Las turbinas de gas son el segundo tipo de motor de combustión interna más usado en el mundo después de los de émbolo, aviones, barcos y centrales de ciclo combinado funcionan utilizando turbinas de gas, siendo en algunos casos la única forma de propulsar a muchos de esos artefactos.
Es por ello que reducir el consumo y optimizar el combustible que se consume por este tipo de motores es vital en muchos aspectos de la industria mundial, y la militar no se queda de lado en este caso.
Un grupo de investigadores de la marina de los Estados Unidos está trabajando en un nuevo concepto de motores turbina que puede cambiar radicalmente la forma que entendemos este tipo de máquinas. La investigación que siguen se basa en modificar totalmente la forma de entender cómo funciona un motor a reacción, consiguiendo reducir el consumo de combustible un 25% y aumentando la potencia un 10%.
Pero, ¿cómo piensan conseguirlo? Pues cambiando el ciclo termodinámico que se utiliza en los motores a reacción. En estos motores el ciclo termodinámico que se utiliza es el Brayton, en el cual la ignición del combustible se realiza a presión constante; lo que estos investigadores proponen es que dicha combustión no se produzca a presión constante, sino que se realice de forma más violenta mediante una detonación controlada que rote alrededor de la cámara de combustión, generando mucho más trabajo en cada ciclo.
El concepto de usar detonaciones para los motores a reacción no es nuevo, los cohetes V1 alemanes ya utilizaban pulsoreactores, pero eso supone un impulso no continuo y menos eficiente que un turborreactor actual. Con el nuevo concepto que investigan en la marina de Estados Unidos, la combustión se realiza de forma continua, siendo mucho más eficiente que un motor actual.
En efecto, los motores de ciclo Brayton tienen una eficiencia de 0 si trabajan sin compresor, las etapas de compresión son de los componentes más críticos y complejos a la hora de diseñar un motor a reacción, necesitándose de etapas de baja, media y alta presión para conseguir la presión necesaria en la cámara de combustión para realizar el ciclo. Si hablamos de motores por detonación, sin compresor ya tendrían una rendimiento propulsor del 30%, ya que las presiones generadas son mucho más elevadas durante la combustión.
Con esta tecnología, no sólo se dispone de una combustión más potente, sino que además podemos reducir el compresor y por tanto la energía que tenemos que succionar del flujo de aire mediante la turbina para mover ese compresor, de ahí es de donde proviene la mayor mejora energética del conjunto.
Debemos recordar que en un motor a reacción nuestro objetivo es acelerar el aire lo máximo que podamos para propulsar el avión, si se trata de un motor turbo-hélice o turbo-eje dispondremos de más energía libre que extraer mediante la turbina y más trabajo útil podremos desarrollar de ello.
Por el momento todo esto sigue a un nivel experimental de desarrollo, los investigadores están utilizando modelos numéricos para investigar el funcionamiento y el control de dichas explosiones y las ondas que generan; de producirse las detonaciones sin control lo que tendríamos sería más bien una bomba que un motor.
Más potencia y menos consumo con un ahorro de combustible millonario
Para que nos hagamos una idea de cuanto supondría esta mejora, según estos investigadores sólo en la marina de EE.UU. se ahorrarían entre 300 y 400 millones de dólares en combustible al año. Eso es no sólo mucho dinero, sino también mucho combustible, si esto se extrapola a todo el consumo del trafico aéreo sería una reducción increíble.
Lo mejor de todo es que este sistema se podría implementar en los motores actuales con una modificación de la cámara de combustión, de esta manera el coste de implementar estas medidas se reduciría mucho. Eso sí, aunque sean capaces de controlarlo y montar un motor prototipo donde ensayar todo, con los estándares de seguridad de la industria aeronáutica esto llevaría un proceso largo hasta su implementación, pero seguro que estarán esperando a noticias como esta.
Investigaciones como estas son muy necesarias para mantener el transporte aéreo, ya que no hay posibilidad de utilizar hidrógeno ni baterías para propulsar aviones debido al peso de esos componentes y a que lo que se busca en calentar el flujo de aire para darle más energía. A día de hoy la eficiencia de los motores a reacción es muy elevada, mucho mayor que cualquier motor de combustión interna alternativo, permitiendo además el viajar a grandes velocidades.
La aeronáutica por ello depende de seguir desarrollando este tipo de motores, los aviones eléctricos que os hemos presentado son simplemente modelos de aviación civil, la aviación comercial necesita volar rápido y lejos, el alcance (los kilómetros que puede hacer un avión sin repostar) es una de las medidas más críticas a día de hoy, tener un avión que pueda volar de Europa a Asia sin paradas es extremadamente importante si queremos hacer vuelos de largo recorrido.
Así que en la aeronáutica hay dos caminos que deben seguirse en cuanto a movilidad futura, biocombustibles y mejora de la eficiencia de las máquinas. El peso de los aviones hace tiempo que se viene reduciendo mediante el uso de materiales compuestos, y la eficiencia de los motores está limitada por las temperaturas de servicio de los materiales utilizados, pero investigando y desarrollando podremos seguir viajando en avión a donde nos plazca.
Fuente | US Navy
En Motorpasión Futuro | Tecnología del transporte: Pilas de combustible para reducir las emisiones del transporte marítimo
