Reducción de emisiones en Aviación: brevario de los retos tecnológicos a superar (II)

La industria de la motopropulsión como principal responsable
En la década de los 70, el diseño de los motores se centró fundamentalmente en aumentarl el empuje. En los siguientes 10 años, el esfuerzo tecnológico se concentró en reducir el consumo de combustible. Sin embargo, en los 90, el principal objetivo era reducir el precio de adquisición y mantenimiento, mientras que en los motores de hoy en día el diseño se centra además en la mejora de las emisiones medioambientales: ruido y emisión de partículas.
A baja potencia, el principal problema en cuanto a emisiones contaminante es la formación de CO y de hidrocarburos no quemados. Conforme aumenta la temperatura, es decir es inyecta más combustible, las altas temperaturas y presiones que se alcanzan consiguen que estos productos parciales de la combustión se reduzcan hasta niveles aceptables. Por tanto, estas emisiones son sólo importantes durante períodos de tiempo relativamente cortos asociados con el encendido y apagado del motor y a potencias de ralentí, ya que su concentración cae rápidamente con el aumento de potencia del motor.

Cámaras de combustión bizona en motores.

A potencias intermedias y altas, el problema se centra en reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y de Nitróxidos (NO_x). El dióxido de carbono (CO₂) se produce como consecuencia de la quema de un combustible que contiene carbono, por ejemplo, keroseno. La estrategia para reducir su emisión pasa simplemente por consumir menos combustible. Para reducir el consumo específico de combustible es necesario aumentar la relación de compresión global del motor y el índice de derivación. Si bien estos factores tienden a reducir las emisiones de ruido y de CO₂, también aumentan las emisiones de NO_x, debido a que se alcanzan mayores temperaturas en el ciclo termodinámico del motor. Estos fenómenos contradictorios comienzan a ser un problema para los fabricantes de motores, ya que ven reducida su capacidad de diseño.

El dilema en el campo de las emisiones de un motor.

Para evitar esta contradicción, y trabajar en la zona óptima, se recurre a cámaras de combustión multietapa. La primera etapa, llamada cámara piloto, funciona a baja potencia, es decir, cuando la energía contenida en su interior es pequeña. En este caso, se dispone de un gran volumen interior, con un tiempo de residencia muy grande, que ayuda a que las moléculas interaccionen entre sí y se reduzcan los hidrocarburos no quemados (CO). Sin embargo, a alta potencia, el aporte de combustible debe aumentar, incrementándose la energía contenida en la cámara y favoreciéndose las reacciones químicas. En este caso, se inyecta el combustible en una segunda cámara de menor tamaño, que reduce considerablemente el tiempo de resistencia y, por tanto, el tiempo disponible para la formación de los óxidos de nitrógeno. El resultado, en el caso del General Electric GE90 (Boeing B-777), es una reducción en las emisiones de NO_x de un 35% y de hasta 50% en CO. Estos resultados aplicados a una flota de 20 aviones Boeing B-777 supone emitir hasta 177.000 toneladas de menos de CO₂ que si se empleara su rival cuatrimotor, lo que equivale al CO₂ absorbido por 17500 hectáreas de bosque o a retirar casi 30.000 coches al año de nuestras carreteras.

Las expectativas de reducción de NO_x.

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Bibliografía: Revista Itavia.