Aviones más seguros y menos contaminantes

La Unión Europea ha fijado a los fabricantes de aviones cinco objetivos que deben ser alcanzados antes de 2020: reducir un 20 por ciento los accidentes, desarrollar un sistema de control de tráfico aéreo que gestione 16 millones de vuelos al año, reducir a la mitad la contaminación acústica de los aviones, reducir a la mitad las emisiones de dióxido de carbono y reducir un 80por ciento las emisiones de óxido de nitrógeno.

En este sentido, investigadores del Departamento de Mecánica de Fluidos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos de la UPM estudian el fenómeno de la turbulencia de flujos para mejorar del rendimiento de las turbinas de las aeronaves.

En concreto, según explica el investigador Mark Simens, su trabajo, dirigido por el profesor Javier Jiménez Sendín, se centra en el estudio del flujo en una turbina a baja presión. El comportamiento del aire en presencia de la turbina presenta un régimen laminar (ordenado, suave y de baja velocidad) en una parte de la pared y turbulento (caótico en el espacio y en el tiempo) en la otra. Esto es lo que se conoce como flujo transicional.

Las turbinas más eficientes tienen los álabes (las paletas curvas que reciben el impulso del fluido) muy curvados, lo que aumenta el peligro de una separación del flujo con respecto a la pared. Ello causa pérdidas de rendimientos y vibraciones indeseables. El trabajo de estos investigadores trata de minimizar estas pérdidas y vibraciones estudiando en profundidad, entre otras cosas, el fenómeno de la turbulencia. Si bien la turbulencia del aire es una desventaja en el vuelo porque incrementa la resistencia aerodinámica, también es cierto que gracias a la turbulencia se mezcla más rápidamente el aire con el combustible en el motor del avión.

Una vez traducida la física del problema real a un modelo numérico, hay que utilizar un ordenador en el que desarrollar la simulación con garantías. “Este tipo de estudios se encuentra con una gran barrera", según explica Mark Simens, "ya que no sólo pueden llevarse a cabo mediante lápiz y papel”.  Las simulaciones no pueden hacerse en un ordenador cualquiera, sino que se necesita un ordenador de gran potencia. Éstas son las características que pone al alcance de los investigadores el supercomputador Magerit, nodo madrileño de la Red Española de Supercomputación, ubicado en el Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid (CesViMa) de la UPM.

La información obtenida a través de estas simulaciones permite optimizar el uso de las turbinas rebajando el coste de un vuelo. “Se reduce el uso de combustible y la carga medioambiental de los aviones”, asegura Mark. "Y no sólo abaratamos el coste del vuelo, sino que si las simulaciones se acercan cada vez más a la realidad, su aplicabilidad a los modelos industriales será mayor y por tanto el proceso de desarrollo de las turbinas será a la postre mucho más asequible”.