Motores aeronáuticos propulsados por calor residual

Los motores de aire caliente a pistón aprovechan la expansión térmica del aire para mover pistones. En el proceso de conversión de la energía química del combustible en energía mecánica, cerca del treinta por ciento de la energía del combustible se pierde en forma de gases de escape. Por norma, el calor generado no se aprovecha y, por tanto, se echa a perder.

El proyecto financiado con fondos europeos WHEXPERS (Study and manufacturing of a wasted heat exchanger and a hot air piston engine recuperation system) tenía el cometido de sacar partido a este calor residual. La tecnología desarrollada ofrece la ventaja añadida de transferir el calor proveniente de los gases de escape al caudal de aire presurizado que entra y sale del motor a pistón.

De este sistema de recuperación del calor residual se esperan incrementos significativos de la eficiencia del motor que reduzcan el consumo de combustible y la emisión de dióxido de carbono, un gas contaminante. Se modificó el diseño de este motor aeronaútico empleando materiales de baja densidad y rozamiento reducido y una estructura de pistón optimizada para aumentar la eficiencia al máximo.

El motor de aire caliente a pistón requiere un sellado superior con rozamiento reducido en el sistema de admisión o entrada de aire comprimido. El flujo del aire es controlado por válvulas giratorias. Se han realizado modificaciones en dichas válvulas después de una campaña de pruebas preliminares que han permitido minimizar las pérdidas de presión y alcanzar el objetivo de permeabilidad.

También se mejoró el diseño de la culata aplicando los resultados de pruebas de fricción y sellado, y también el diseño básico del motor completo. Seguidamente se montaron las piezas mecánicas fabricadas de una maqueta de motor de aire caliente a pistón, así como los sistemas de control y adquisición de datos de la instalación de pruebas.

Se combinaron simulaciones y estudios mecánicos para mejorar las placas del intercambiador de calor, así como la resistencia mecánica de los componentes. Por último, se diseñó el sistema de alimentación del intercambiador para asegurar una distribución de caudal uniforme, una pérdida de carga mínima y aligerar el peso. Actualmente se están analizando las prestaciones.

El proyecto WHEXPERS ha avanzado el estado de la técnica en cuando la recuperación de calor gas/gas. Las innovaciones introducidas en el diseño de ingeniería y de materiales previsiblemente conducirán a motores aeronáuticos eficientes, con menor consumo de combustible y de emisiones, contribuyendo así a conformar un transporte aéreo más ecológico.