1D modelling of an ammonia inyector for compression ignition engines

Abstract

[ES] La creciente necesidad de soluciones energéticas sostenibles ha motivado la investigación de combustibles alternativos con menor impacto ambiental. Este Trabajo Final de Grado (TFG) se centra en la modelización 1D de un inyector de amoníaco para un motor de encendido por compresión, investigando su viabilidad como sustituto del diésel tradicional. El amoníaco emerge como una opción libre de carbono muy prometedora, dado que su combustión no genera emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, desafíos como su alta temperatura de ignición y baja velocidad de llama requieren un análisis y una optimización detallados.

Este estudio utiliza el software GT-Power para desarrollar un modelo unidimensional de un inyector que opera con amoníaco, comparando su rendimiento con un inyector que utiliza diésel tradicional en diversas condiciones operativas. Se analizan parámetros clave como la presión de operación, la temperatura y el caudal másico para identificar las condiciones óptimas para la combustión del amoníaco. Los resultados sugieren que, aunque el amoníaco puede alcanzar un rendimiento similar al del diésel, es necesario ajustar las condiciones operativas para asegurar que el combustible permanezca en fase líquida. Los hallazgos contribuyen al objetivo más amplio de lograr soluciones de transporte sostenibles, proporcionando ideas sobre la aplicación práctica del amoníaco en motores de combustión interna.

[CA] La creixent demanda de solucions energètiques sostenibles ha dirigit la investigació cap a combustibles alternatius amb menor impacte ambiental. Aquest treball Final de Grau es centra en la modelització 1D d’un injector d’amon´ıac per a un motor d’encesa per compressió, investigant la seva viabilitat com a substitut del combustible di`esel tradicional. L’amoníac es presenta com una prometedora alternativa lliure de carboni degut a les seves zero emissions de di`òid de carboni durant la combustió. No obstant aixó, desafiaments com la seva alta temperatura d’ignició i baixa velocitat de flama requereixen una anàlisi i una optimització detallats. Aquest estudi empra el programari GT-Power per a desenvolupar un model unidimensional d’un injector treballant amb amoníac, comparant el seu rendiment amb un injector treballant amb di`esel tradicional sota diverses condicions operatives. S’analitzen par`ametres clau com la pressió d’operació, la temperatura i el cabal m`assic per a determinar les condicions `optimes per a la combusti´o de l’amoníac. Els resultats indiquen que, encara que l’amon´ıac pot potencialment igualar el rendiment del di`esel, s´on necessàries modificacions espec´ıfiques en les condicions d’operaci´o per a condicionar l’amon´ıac i assegurar que sempre estiga en fase l´ıquida. Les troballes contribueixen a l’objectiu m´es ampli d’aconseguir solucions de transport sostenibles, proporcionant idees sobre l’aplicaci´o pr`actica de l’amon´ıac en motors de combusti´o interna.

[EN] The increasing demand for sustainable energy solutions has directed research towards alternative fuels with lower environmental impact. This bachelor s degree thesis focuses on the 1D modeling of an ammonia injector for a compression ignition engine, investigating its viability as a substitute for traditional diesel fuel. Ammonia presents a promising carbon-free alternative due to its zero carbon dioxide emissions during combustion. However, challenges such as its high ignition temperature and low flame speed necessitate detailed analysis and optimization.

This study employs the GT-Power software to implement a one-dimensional model of an ammonia injector, comparing its performance against a traditional diesel injector under various operating conditions. Key parameters such as operating pressure, temperature, and injection rate are analyzed to determine optimal conditions for ammonia combustion. The results indicate that while ammonia can potentially match the performance of diesel, specific modifications in the injection operation are essential to accommodate ammonia s unique properties. The findings contribute to the broader goal of achieving sustainable transportation solutions by providing insights into the practical application of ammonia in internal combustion engines.