compared to conventional diesel mode, applying the dual-fuel mode significantly reduces NOx, carbon dioxide (CO₂), and PM emissions. However, hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions can increase several times, or even more than 100 times, compared to normal diesel combustion. There also appears to be a trade-off relationship between NOx and HC emissions in dual-fuel operation. The objective of this work is to identify the potential of using the natural gas/diesel dual-fuel mode in diesel engines by adding carbon quantum dots, aiming to achieve positive results in ignition delay, combustion speed, and temperature. This is investigated through single droplet combustion using the optical Shadowgraph method in a reactive atmosphere with natural gas.