Caracterización del desempeño del hidrógeno como combustible en motores tipo turbofán y turbohélice de aeronaves comerciales (2021)
Este trabajo presenta una comparación del desempeño del hidrógeno como combustible frente al combustible actual basado en carbono. La comparación se realiza para evaluar la viabilidad del uso del hidrógeno como combustible a futuro en motores de aeronaves comerciales. Para realizar esta comparación se emplearon herramientas de modelamiento y simulación como ANSYS Workbench y ANSYS Fluent, además de herramientas de procesamiento de datos como EES y Matlab. La simulación termodinámica del desempeño de ambos combustibles se realizó en un motor tipo turbofán Pratt & Whitney PW-1100G, uno de los motores más eficientes y con mayor nivel de desarrollo que está disponible en la actualidad. A condiciones de vuelo crucero y a diferentes niveles de exceso de aire, el incremento promedio en el trabajo neto en ciclo del turbofán fue de 18.96% usando hidrógeno como combustible, sin embargo, el incremento en la eficiencia térmica del ciclo fue solamente de 6.80%. El análisis en la propulsión, en donde se evidenció una potencia desarrollada por el empuje casi idéntica entre hidrógeno y keroseno, pero variaciones significantes en la eficiencia de propulsión, permitió establecer que el beneficio real del hidrógeno como combustible se presenta solamente en puntos de operación con relaciones de exceso de aire que se encuentren entre 1.0 y 1.8, en donde el uso de hidrógeno implica una mejora promedio en la eficiencia general del motor de 6.23%. De igual manera, el uso de hidrógeno disminuyó la emisión de gases contaminantes como dióxido de carbono y óxidos de nitrógeno, además de disminuir el consumo másico de combustible hasta un 56.17% en promedio. Sin embargo, también se realizaron simulaciones de tanques almacenamiento y transporte, y se evidenció que las condiciones de baja temperatura y alta presión necesarias para mantener el hidrógeno líquido representan una gran limitación, ya que implican un gasto energético adicional y la necesidad de materiales mucho más resistentes.