Modelado y análisis de las prestaciones de un motor de encendido provocado adaptado para el uso de hidrógeno como combustible

Abstract

[ES] La consecución de una economía sin emisiones de carbono es el principal objetivo para reducir el cambio climático y sus peligrosos efectos. Dado que el principal contribuyente de estas emisiones es el transporte, desvincular este sector de los combustibles fósiles es un paso necesario hacia un futuro respetuoso con el medio ambiente. En este escenario, el hidrógeno (H2) aparece como una solución para encontrar un sustituto adecuado a los combustibles tradicionales de origen fósil. Esta estrategia fomentará las plantas propulsivas libres de emisiones de carbono, especialmente en aquellos sectores del transporte difíciles de descarbonizar mediante la electrificación. Este TFG se centra en la aplicación del concepto de combustión premezclada en un motor de encendido por provocado de inyección directa y alimentado hidrógeno. Se realizará una evaluación preliminar del concepto mediante una metodología numérica basada en un motor virtual.

[EN] Achieving a carbon-free economy is the main objective for mitigating climate change and its dangerous effects. Since the primary contributor to these emissions is transportation, decoupling this sector from fossil fuels is a necessary step towards an environmentally friendly future. In this scenario, hydrogen (H2) emerges as a solution to find a suitable substitute for traditional fossil fuels. This strategy will promote carbon-free propulsion systems, especially in transportation sectors that are difficult to decarbonize through electrification. This Bachelor's thesis focuses on the application of the concept of premixed combustion in a spark-ignition direct-injection engine fueled by hydrogen. A preliminary assessment of the concept will be conducted using a numerical methodology based on a virtual engine model.

[CA] Les creixents emissions contaminants estan portant a generar una gran inquietud pel calfament global i les conseqüències que aquest implica. Una de les fonamentals parts del consum de petroli és el transport per a persones a tot el món. És per això, per la qual cosa es fa ús de motors amb (de combustió interna) que funcionen mitjançant combustibles fòssils. Aquests generen gran quantitat de NOx entre altres contaminants. Els òxids de nitrogen són un dels principals causants de la creació d'ozó en les capes més inferiors de l'atmosfera; contribuint a aquest efecte hivernacle i a la creació de boira fotoquímica entre altres inconvenients quan reaccionen amb compostos orgànics volàtils. Per l'augment de millores en indústria, el desassossec per la salut i el medi ambient continua augmentant. En concret, es destaca el sector de l'automobilística, que s'ha vist damnificat per les noves normatives més exigents contra la contaminació. Els efectes més negatius tant sonors com de contaminació del medi ambient estan aconseguint límits preocupants, en particular, en els nuclis urbans principals, on s'està arribant a restringir la circulació dels vehicles tèrmics per les autoritats. Per això, en aquest projecte s'ha dut a terme un model virtual d'un motor de quatre cilindres d'encesa provocada, el qual prèviament treballava amb gasolina i s'ha adaptat a hidrogen. Es duen a terme a més simulacions en diferents punts d'operació amb aquest nou combustible. De l'hidrogen també s'analitzen les propietats com a combustible, ja que compta amb propietats energètiques, en el poder calorífic i en la combustió. Per a finalitzar, s'obtenen resultats duent a terme una optimització de cadascun dels punts d'operació estudiats a diferents λ, paràmetre que determina la proporció d'aire i combustible que ha de mesclar-se en el cilindre, així com millores en diferents tecnologies innovadores com a optimització en la VVT. S'extrauen resultats favorables quant a emissions, consums i processos de combustió gràcies a l'ús de l'hidrogen.