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Modelización de la transferencia de calor en motores a reacción

Un grupo de investigadores financiado por la Unión Europea ha abordado el problema complejo de la transferencia de calor en el diseño de motores a reacción para aeroplanos. El proyecto dio lugar al desarrollo de sistemas de resolución numérica complejos que podrían reducir el peso, el coste y las emisiones de los motores a reacción.
Modelización de la transferencia de calor en motores a reacción
Los motores de combustión, también llamados motores a reacción o de turbina de gases, están diseñados para quemar combustible en un proceso que se llama, acertadamente, combustión. Funcionan a base de convertir la energía química de los enlaces que unen los átomos del combustible en energía mecánica.

La ignición del combustible en presencia de oxígeno genera gases de escape calientes que se canalizan por una boquilla donde se aceleran para hacer girar las palas de la turbina, de forma muy parecida a como el viento hace girar un molino. Con ello se obtiene el empuje necesario para elevar la aeronave.

La presión económica y medioambiental sobre el sector aeroespacial ha fomentado el desarrollo de motores más ligeros y eficientes con emisiones menores y costes más reducidos de producción y explotación.

Un grupo de investigadores europeos buscó aprovechar el éxito del proyecto anterior AITEB («Investigación de las características aerotérmicas de las paredes traseras y las palas de las turbinas») en un nuevo proyecto, AITEB-2. Se plantearon el desarrollo de un diseño de motor de turbina aerotermodinámico que representase una reducción de peso, tiempo de comercialización, costes y emisiones respecto a los actuales.

Los científicos se ocuparon en concreto de la interacción de los gases calientes con las paredes, más frías, el punto llamado de transferencia de calor conjugada, un tema complicado para el cual fue necesario desarrollar muchas herramientas numéricas, incluido un sistema de resolución en paralelo masivo.

Se evaluaron dos casos de estudio: la interacción de una llama con una pared y un flujo de gases calientes y su interacción con una pala de turbina. Los complejos métodos numéricos de dinámica de fluidos computacional (CFD) desarrollados para el proyecto AITEB-2, incluido un sistema de resolución de turbulencias para simulación de torbellinos de grandes dimensiones (LES), proporcionaron información detallada importante para el diseño de turbinas de gases eficientes.

La realización de más estudios numéricos y optimizaciones, combinada con el trabajo experimental, podría surtir un efecto importante en el sector del diseño de motores para aeronaves.

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