El curioso fenómeno de acreción de hielo en motores turbofan

En Máquinas y Centrales Térmicas nos decían que hay que tener mucho cuidado con las gotas de agua líquida que entran a altas velocidades en las turbinas porque impactan contra los álabes y pueden ocasionar daños importantes. Pero vamos a ver cómo el agua puede dañar un motor en otro de sus estados que no es el líquido.

Existe cierto tipo de tormentas donde a altitudes importantes (de vuelo) se pueden encontrar cristales de hielo. Se suele decir a los pilotos que rodeen estas tormentas, pero no siempre es posible. Los ingenieros han observado que al paso de estas tormentas, se puede producir un curioso fenómeno de acreción de hielo dentro del motor (turbofan) que hará bajar su temperatura, con la consecuente pérdida de potencia.

Los ingenieros contemplaban hasta hace poco dos posibilidades para el comportamiento de dichos cristales de hielo. Si se encuentran con elementos del motor por debajo del punto de congelación, “rebotan” y no debería producirse acreción. Si los elementos están a temperaturas superiores a las de congelacion, se funden y tampoco. El problema, que se ha observado que la combinación de agua líquida (cristales fundidos) y hielo presentes en el motor puede llegar a enfriar ciertos de sus componentes hasta un punto en el que llegue a producirse esta acreción. Lo que vemos en el estátor del vídeo.

Y como la NASA es la NASA y a pesar de los recortes sigue siendo la NASA, qué mejor forma de estudiar el fenómeno que coger un motor real y simular una nube de cristales de hielo como las que hay en estas tormentas. El experimento lo han realizado investigadores del John H. Glenn Research Center de la NASA, donde se está estudiando cómo pueden interactuar un flujo constante de aire caliente en el motor con el flujo de cristales de hielo, cosa bastante poco intuitiva. Como explica Michael Oliver, jefe del proyecto, están investigando, por ejemplo, si se produce o no una capa de agua sobre elementos “calientes” que acaba enfriándolos a una temperatura suficiente como para que se produzca la acreción de los cristales.

En el PSL (Propulsion Systems Laboratory) de la NASA es donde se han conseguido simular nubes de cristales de hielo como las que se encuentran los aviones. Se ha puesto el motor a funcionar, y se ha observado la esperada pérdida de potencia y acreción de los cristales de hielo. Tras obtener este resultado, Judy Van Zante, responsable de simulación de la nube de partículas de hielo, se pregunta si se pueden simular exactamente las condiciones de dicha nube: “No podemos cambiar la forma de los cristales de hielo, pero podemos controlar el tamaño y la cantidad de partículas de hielo en la nube”.

Motor acoplado al sistema de simulación de nubes de cristales de hielo.

Para el siguiente paso, los responsables del proyecto se encuentran en conversaciones con la industria de aviación para no sólo simular la nube de cristales de hielo, sino también poder operar el motor en condiciones de temperatura y presión de vuelo para que las pruebas resulten lo más próximas posibles a las condiciones reales del fenómeno.

Fuentes:

http://www.nasa.gov/centers/glenn/aeronautics/frigid_heat.html#.UyxidoUUdzW

http://fuckyeahfluiddynamics.tumblr.com/post/80167386712/ice-build-up-is-a-major-hazard-on-airplane-wings

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2 respuestas a El curioso fenómeno de acreción de hielo en motores turbofan

  1. Charles dijo:

    Nice sources and nice article!

  2. deybich dijo:

    Thanks!

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