Mantener fríos los motores turbohélice con índice de derivación ultraalto
La industria de la aviación contribuye a entre el 2 y el 3 % de las emisiones anuales totales de CO2 a nivel mundial que provienen de las actividades humanas y repercute en el clima con sus emisiones distintas del CO2. «Para reducir el impacto ambiental de la aviación comercial, se debe reducir el dióxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y el ruido. Para lograrlo, se necesita una nueva generación de motores y uno de los conceptos más prometedores es la turbohélice con índice de derivación ultraalto (UHBR, por sus siglas en inglés)», destaca Alberto Broatch, coordinador del proyecto SACOC, financiado con fondos europeos. Si bien es conocido por generar menos emisiones y ser más silencioso, este motor afronta varios retos, uno de los cuales es el sistema de refrigeración. Como los álabes delanteros de este motor son tan grandes, su velocidad de rotación óptima difiere mucho de la de la turbina que impulsa el ventilador. «Por consiguiente, los motores UHBR necesitan una caja de engranajes entre el ventilador y la turbina, para que este último gire más lento que el primero y los extremos de los álabes no alcancen condiciones acústicas ruidosas», explica Broatch. Con este método, la caja de engranajes está sometida a una carga térmica muy elevada y ese calor debe extraerse con un sistema de refrigeración adecuado.
Búsqueda de soluciones
El equipo del proyecto se propuso investigar cómo mantener frío este motor. «Uno de nuestros principales objetivos era construir una metodología numérica capaz de predecir el rendimiento de los radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire que usan el aire del conducto de derivación del motor para refrigerar el aceite del sistema de lubricación», explica Jorge García Tíscar, uno de los responsables de las tareas del proyecto. Como modelo digital, puede servir como herramienta de optimización para generar nuevas geometrías de los intercambiadores de calor que puedan incrementar la refrigeración y reducir el impacto de las geometrías de la parte del aire. Sin embargo, los modelos numéricos deben validarse antes de que puedan usarse para generar diseños innovadores. «Aquí es donde aparece el segundo objetivo principal del proyecto. Dado que las pruebas con todo el motor son extremadamente caras y requieren mucho tiempo, se necesitaba una instalación de pruebas experimental a escala reducida capaz de simular las condiciones reales del flujo del motor alrededor del radiador», describe Andrés Felgueroso, miembro del consorcio del proyecto. Esta instalación de pruebas fue diseñada, puesta en servicio y validada en el proyecto.
Un paso más cerca de la refrigeración
El proyecto demostró cómo se pueden utilizar modelos numéricos no solo para simular este tipo de intercambiador de calor de turbohélice, sino también para optimizarlos. «La optimización numérica llevada a cabo en el proyecto mediante estos modelos dio lugar a una geometría de radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire que, en comparación con la solución actual, mejora el intercambio de calor en casi un 20 % y su permeabilidad al flujo de aire en un 13 %», confirma García Tíscar. El proyecto también demostró que la evaluación de los diseños de los radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire se puede llevar a cabo en un túnel aerodinámico simplificado a pequeña escala, siempre que se tomen las medidas adecuadas para simular las condiciones reales del flujo de aire del motor. «Esto simplificará en gran medida los avances futuros en los radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire, lo que reducirá los costes experimentales, el gasto de energía y el tiempo de comercialización», agrega García Tíscar. Con respecto al futuro, Felgueroso concluye: «Nos gustaría investigar más a fondo el rendimiento de los diseños actuales de los radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire y probar otros nuevos». El consorcio seguirá trabajando para comprender mejor el comportamiento aerotérmico de los intercambiadores de calor.
Palabras clave
SACOC, radiadores de aceite de superficie refrigerados por aire, intercambiadores de calor, turbohélice, índice de derivación ultraalto, UHBR, industria aeronáutica
