UTILIZACION DE MICROMIXERS PARA COMBUSTION ESTABLE DE HIDROGENO EN AVIACION DE CERO EMISIONES. ESTUDIO EXPERIMENTAL

2022

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Payri Marín Raúl

La descarbonización del transporte es una necesidad crítica y urgente, debido a la acción del CO2 como un gas de efecto invernadero. En particular, casi el 2% de las emisiones de efecto invernadero corresponden al campo de la aviación, donde las turbinas de gas son el principal sistema de propulsión. Dada la imposibilidad de electrificar la propulsión de aeronaves de medio/largo alcance, una de las principales alternativas que se proponen es el uso de hidrógeno como combustible en estas turbinas de gas. Este combustible presenta numerosas ventajas, como su alto poder calorífico, así como la ausencia total de emisiones de CO2 como producto de su oxidación. Sin embargo, lo primero contribuye a que se alcancen temperaturas de combustión más elevadas, que a su vez tenderán a una mayor formación de óxidos de nitrógeno. Por lo tanto, la utilización de H2 en T.G. de aviación presenta un reto tecnológico. En particular, debido a las diferentes propiedades físicas del H2 frente a los combustibles fósiles como el queroseno, los sistemas de combustión estándar conducentes a una combustión con muy baja formación de NOx no pueden ser utilizados directamente con H2. Resulta pues esencial, el desarrollo de nuevas tecnologías de combustión de H2 conducentes a una baja formación de NOx. La utilización del concepto de micromezcladores se propone como una tecnología con un potencial elevado a tal efecto. El concepto se basa en la utilización de múltiples micro-toberas equiespaciadas por las que se inyecta el H2 formando pequeños chorros que se mezclan con el aire incidente perpendicularmente al eje del chorro. Esto conlleva a una mezcla intensa y a una combustión a través de múltiples llamas de difusión de muy pequeño tamaño que reducen notablemente el tiempo de residencia de los reactantes en la zona de combustión, con la consecuente reducción de las emisiones de NOx. Otra ventaja fundamental de este tipo de combustión es, la ausencia de flashback o retroceso de llama, siendo esto una ventaja notable desde el punto de vista de la seguridad y la integridad del equipo. El segundo subproyecto contribuirá mediante técnicas experimentales al conocimiento de los fenómenos de mezcla y combustión implicados en la combustión de H2 en cámaras de combustión de T.G. basadas en micro-mezcladores. Se estudiarán y analizarán los procesos de inyección, mezcla y combustión en las llamas generadas. Además de arrojar luz en la fenomenología de los procesos que se concatenan en este tipo de combustión, se generará una amplia base de datos experimental que ayudará a la validación de las simulaciones llevadas a cabo por el equipo computacional. Dichas simulaciones permitirán profundizar en la física de en este tipo de combustión, y, por lo tanto, en su optimización. Así pues, el objetivo principal del proyecto es la puesta en operación, el estudio y posterior análisis de un sistema de combustión produciendo una combustión segura y con bajos niveles de emisiones de NOx. Para ello, bajo condiciones de operación representativas, se llevará a cabo un análisis del proceso de mezcla y combustión mediante técnicas de visualización del flujo y de la llama, además de las medidas de emisiones de NOx. Tras la finalización de la parte experimental del proyecto se espera una mejora sustancial del conocimiento de este tipo de sistemas, que, además de contribuir a la descarbonización de la industria aeroespacial, permitan operar de una manera más limpia, eficiente y segura.