Resumen
El hidrógeno aparece en las hojas de ruta españolas y europeas como opción de futuro para la industria aeronáutica en el entorno actual de descarbonización del sector. Para vuelos de largo recorrido, el paradigma de propulsión sigue estando basado en aerorreactores en el medio plazo, de manera que se precisa profundizar en la combustión de hidrógeno y combustibles sintéticos basados en el hidrógeno para favorecer la transición energética. Los quemadores de bajo torbellino y llama despegada son un objetivo tecnológico de gran interés para su aplicación en aerorreactores por sus reducidas emisiones contaminantes. Sin embargo, presentan como mayor inconveniente su bajo rango de estabilidad. Precisamente el proyecto coordinado AHEAD pretende utilizar hidrógeno en combinación con un combustible sintético para ampliar dicho rango de estabilidad, manteniendo el beneficio de emisiones ultra-bajas.
Para conseguir este objetivo, AHEAD integra diferentes líneas de investigación procedentes de una colaboración estable existente entre el Instituto CMT-Motores Térmicos de la Univesitat Politècnica de València (CMT) y el Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC), a la que se le ha sumado el Instituto de Investigación Aplicada a la Industria Aeronáutica de la Universidad de Castilla-La Mancha (INAIA).
La contribución fundamental de estas líneas de investigación consiste en:
- CMT aporta una instalación experimental de gran tamaño en la que se reproduce las condiciones del aire a la entrada del quemador de los aeromotores, permitiendo al mismo tiempo accesos ópticos para aplicar técnicas avanzadas de diagnóstico.
- INAIA aporta metodologías y herramientas avanzadas de diagnóstico óptico del flujo, de aplicación en entornos experimentales como los de CMT, así como experiencia en el diseño de estos mismos entornos experimentales.
- BSC aporta herramientas simulación que comprenden desde dinámica de fluidos computacional (CFD) en entornos de alta fidelidad con capacidad de computación de altas prestaciones hasta modelos de orden reducido y machine learning, necesarias para el diseño y análisis del quemador.
Partiendo de una configuración de quemador de bajo torbellino y llama despegada, AHEAD combina estas tres herramientas para evaluar el efecto de estabilización que produce introducir hidrógeno en diferentes configuraciones. El entorno experimental asegurará la representatividad del comportamiento del quemador en condiciones de operación realistas, mientras que las técnicas ópticas y de modelado avanzadas permitirán la obtención de información que esclarezca los mecanismos físico-químicos por los cuales el hidrógeno estabiliza la llama, así como discernir cuáles son las configuraciones óptimas. La sinergia entre las tres herramientas permitirá un salto importante en el conocimiento de los aspectos fundamentales de esta tecnología, así como en la evaluación de las mejoras en el rango de operación del quemador en condiciones muy controladas.
Los resultados de AHEAD permitirán avanzar en la descarbonización del sector de la aviación a través del uso de hidrógeno, así como reforzar los lazos de colaboración entre las tres instituciones ayudando a crear un impulso en el consorcio que permita compartir futuros trabajos de investigación en el ámbito de la combustión en turbinas de gas.
