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La Universitat Politècnica de València (UPV) lidera el proyecto internacional SACOC, que tiene por objetivo afrontar los distintos retos que implica el desarrollo de motores de propulsión turbofán de muy alta relación de derivación, destacados por su menor consumo de combustible y generar menos emisiones contaminantes (acústica incluida).

Enmarcado en Clean Sky 2, una iniciativa conjunta del programa Horizonte 2020 y la industria aeronáutica europea, SACOC es un proyecto clave en la investigación hacia un transporte aéreo limpio y sostenible.

En este sentido, Alberto Broatch, investigador del CMT-Motores Térmicos de la UPV y coordinador del proyecto, destaca que Clean Sky 2 “es el programa comunitario más ambicioso para conseguirlo y, de acuerdo con su compromiso de afrontar los retos del transporte europeo, el Instituto CMT–Motores Térmicos lidera este consorcio internacional para evaluar y mejorar aspectos relacionados con la gestión térmica de los motores turbofán”.

Caja intermedia de engranajes lubricada

Uno de los desafíos a los que se enfrentan los fabricantes de motores turbofán -también conocidos como turboventiladores- es el sistema de refrigeración. En un turbofán de alta relación de derivación (UHBR, por su sigla en inglés), el ventilador situado a la entrada del motor emplea álabes de mayores dimensiones de lo habitual. Sin embargo, la velocidad de giro de la turbina de gas que lo acciona es incompatible con el funcionamiento eficiente del fan.

El acoplamiento de ambas turbomáquinas requiere, por tanto, la utilización de una caja de engranajes intermedia, que ha de estar lubricada. “La temperatura de trabajo del lubricante”, explica Broatch, “se controla mediante un intercambiador refrigerado por aire, que se instala en el flujo secundario del motor, y aprovecha la propia corriente de aire suministrada por el fan. El diseño óptimo de este elemento pasa por un equilibrio entre eficacia, peso y permeabilidad, con el fin de minimizar su impacto en el rendimiento del motor”.

Túnel de viento que permite velocidades superiores a los 600 km/h

El proyecto se centra, por ello, en el desarrollo de una metodología para la optimización de intercambiadores de aceite de motores UHBR de última generación. “Para lograr este objetivo”, destaca Jorge García Tíscar, investigador del Instituto CMT–Motores Térmicos UPV, es vital combinar tanto simulaciones computacionales 3D de alta fidelidad como medidas experimentales en túnel de viento”.

Con este fin, se ha desarrollado en la UPV un túnel de viento que permite alcanzar velocidades de más de 600 km/h, al tiempo que reproduce fielmente los patrones de flujo que se dan en el motor real. En este túnel se emplearán técnicas experimentales de última generación para la caracterización de las prestaciones termo aerodinámicas de los prototipos desarrollados, incluyendo la termografía de infrarrojos y la velocimetría y vibrometría mediante láser. El objetivo último de estas pruebas es garantizar la lubricación de los futuros motores turbofán, considerados una de las piezas fundamentales para asegurar un transporte aéreo más respetuoso con el medio ambiente.

Esta iniciativa cuenta, además, con la participación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y la Purdue University (Estados Unidos), así como del fabricante francés de motores de aviación Safran. Dentro de esta colaboración, Andrés Felgueroso, investigador del Instituto CMT–Motores Térmicos UPV, indica que las actividades experimentales en las que participa la UPV “son fundamentales para asegurar la validez de las simulaciones numéricas llevadas a cabo por la UPM y Safran”.

Con una duración de dos años, el proyecto SACOC publicará sus conclusiones a mediados de 2021.