Simulación de las emisiones de motores
Una agenda de investigación estratégica europea ha destacado el papel del autogiro como medio de transporte competitivo y económico para las conexiones punto a punto, por lo que los motores de turbinas de gas se han sometido a estrictas normativas medioambientales relacionadas con las emisiones contaminantes. Teniendo en cuenta que las emisiones son objeto de una creciente atención, la comunidad investigadora trabaja en el desarrollo de herramientas informáticas que predicen los niveles de emisión de gases de escape en condiciones cambiantes de operación y vuelo. En este contexto, un grupo de científicos financiado con fondos europeos puso en marcha el proyecto «Emission analysis. Tools required to perform the emission analysis and evaluation methodology» (EMICOPTER) a fin de predecir emisiones mediante el desarrollo de una herramienta potente cuyos parámetros no necesitan ajustarse, característica que la hace una opción más fiable, especialmente cuando hay que pronosticar condiciones para las cuales no se dispone de información experimental. La combinación de cinética y dinámica de fluidos permitió al equipo del proyecto obtener datos con los que elaborar modelos detallados que se utilizaron para simular la dinámica de fluidos computacional (DFC). Posteriormente, los datos DFC se sometieron a un postratamiento mediante la aplicación de una herramienta cinética para describir y predecir con precisión la formación de contaminantes durante la combustión. También se empleó la cinética detallada para describir mejor el campo térmico dentro de la cámara de combustión y, de esa forma, mejorar el cálculo de emisiones, el cual exige una gran cantidad de tiempos de procesamiento, lo que motivó el desarrollo de algoritmos numéricos específicos. Tras un análisis preciso del estado de la técnica, el equipo científico de este proyecto definió un combustible sustituto y desarrolló y validó su cinética de combustión. El mecanismo cinético resultante fue el trampolín para la construcción de una base de datos de cálculos DFC, los cuales se basaron en la geometría de la cámara de combustión de un motor de helicóptero específico que se estudió para caracterizar la formación de hidrocarburos sin quemar, ya que estos reducen la eficiencia de la combustión y, por tanto, incrementan el consumo de combustible y las emisiones de óxido nítrico (NOx). Se calcularon las emisiones de NOx en las condiciones de ralentí a despegue, para posteriormente compararlas con los datos disponibles de las mediciones experimentales. Los resultados del proyecto demostraron una concordancia adecuada con los valores experimentales y pusieron de manifiesto la importancia de los mecanismos cinéticos utilizados en la simulación DFC. El enfoque propuesto puede emplearse para evaluar las emisiones de los motores actuales, así como para diseñar nuevas cámaras de combustión con niveles de emisión reducidos.
Palabras clave
Emisiones contaminantes, motor de helicóptero, cinética, dinámica de fluidos computacional, cámara de combustión, emisiones de óxido nítrico