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INNOVACIONES EN EL MUNDO HVAC (Continuación)

INNOVACIONES EN EL MUNDO DEL HVAC

EL DESAFÍO HIPERSÓNICO DEL SIGLO XXI

El 2015 disertábamos sobre el motor híbrido (cohete-reacción) SABRE, un gran esfuerzo de la industria británica por llevar las velocidades hipersónicas al campo de la aviación comercial. Cualquiera puede ver el artículo de entonces AQUÍ

En esta ocasión nos referiremos a otro tipo de motor, que ha recibido también un gran impulso desde los comienzos de este nuevo siglo: el estatoreactor hipersónico, que es conocido en inglés como "scramjet", del que puede decirse que es la, hasta el momento, más elevada evolución de los motores de reacción:

Esta pequeña comparación nos hace ver el "salto tecnológico" que representa este motor; desde el turbojet (o turbofan) que usa la mayoría de aviones comerciales hasta hoy en día, pasando por el estatoreactor sónico (ramjet) y el que estamos viendo en esta ocasión: scramjet o estatoreactor hipersónico (estos dos últimos tienen aplicación fundamentalmente militar). La diferencia escencial para los dos últimos es la total ausencia de partes móviles o rotores (compresor y turbina) y la geometría de los estatores. Pero el sistema de combustión es análogo en (b) y (c) :

El empuje "F" del motor dependerá en gran medida de una diferencia de presiones (tercer sumando), como puede observarse. En el caso de los estatoreactores hipersónicos, el flujo de escape no desacelerará a un nivel subsónico para lograr este cometido.

La alta velocidad hace que el control del flujo dentro de la cámara de combustión sea más difícil. Dado que el flujo es supersónico, no se propaga ninguna influencia hacia abajo dentro de la corriente libre de la cámara de combustión. La regulación de la entrada a la boquilla de empuje no es una técnica de control utilizable. En efecto, un bloque de gas que ingresa a la cámara de combustión debe mezclarse con el combustible y tener tiempo suficiente para iniciarse y reaccionar, mientras viaja supersónicamente a través de la cámara de combustión, antes de que el gas quemado se expanda a través de la boquilla de empuje. Esto impone estrictos requisitos sobre la presión y la temperatura del flujo, y requiere que la inyección de combustible y la mezcla sean extremadamente eficientes. Las presiones dinámicas utilizables se encuentran en el rango de 20 a 200 kilopascales.

Tanto la tasa de combustión, la presión y la temperatura en el motor también deben ser constantes. Esto es problemático porque los sistemas de control de flujo de aire que facilitarían esto no son físicamente posibles en un vehículo de lanzamiento de scramjet debido a la gran velocidad y rango de altitud involucrados, lo que significa que debe viajar a una altitud específica a su velocidad. Debido a que la densidad del aire se reduce a mayores altitudes, un scramjet debe escalar a una velocidad específica a medida que acelera para mantener una presión de aire constante en la admisión. Este perfil óptimo de ascenso / descenso se denomina "trayectoria de presión dinámica constante". Se piensa que los scramjets pueden ser operables hasta una altitud de 75 km.  La inyección de combustible y su manejo también es potencialmente complejo. Una posibilidad sería que el combustible se presurice a 100 bar mediante una bomba turbo, que se caliente con el fuselaje, se envíe a través de la turbina y se acelere a velocidades más altas que el aire con una boquilla. La corriente de aire y combustible se cruzan en una estructura similar a un peine, que genera una gran interfaz. La turbulencia debida a la mayor velocidad del combustible conduce a una mezcla adicional. Los combustibles complejos como el queroseno necesitan un motor largo para completar la combustión.

SUBMARINOS NUCLEARES - EL PODER OCULTO

La noticia tecnológica más sorprendente del mes de abril ha sido, en mi concepto, la botadura del novedoso submarino nuclear ruso Belgorod. Precísamente, con el afán de encontrar la mayor cantidad de información al respecto es que me animé a preparar un artículo relativo al funcionamiento y las prestaciones en general que brindan estas relativamente modernas naves de guerra y que, hace mucho tiempo ya, ya han pasado a convertirse en punta de lanza de flotas navales, al menos entre las principales potencias económicas y militares del mundo.

Un submarino nuclear es aquel impulsado por la fuerza motriz de un reactor nuclear, lo que le brinda la capacidad de estar sumergido incluso durante meses. Sus aplicaciones son fundamentalmente militares estratégicas, papel que en su momento desempeñaron los poderosos buques acorazados de superficie y luego los gigantescos misiles intercontinentales de silos terrestres, a comienzos y fines del siglo XX, respectivamente. Véase un esquema genérico:

No se piense que el reactor nuclear del submarino es simplemente "la fuerza propulsora" de este, pues además suministra energía a todos los sub-sistemas de potencia como pueden ser los de alumbrado, acondicionamiento de aire, tratamiento de aguas, etc. Todo esto, aunado a la alta durabilidad del combustible nuclear (¡hasta 30 años!), lo han convertido en un dispositivo altamente eficiente. 

Estos reactores han pasado por un rápido proceso evolutivo debido no sólo a las necesidades bélicas durante la llamada "Guerra Fría", sino también lo relacionado a la seguridad de la tripulación y la prevención de contaminaciones nefastas. Podemos ver aquí el reactor de un submarino clase Borei ruso, de segunda generación (fines de los años 80 del siglo pasado):

Este es un reactor de agua presurizada, su combustible es el uranio U-235 altamente enriquecido. Puede apreciarse aquí la "protección biológica" que viene a ser el escudo de neutrones, no obstante siguen constituyendo un reto el hacer que el combustible aminore daños debido a "alta radiación" que afecta el rendimiento tanto del "proceso de combustión" como del mismo combustible. Este diseño de reactor pertenece a la clase "Borei", generación de submarinos rusos y activa desde fines del siglo XX.

Tal como se pudo apreciar en el primer esquema, esta clase de submarinos posee dimensiones considerables. Los de clase "Borei" por ejemplo, tienen una eslora promedio de 170 m (como un buque importante de superficie), múltiples comodidades para tripulantes y dos tipos de armamento: Convencional (torpedos , misiles antibuque)  y  Nuclear (misiles intercontinentales). La armada rusa posee hoy en día una surtida variedad de submarinos, en seria competencia con las más recientes innovaciones por parte de EEUU en este campo (clase Virginia, activa desde comienzos del presente siglo) y para demostrarlo está precisamente el K-29 Belgorod, lanzado apenas hace algunas semanas y está considerado, por sus dimensiones, como el más grande del mundo (184 m de eslora y una manga de 18,2 m) y también único en el mundo portador de "drones submarinos" nucleares (un proyecto de la era soviética que ya es realidad. Véase el vídeo: