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Un mejor diseño de los motores de las turbinas de gas aumenta la eficiencia y reduce los ruidos

Un proyecto financiado con fondos europeos se ha propuesto resolver los problemas técnicos de los motores de turbinas de gas más ecológicos mediante la utilización de un modelado de motores optimizado.
Un mejor diseño de los motores de las turbinas de gas aumenta la eficiencia y reduce los ruidos
Los motores de las turbinas de gas, empleados para la generación eléctrica y en calderas domésticas para el calentamiento de edificios, se han vuelto más respetuosos con el medio ambiente en los últimos años gracias a la mezcla del combustible con un exceso de aire antes del quemado, lo que favorece unas temperaturas más bajas de la llama y reduce la emisión de contaminantes.

Sin embargo, esta tecnología de reducción de la contaminación tiende a causar «inestabilidades en el quemado» que pueden provocar más ruido y, en ocasiones, daños a los motores.

El equipo científico del proyecto TANGO (Thermoacoustic and Aeroacoustic Nonlinearities in Green combustors with Orifice structures), financiado con fondos europeos, trabajó para encontrar formar de superar dichas inestabilidades. «La investigación del proyecto TANGO estaba orientada a comprender las interacciones termoacústicas y aeroacústicas en los sistemas de combustión, por ejemplo los motores de las turbinas de gas y las calderas domésticas, ya que tienen un papel determinante en las inestabilidades de combustión», afirma Maria Heckl, coordinadora del proyecto TANGO.

Las inestabilidades de combustión pueden desencadenar vibraciones de presión intensas dentro del motor que podrían provocar vibraciones estructurales excesivas, fatiga en ciertos componentes del motor e incluso daños catastróficos en los materiales de las cámaras de combustión. «Existe una necesidad urgente de entender los procesos físicos implicados a fin de desarrollar métodos para predecir y evitar dichas inestabilidades», añade Heckl.

En un intento por avanzar en esta disciplina, el proyecto desarrolló un sistema de detección temprana para detectar oscilaciones asociadas a las inestabilidades de combustión mucho antes de que estas alcancen niveles peligrosos. El sistema de detección temprana ha sido patentado y la empresa IfTA, uno de los socios del proyecto TANGO lo ha puesto a la venta bajo el nombre comercial «IfTA PreCursor».

En una segunda línea de investigación, el proyecto se propuso específicamente evitar las inestabilidades en las calderas domésticas, las cuales suelen tener un intercambiador de calor en la cámara de combustión. El equipo investigador elaboró modelos teóricos que no sólo demostraron que se pueden eliminar las inestabilidades si se eligen cuidadosamente las características del intercambiador de calor, sino que además sirven como herramienta para predecir la configuración óptima de este.

Heckl espera que Bekaert, uno de los socios del proyecto TANGO, utilice estos modelos para crear una nueva generación de calderas domésticas más silenciosas y sin inestabilidades.

El proyecto también amplió los conocimientos científicos en otros ámbitos, entre ellos la interacción entre las placas microperforadas y las ondas acústicas, así como la posibilidad de utilizar dichas placas para reducir ruidos en caso de inestabilidad en la combustión.

El proyecto fomentó además la igualdad de género en el ámbito científico y formó a los quince colaboradores, cuatro de los cuales eran mujeres, en dicho tema.

TANGO presentó sus resultados en muchos artículos y revistas científicas, así como en congresos internacionales. El equipo del proyecto espera que la comunidad científica adopte sus resultados para abordar aspectos investigadores concretos.

Aunque el proyecto ya ha concluido, Heckl pretende continuar con la investigación. «Fue un placer coordinar TANGO, un proyecto de éxito. Ahora espero crear un proyecto parecido para estudiar la aeroacústica y contribuir a una reducción del ruido medioambiental. También seguiré con mis esfuerzos por atraer a más mujeres a las ciencias de la ingeniería», concluye.

Palabras clave

TANGO, inestabilidades en la combustión, turbinas de gas, motores, calderas, eficiencia energética, ruido, generadores de electricidad
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