Resumen
El transporte de media y alta carga enfrenta desafíos tecnológicos para cumplir con las normativas de emisiones y lograr los niveles de eficiencia exigidos para reducir las emisiones de CO¿. La normativa EURO VI y la futura EURO VII, junto con los objetivos de reducción de gases de efecto invernadero (GEI), ponen a prueba las tecnologías actuales. Aunque los sistemas de postratamiento logran reducir contaminantes, son costosos y no abordan las emisiones de GEI. Alternativas como los vehículos eléctricos o de hidrógeno prometen un futuro más limpio, pero aún no cuentan con la madurez tecnológica, infraestructura o condiciones operativas necesarias para este sector.
Una solución viable a corto plazo combina hibridación, para reducir el consumo de combustible, con modos de combustión de baja temperatura (LTC), que ofrecen mayor eficiencia, menores emisiones y flexibilidad para emplear combustibles renovables. Entre estos, el concepto RCCI (Reactivity Controlled Compression Ignition) ha demostrado lograr bajas emisiones de NOx y hollín, manteniendo eficiencias similares a los motores diésel convencionales. A su vez, el modo DMDF (Dual-Mode Dual-Fuel) amplía el rango operativo del RCCI a niveles de carga alta, conservando parte de sus beneficios. Esta tecnología ofrece buenos resultados en eficiencia y emisiones con distintas combinaciones de combustibles, y al combinarla con sistemas híbridos, puede reducir el consumo de combustible en más de un 30¿% sin afectar el rendimiento del vehículo, según simulaciones numéricas. No obstante, la tecnología DMDF aún requiere desarrollo. Persisten desafíos como entender mejor las emisiones específicas de este tipo de combustión o simplificar el sistema de dilución necesario para operar con altas tasas de recirculación de gases de escape (EGR) en todo el rango operativo.
Esta tesis busca aportar datos y conocimiento para optimizar sistemas como el postratamiento, la gestión del aire, la dilución y el control térmico, permitiendo un hardware compacto que facilite el uso del doble combustible. Para ello, se realizan estudios experimentales en un motor de 6 cilindros y 7.7¿L representativo del transporte de media carga. Estos estudios incluyen caracterización de emisiones mediante instrumentación específica, ensayos paramétricos y pruebas dinámicas del motor en una celda de pruebas completamente equipada. Las evaluaciones experimentales se complementan con simulaciones en un gemelo digital del motor, que permiten un análisis detallado de fenómenos clave.
Entre los principales hallazgos destacan los datos sobre especies de hidrocarburos y emisiones de partículas, fundamentales para definir los requisitos de postratamiento. La oxidación de HCHO se identifica como un posible reto para estos sistemas, junto con altos números de partículas emitidas, sobre todo a plena carga bajo estrategias de combustión difusiva. También se demuestra un arranque satisfactorio del motor con baja relación de compresión, y se identifican limitaciones para el control dinámico de la combustión RCCI con dilución dual.
Asimismo, se concluye que la operación a plena carga con un solo circuito de dilución es posible si se aumenta la capacidad de enfriamiento del EGR en al menos un 35¿% y se emplea un bypass que module la temperatura de admisión, mejorando la flexibilidad. Además, se detallan los beneficios de electrificar el sistema de EGR. Finalmente, se determina que la mejor configuración de sobrealimentación incluye una turbina más pequeña y un compresor de alta presión, optimizando el rendimiento en condiciones de alta dilución.
Palabras clave
Combustión dual; Descarbonización del transporte; Combustión limpia; Reducción de emisiones; Dual-Mode Dual Fuel combustion; Emission reduction; Clean combustion; Transport decarbonization; Encendido por compresión de reactividad controlada; Vehículos híbridos; Electrificacón; Combustión a baja temperatura; Reactivity controlled compression ignition (RCCI), Hybrid Vehicle, Electrifcation, Low-Temperature Combustion; Powertrain
