Modelado unidimensional de un motor de combustión interna de automoción alimentado con amoniaco

Abstract

[ES] La descarbonización en el sector del transporte es una prioridad global para combatir el cambio climático. La investigación sobre combustibles alternativos en motores de combustión interna se ha destacado como una solución prometedora para reducir las emisiones de CO2. Siguiendo esta línea de investigación, este Trabajo de Fin de Grado está enfocado en estudiar el comportamiento de motor convencional de automoción de encendido por compresión de 2 Litros de cilindrada que ha sido acondicionado para operar con amoniaco como combustible Así pues, el objetivo principal de este trabajo es explorar y analizar la viabilidad de utilizar amoniaco como combustible en un motor diésel turboalimentado en el cual se modificarán algunas partes de dicho motor para operar con este combustible, como: la culata, a fin de introducir las bujías en la cámara de combustión; los pistones, para aumentar la relación de compresión; y el colector de admisión, donde se instalarán los inyectores de amoniaco en estado gaseoso. Para lograr este objetivo, se ha construido un modelo unidimensional del motor completo con el software comercial GT-Power y se ha calibrado dicho modelo usando ensayos experimentales en los que el motor fue alimentado con diésel. Una vez calibrado, el modelo fue utilizado para realizar simulaciones predictivas con amoniaco, mediante las cuales, se evaluó el comportamiento global del motor con especial atención en el funcionamiento del turbocompresor. Tras este modelado preliminar del motor con amoniaco, se observó que, con la turbomáquina empleada, no es posible reproducir la curva de plena carga del motor diésel usando amoniaco como combustible; ya que el compresor trabajaría en bombeo.

[CA] La descarbonització en el sector del transport és una prioritat global per a combatre el canvi climàtic. La investigació sobre combustibles alternatius en motors de combustió interna s'ha destacat com una solució prometedora per a reduir les emissions de CO₂. Seguint aquesta línia d'investigació, aquest Treball de Fi de Grau està enfocat a estudiar el comportament de motor convencional d'automoció d'encesa per compressió de 2L que ha sigut condicionat per a operar amb amoníac. Així doncs, l'objectiu principal d'aquest treball és explorar i analitzar la viabilitat d'utilitzar amoníac com a combustible en un motor dièsel turboalimentado en el qual es modificaran algunes parts d'aquest motor per a operar amb amoníac, com: la culata, a fi d'introduir les bugies en la cambra de combustió; els pistons, per a augmentar la relació de compressió; i el col·lector d'admissió, on s'instal·laran els injectors d'amoníac. Per a aconseguir aquest objectiu, s'ha construït un model unidimensional del motor complet amb el programari comercial GT-Power i s'ha calibrat aquest model usant assajos experimentals en els quals el motor va ser alimentat amb dièsel. Una vegada calibrat, el model va ser utilitzat per a realitzar simulacions predictives amb amoníac, mitjançant les quals, es va avaluar el comportament global del motor amb especial atenció en el funcionament del turbocompressor. Després d'aquest modelatge preliminar del motor amb amoníac, es va observar que, amb la turbomaquina empleada, no és possible reproduir la corba de plena càrrega del motor dièsel usant amoníac com a combustible; ja que el compressor treballaria en bombament.

[EN] Decarbonization in the transportation sector is a global priority to combat climate change. Research on alternative fuels in internal combustion engines has been highlighted as a promising solution to reduce CO2 emissions. Following this line of research, this Final Degree Project is focused on studying the behavior of a conventional 2L compression ignition automotive engine that has been conditioned to operate with ammonia. Thus, the main objective of this work is to explore and analyze the feasibility of using ammonia as fuel in a turbocharged diesel engine in which some parts of the engine will be modified to operate with ammonia, such as: the cylinder head, in order to introduce the spark plugs in the combustion chamber; the pistons, to increase the compression ratio; and the intake manifold, where the ammonia injectors will be installed. To achieve this objective, a one-dimensional model of the complete engine was built with the commercial software GT-Power and the model was calibrated using experimental tests in which the engine was fed with diesel. Once calibrated, the model was used to perform predictive simulations with ammonia, by which the overall engine behavior was evaluated with special attention to the turbocharger performance. After this preliminary modeling of the engine with ammonia, it was observed that, with the turbocharger used, it is not possible to reproduce the full-load curve of the diesel engine using ammonia as fuel, given that the compressor would operate in surge.