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Un equipo de investigadores pertenecientes al Instituto Universitario CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València (UPV) forma parte de ESTiMatE, el proyecto internacional, financiado por la Unión Europea a través del consorcio Clean Sky Joint Undertaking, que tiene por objetivo la reducción de las emisiones contaminantes en los motores de aviación.

Con una duración inicial de tres años, ESTiMatE promueve el desarrollo de modelos predictivos precisos y fiables que expliquen los mecanismos de formación de contaminantes en los motores de alta relación de derivación -Very High By-pass Ratio (VHBR), presentes tanto en la actual como en la futura generación de aviones comerciales.

En el proyecto, coordinado por el Barcelona Supercomputing Center y que cuenta con el apoyo de Rolls-Royce, participan, junto a la UPV, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (Alemania) y prestigiosas universidades como la de Stuttgart (Alemania) o las técnicas de Berlín, Darmstadt (ambas también alemanas) y Eindhoven (Países Bajos).

Controles estrictos y objetivos ambiciosos

Jesús Benajes, catedrático del CMT-Motores Térmicos e investigador principal del equipo, explica la razón de ser del proyecto: “En el pasado, las aeronaves no estaban sometidas a controles estrictos en términos de emisiones, como sucede con los automóviles. Ello cambió con los objetivos marcados por ACARE (Advisory Council for Aviation Research and Innovation in Europe) para el intervalo de 2000 a 2050 que, entre otros, persiguen reducciones del 75% del dióxido de carbono y del 90% de óxido de nitrógeno, por pasajero y kilómetro, en los aviones del futuro”.

En este sentido, José María García, investigador del CMT integrado en el proyecto, señala que “disponer de modelos numéricos fiables permitirá a los fabricantes optimizar los diseños de sus nuevos modelos de aeromotor, no solamente desde el punto de vista económico, sino también ambiental”.

Para desarrollar dichos modelos, añade, “se trabaja en una serie de simulaciones numéricas avanzadas validadas con experimentos de referencia, realizados también por participantes del consorcio”.

La UPV, responsable del desarrollo de un modelo fenomenológico

En el marco de sus funciones dentro del proyecto, la UPV se encuentra desarrollando actualmente un modelo fenomenológico que describe la atomización de combustible en el motor.

“Mediante simulaciones de alta fidelidad”, explica Marcos Carreres, profesor contratado doctor e investigador en CMT-Motores Térmicos, “profundizamos en la interacción entre la turbulencia y el combustible inyectado para su disgregación en ligamentos y, posteriormente, en gotas”.

Para ello, cuentan con recursos computacionales de la red Partnership for Advanced Computing in Europe (PRACE) y de la Red Española de Supercomputación (RES).

Simulaciones del flujo reactivo en cámaras de combustión reales

Las predicciones del modelo anterior son utilizadas en simulaciones del flujo reactivo en cámaras de combustión reales. En este aspecto, indica explica José Manuel Pastor, investigador del proyecto, “incorporamos el modelo de atomización junto con los de formación y oxidación de hollín generados dentro del proyecto, y validados a partir de experimentos en distintos tipos de llama. Con ello, podemos evaluar el desempeño y la precisión del conjunto de modelos en condiciones de operación relevantes para los motores actuales y futuros”.