La reducción de los riesgos de la combustión
Posiblemente el mayor reto que se plantea en la fase de diseño de los motores de combustión es aumentar la eficiencia y la estabilidad al tiempo que se reducen las emisiones contaminantes. Una mezcla pobre de combustible y aire previa a la combustión ha permitido reducir sustancialmente las emisiones contaminantes, especialmente de óxidos de nitrógeno (NOx). Por desgracia, esta tecnología tan común en la fabricación de motores de combustión es muy propensa a la inestabilidad de la llama. Por tanto, el modelado y la simulación numérica de los complejos procesos de acoplamiento de los flujos que interactúan químicamente durante la combustión son elementos fundamentales en el diseño de los motores de turbina de gas. Los socios del proyecto MUSCLES desarrollaron con éxito un modelo de la interacción entre la mezcla turbulenta y la reacción química mediante el cálculo estadístico de la probabilidad de ocurrencia de todos los estados que tienen lugar durante los procesos de combustión turbulenta. Los investigadores de la Universidad de Karlsruhe (Alemania) utilizaron un sistema que consistía en el cómputo de la función de densidad de probabilidad (FDP) de los parámetros más importantes. Entre tales parámetros se encontraban las escalas de longitud de la turbulencia, la velocidad y las fracciones de masa de cada especie química de la mezcla de combustible quemado así como las escalas temporales adecuadas para las reacciones químicas. Las funciones de densidad de probabilidad de cada parámetro debían solucionar directamente las ecuaciones de transporte de su función de densidad de probabilidad conjunta (FDPC). El modelo FDPC se amplió para describir la combustión turbulenta de flujos muy diluidos y se empleó para estimular la extinción de llamas en la concentración más pobre o límite inferior de inflamabilidad. Para poder reducir aún más las emisiones contaminantes será necesario utilizar mezclas de combustible y aire incluso más pobres y desarrollar nuevos sistemas para explotar al máximo el potencial de esta técnica de combustión. El aumento del límite inferior de inflamabilidad permitirá alcanzar temperaturas más bajas y por tanto reducir las emisiones de NOx. El límite inferior de inflamabilidad del sistema de combustión se predijo correctamente mediante los cálculos iniciales y se sentaron las bases para la reducción del coste de los ensayos de los programas de investigación sobre cámaras de combustión.
