Estudio numérico de las prestaciones y emisiones de un vehículo propulsado por hidrógeno

Abstract

[ES] Las crecientes emisiones contaminantes generan gran preocupación por el calentamiento global y sus consecuencias. El transporte, que depende en gran medida de motores de combustión interna alimentados por combustibles fósiles, es uno de los principales contribuyentes al consumo de petróleo y a la emisión de NOx y otros contaminantes. Estos óxidos de nitrógeno son responsables de la formación de ozono en la atmósfera baja, contribuyendo al efecto invernadero y a la formación de smog fotoquímico al reaccionar con compuestos orgánicos volátiles. Con los avances industriales, las preocupaciones por la salud y el medio ambiente están aumentando, especialmente en el sector automotriz, que enfrenta regulaciones más estrictas contra la contaminación. Los altos niveles de ruido y contaminación ambiental, particularmente en los centros urbanos principales, llevan a las autoridades a restringir la circulación de vehículos térmicos. Por ello, este proyecto implica la creación de un modelo virtual de un vehículo propulsado por un motor de cuatro cilindros de encendido por chispa, anteriormente alimentado con gasolina y ahora adaptado para funcionar con hidrógeno. Se realizan simulaciones en varios puntos de operación con este nuevo combustible, analizando también las propiedades del hidrógeno como combustible, incluyendo sus propiedades energéticas, poder calorífico y características de combustión. Finalmente, se obtienen resultados a través de la optimización de cada punto de operación estudiado a diferentes valores de λ, que determinan la proporción de aire y combustible a mezclar en el cilindro, junto con mejoras en diversas tecnologías innovadoras.

[EN] The increasing pollutant emissions are causing great concern about global warming and its consequences. Transportation, which heavily relies on internal combustion engines powered by fossil fuels, is one of the main contributors to oil consumption and the emission of NOx and other pollutants. These nitrogen oxides are responsible for the formation of ozone in the lower atmosphere, contributing to the greenhouse effect and the formation of photochemical smog by reacting with volatile organic compounds. With industrial advances, health and environmental concerns are increasing, especially in the automotive sector, which faces stricter pollution regulations. High levels of noise and environmental pollution, particularly in major urban centers, lead authorities to restrict the circulation of thermal vehicles. Therefore, this project involves creating a virtual model of a vehicle powered by a four-cylinder spark-ignition engine, previously fueled by gasoline and now adapted to run on hydrogen. Simulations are carried out at various operating points with this new fuel, also analyzing the properties of hydrogen as a fuel, including its energy properties, calorific value, and combustion characteristics. Finally, results are obtained through the optimization of each operating point studied at different lambda (λ) values, which determine the proportion of air and fuel to be mixed in the cylinder, along with improvements in various innovative technologies.