Adaptar los motores a reacción de aviones para que usen hidrógeno como combustible

Unos ingenieros tienen muy avanzada su labor de adaptación de motores a reacción de aviones para que usen hidrógeno como combustible en vez del omnipresente queroseno.

Europa se prepara para hacer realidad los vuelos regulares no contaminantes mediante aviones propulsados por hidrógeno producido de forma sostenible. El año pasado, la Unión Europea puso en marcha un proyecto para apoyar a la industria y las universidades en el desarrollo de un avión de medio recorrido propulsado por hidrógeno. Entre otras cosas, habrá que adaptar los motores a reacción para que funcionen con el nuevo combustible. Los motores actuales están optimizados para quemar queroseno.

El hidrógeno arde mucho más rápido que el queroseno, por lo que las llamas son más compactas. Esto hay que tenerlo en cuenta a la hora de diseñar motores de hidrógeno.

El equipo integrado, entre otros, por Nicolas Noiray y Abel Faure-Beaulieu, del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich, ha realizado experimentos al respecto, cuyos resultados aportan información muy clarificadora sobre las modificaciones que deben efectuarse en los motores a reacción.

Uno de los problemas es el de las vibraciones, que los ingenieros intentan minimizar. En los motores a reacción típicos, unas veinte toberas de inyección de combustible están dispuestas alrededor de la cámara de combustión anular del motor. La combustión turbulenta del combustible genera ondas sonoras. Estas ondas se reflejan en las paredes de la cámara y ejercen una acción de retroalimentación sobre las llamas.

Este acoplamiento entre la onda sonora y las llamas podría dar lugar a vibraciones que inducirían una fuerte carga en la cámara de combustión del motor. Estas vibraciones castigan el material, lo que en el peor de los casos puede provocar grietas y otros daños. Por eso, cuando los ingenieros crean nuevos motores, se procura que estas vibraciones no se produzcan, al menos no bajo las condiciones típicas de funcionamiento.

Cuando los ingenieros desarrollaron los motores de queroseno actuales, tuvieron que controlar estas vibraciones. Lo consiguieron optimizando la forma de las llamas, así como la geometría y la acústica de la cámara de combustión. Sin embargo, el tipo de combustible influye mucho en las interacciones entre el sonido y la llama. Esto significa que los ingenieros deben asegurarse ahora de que no se produzcan en los nuevos motores de hidrógeno.

Un laboratorio especial del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich permite a Noiray y sus colegas medir la acústica de las llamas de hidrógeno y predecir posibles vibraciones. Como parte del proyecto HYDEA, en el que el equipo participa junto con la empresa GE Aerospace, Noiray y sus colegas ponen a prueba toberas de inyección de combustible de hidrógeno producidas por la empresa.

Toberas de inyección de combustible para motores a reacción alimentados con hidrógeno, siendo probadas en esta cámara de un laboratorio del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich. Los investigadores pueden replicar aquí las condiciones de vuelo de un avión con motor a reacción de hidrógeno a una altitud de crucero. (Foto: Nicolas Noiray / ETH Zurich)

“En nuestro laboratorio somos capaces de replicar las condiciones de temperatura y presión de un motor de reacción a altitud de crucero”, explica Noiray. Los investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich también pueden recrear la acústica de varias cámaras de combustión, lo que permite realizar una amplia gama de mediciones. “Nuestro estudio es el primero de este tipo que mide el comportamiento acústico de las llamas de hidrógeno en condiciones de vuelo”.

El estudio se titula “Measuring acoustic transfer matrices of high-pressure hydrogen / air flames for aircraft propulsion”. Y se ha publicado en la revista académica Combustion and Flame. (Fuente: NCYT de Amazings)