Resumen
La descarbonización del sector del transporte es uno de los principales retos para alcanzar los objetivos internacionales en materia de cambio climático. En consecuencia, se están promoviendo ampliamente los sistemas de propulsión eléctrica. No obstante, los motores de combustión interna siguen dominando el parque automovilístico mundial y se prevé que sigan siendo relevantes durante las próximas décadas.
Por lo tanto, los combustibles gaseosos alternativos con bajas o nulas emisiones de carbono son una estrategia de transición viable para reducir de forma integral las emisiones del transporte, utilizando motores de combustión interna en uso.
Esta tesis doctoral examina la viabilidad de convertir los motores de encendido por chispa para que funcionen con combustibles bajos en carbono, concretamente gas licuado de petróleo (GLP) e hidrógeno (H2).Uno de sus principales objetivos es evaluar su impacto en las emisiones contaminantes, las características de combustión y el rendimiento en condiciones de funcionamiento tanto estables como dinámicas.
La investigación emplea una combinación de pruebas experimentales y modelos numéricos para evaluar cómo estos combustibles alternativos afectan al comportamiento del motor. Se realizaron mediciones experimentales en un motor modificado alimentado con combustible gaseoso utilizando formulaciones de GLP, centrándose en parámetros clave como la resistencia al golpeteo, la adaptación de la relación de compresión y el rendimiento de las emisiones.
Se propuso y verificó experimentalmente una metodología predictiva para determinar la aparición de detonaciones previas al diseño. Además, se desarrolló y validó un modelo de motor unidimensional para simular el funcionamiento del motor en diversas condiciones de combustible. A continuación, el modelo se amplió para representar una configuración completa de vehículo de servicio medio, lo que permitió realizar simulaciones en escenarios de emisiones en condiciones reales de conducción (RDE).
Se prestó especial atención a la configuración del motor alimentado con hidrógeno. La simulación incluye la modificación principal del motor existente, como la relación aire-combustible, la masa de admisión y el tiempo de encendido. Los resultados indican que el motor de combustión interna de hidrógeno puede mejorar la eficiencia térmica con cero emisiones de carbono. Por otro lado, se detectó la formación de óxido de nitrógeno (NOX), lo suficientemente importante como para requerir un dispositivo de postratamiento, pero menor en comparación con las emisiones brutas de NOX del motor de GLP.
Los resultados de esta investigación demuestran que los motores de combustión interna pueden adaptarse con éxito para funcionar con combustibles gaseosos más limpios sin comprometer el rendimiento. Además, la investigación ofrece un marco de simulación completo para evaluar las conversiones de los motores de combustión interna, teniendo en cuenta las ventajas e inconvenientes asociados a los sistemas de propulsión con combustibles gaseosos.
Por último, esta investigación forma parte de un esfuerzo continuo por transformar la creciente flota de vehículos en vehículos con bajas o nulas emisiones de carbono, y aumentar el conjunto de tecnologías disponibles para alcanzar la carbono-neutralidad.
