Adición Óptima de Agua en Combustible Diesel Emulsionado Usando Aprendizaje Automático y Optimizador Sea-Horse para Minimizar los Contaminantes de Escape del Motor Diesel
Autores: Alahmer, Hussein; Alahmer, Ali; Alamayreh, Malik I.; Alrbai, Mohammad; Al-Rbaihat, Raed; Al-Manea, Ahmed; Alkhazaleh, Razan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Adición Óptima de Agua en Combustible Diesel Emulsionado Usando Aprendizaje Automático y Optimizador Sea-Horse para Minimizar los Contaminantes de Escape del Motor Diesel
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Agua
Diésel
Motor
Rendimiento
Emisiones
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
El combustible emulsion agua-diesel (W/D) es un combustible diésel potencialmente viable que puede mejorar simultáneamente el rendimiento del motor y reducir las emisiones de escape en un motor diésel actual sin requerir modificaciones en el motor ni incurrir en costos adicionales. De manera consistente, el presente estudio examina el impacto de añadir agua, en un rango del 5-30% en peso (incremento del 5%) y un 2% de surfactante de polisorbato 20, sobre el rendimiento en términos de par de freno (BT) y emisiones de escape de un motor diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos. La relación entre factores independientes, incluyendo la adición de agua y la velocidad del motor, y factores dependientes, incluyendo diferentes emisiones de escape liberadas y BT, se generó inicialmente utilizando regresión de vectores de soporte (SVR) de aprendizaje automático. Posteriormente, se ejecutó una optimización robusta y moderna del optimizador de caballito de mar (SHO) a través del modelo SVR para encontrar la adición óptima de agua y la velocidad del motor para mejorar el BT y reducir las emisiones de escape. Además, el modelo SVR se comparó con el modelo de red neuronal artificial (ANN) en términos de R-cuadrado y error cuadrático medio (MSE). Según los resultados experimentales, el BT se incrementó en un 3.34% en comparación con el diésel puro con una adición del 5% de agua. La mayor reducción en monóxido de carbono (CO) y hidrocarburos no quemados (UHC) fue del 9.57% y 15.63%, respectivamente, con una adición del 15% de agua en comparación con el combustible diésel. Las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) del combustible emulsionado fueron significativamente más bajas que las del diésel puro, con una disminución máxima del 67.14% con una adición del 30% de agua. El modelo SVR-SHO demostró una fiabilidad de predicción superior, con un R-cuadrado significativo de más de 0.98 y un MSE bajo de menos de 0.003. El SHO reveló que añadir un 15% de agua al combustible emulsionado W/D a una velocidad del motor de 1848 rpm produjo los valores óptimos de BT, CO, UHC y NOx de 49.5 N.m, 0.5%, 57 ppm y 369 ppm, respectivamente. Finalmente, estos resultados tienen importantes implicaciones para el potencial del enfoque SVR-SHO para minimizar las emisiones de escape del motor mientras se maximiza el rendimiento del motor.
Descripción
El combustible emulsion agua-diesel (W/D) es un combustible diésel potencialmente viable que puede mejorar simultáneamente el rendimiento del motor y reducir las emisiones de escape en un motor diésel actual sin requerir modificaciones en el motor ni incurrir en costos adicionales. De manera consistente, el presente estudio examina el impacto de añadir agua, en un rango del 5-30% en peso (incremento del 5%) y un 2% de surfactante de polisorbato 20, sobre el rendimiento en términos de par de freno (BT) y emisiones de escape de un motor diésel de cuatro cilindros y cuatro tiempos. La relación entre factores independientes, incluyendo la adición de agua y la velocidad del motor, y factores dependientes, incluyendo diferentes emisiones de escape liberadas y BT, se generó inicialmente utilizando regresión de vectores de soporte (SVR) de aprendizaje automático. Posteriormente, se ejecutó una optimización robusta y moderna del optimizador de caballito de mar (SHO) a través del modelo SVR para encontrar la adición óptima de agua y la velocidad del motor para mejorar el BT y reducir las emisiones de escape. Además, el modelo SVR se comparó con el modelo de red neuronal artificial (ANN) en términos de R-cuadrado y error cuadrático medio (MSE). Según los resultados experimentales, el BT se incrementó en un 3.34% en comparación con el diésel puro con una adición del 5% de agua. La mayor reducción en monóxido de carbono (CO) y hidrocarburos no quemados (UHC) fue del 9.57% y 15.63%, respectivamente, con una adición del 15% de agua en comparación con el combustible diésel. Las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx) del combustible emulsionado fueron significativamente más bajas que las del diésel puro, con una disminución máxima del 67.14% con una adición del 30% de agua. El modelo SVR-SHO demostró una fiabilidad de predicción superior, con un R-cuadrado significativo de más de 0.98 y un MSE bajo de menos de 0.003. El SHO reveló que añadir un 15% de agua al combustible emulsionado W/D a una velocidad del motor de 1848 rpm produjo los valores óptimos de BT, CO, UHC y NOx de 49.5 N.m, 0.5%, 57 ppm y 369 ppm, respectivamente. Finalmente, estos resultados tienen importantes implicaciones para el potencial del enfoque SVR-SHO para minimizar las emisiones de escape del motor mientras se maximiza el rendimiento del motor.