Estudio experimental de la inyección de urea en condiciones de operación de un motor de combustión

Abstract

[ES] Con las nuevas normativas de emisiones cada vez más restrictivas, nuevas tecnologías, como los sistemas de reducción catalítica selectiva o SCR (Selective Catalytic Reduction), están tomando especial importancia en los nuevos vehículos que salen al mercado. Por ello, un correcto conocimiento de su funcionamiento va a ser vital para conseguir que los nuevos motores superen las restricciones impuestas a las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOX). Los sistemas SCR funcionan inyectando una disolución de urea en agua, comúnmente conocida como UWS (Urea Water Solution) o Adblue, la cual se mezcla con los gases del sistema de escape del motor y, tras una cadena de reacciones químicas, consigue reducir notablemente las emisiones de NOX. Por esta razón, el presente Trabajo Final de Grado se centra en la caracterización y el estudio del chorro de solución urea-agua inyectado, y su mezcla con las condiciones similares a las del escape de un motor de combustión. Para ello, se experimentará variando los diferentes parámetros que afectan al chorro de urea, como la presión de inyección, el caudal y temperatura del aire del escape o la temperatura de refrigeración del propio inyector, con el objetivo de obtener algunos parámetros de la inyección, como la cantidad de masa inyectada o el ángulo y penetración del propio chorro, y así, poder optimizar la mezcla urea-aire. Para determinar estos parámetros, se utiliza una instalación de flujo de aire, ya creada, la cual cuenta con accesos ópticos que permiten llevar a cabo distintas técnicas ópticas que permiten visualizar el chorro de urea para poder procesarlo y analizarlo con detalle.

[EN] With the new regulations of emissions increasingly restrictive, new technologies, such as Selective Catalytic Reduction (SCR) systems, are taking special importance in the new vehicles that come onto the market. Therefore, a correct knowledge of its operation will be vital to ensure that the new engines overcome the restrictions imposed on the emissions of nitrogen oxides (NOX). The SCR systems work by injecting a solution of urea in water, commonly known as UWS (Urea Water Solution) or Adblue, which is mixed with the gases from the exhaust system of the engine and, after a chain of chemical reactions, reduces significantly the NOX emissions. For this reason, the present Final Degree Project focuses on the characterization and study of the jet of urea-water solution injected, and its mixing with similar conditions to those of the exhaust of a combustion engine. To do this, we will experiment by varying the different parameters that affect the urea jet, such as the injection pressure, the flow and temperature of the exhaust air or the cooling temperature of the injector itself, to obtain some parameters of the injection, as the amount of mass injected or the angle and penetration of the jet itself, and thus, to optimize the urea-air mixture. To determine these parameters, a, previously installed, air flow installation is used, which has optical accesses that allow to carry out different optical techniques that allow visualizing the urea jet to be processed and analysed in detail.

[CA] Amb les noves normatives d'emissions cada vegada més restrictives, noves tecnologies, com els sistemes de reducció catalítica selectiva o SCR (Selective Catalytic Reduction), estan prenent especial importància en els nous vehicles que ixen al mercat. Per això, un correcte coneixement del seu funcionament serà vital per a aconseguir que els nous motors superen les restriccions imposades a les emissions d'òxids de nitrogen (NOX). Els sistemes SCR funcionen injectant una dissolució d'urea en aigua, comunament coneguda com UWS (Urea Water Solution) o Adblue, la qual es mescla amb els gasos del sistema de fuga del motor i, després d'una cadena de reaccions químiques, aconseguix reduir notablement les emissions de NOX. Per aquesta raó, el present Treball Final de Grau es centra en la caracterització i l'estudi del doll de solució urea-aigua injectat, i la seua mescla amb les condicions semblants a les de la fuga d'un motor de combustió. Per a això, s'experimentarà variant els diferents paràmetres que afecten el doll d'urea, com la pressió d'injecció, el cabal i temperatura de l'aire de la fuga o la temperatura de refrigeració del propi injector, amb l'objectiu d'obtindre alguns paràmetres de la injecció, com la quantitat de massa injectada o l'angle i penetració del propi doll, i així, poder optimitzar la mescla urea-aire. Per a determinar aquestos paràmetres, s'utilitza una instal·lació de flux d'aire, ja creada, la qual compta amb accessos òptics que permeten dur a terme distintes tècniques òptiques que permeten visualitzar el doll d'urea per a poder processar-lo i analitzar-ho amb detall.