UCF liderará un proyecto de la NASA de $ 10 millones para desarrollar motores a reacción sin carbono
enero 30, 2022UCF está desarrollando una nueva tecnología que se espera que haga que los motores de los aviones estén libres de emisiones, lo que podría revolucionar la industria de la aviación.
UCF reunió a un equipo de expertos y partes interesadas para evaluar su innovación, que tiene como objetivo no solo hacer que el combustible de aviación sea ecológico, sino también crear motores y sistemas de abastecimiento de combustible que se integren fácilmente en la infraestructura aeroportuaria actual, ahorrando así a los aeropuertos y fabricantes de aeronaves millones de dólares. para modernizar
“No queremos crear algo que sea demasiado engorroso y costoso de implementar”, dice el investigador principal y profesor de ingeniería de la UCF, Jay Kapat. “Si queremos que la gente adopte esta tecnología ecológica, debe ser escalable. Para adoptar hidrógeno, por ejemplo, no podemos esperar que todos los aeropuertos establezcan grandes sistemas criogénicos de hidrógeno líquido como el Centro Espacial Kennedy. Eso es irrazonable».
Con este enfoque práctico, Kapat reunió a un equipo de expertos de UCF, Georgia Tech y Purdue y con expertos de la industria de Boeing, General Electric, ANSYS, Southwest Research Institute y Greater Orlando Aviation Authority. El equipo obtuvo una subvención de la Iniciativa de Liderazgo Universitario de la NASA por cinco años de $ 10 millones para poner la pelota en marcha.
“Tenemos un buen concepto”, dice Kapat. «Y al tener nuestros socios en la industria, sabemos que nos ajustaremos y estaremos listos para la transición tecnológica, de modo que podamos brindar un futuro más verde para nuestros hijos».
la tecnología
Kapat y varios de sus colegas en ingeniería de la UCF y el Instituto Espacial de Florida proponen usar amoníaco líquido (NH3) como combustible para aeronaves que, tras la combustión, producirá emisiones inofensivas que son ecológicas y, al mismo tiempo, proporcionará suficiente energía para mantener la aeronave en el aire. En altitudes elevadas, el amoníaco es naturalmente líquido, lo que limita la necesidad de un manejo especial. Se espera que los aeropuertos y aviones almacenen el amoníaco en tanques de combustible. El amoníaco se usa comúnmente como fertilizante y, cuando se mezcla con agua, en algunos productos de limpieza para el hogar.
El amoníaco será el portador de hidrógeno, que se «craqueará» catalíticamente para liberar nitrógeno e hidrógeno. El hidrógeno se quemará en las cámaras de combustión a bordo (dentro del motor) para proporcionar energía. Se espera que los aeropuertos y las aeronaves almacenen el NH3 en tanques de combustible. El exceso de NH3 se utilizará para reducir catalíticamente cualquier NOx que quede en el escape y convertirlo en nitrógeno y agua.
Cuando se libere el hidrógeno, habrá una ventaja adicional, explicó Kapat. El proceso de conversión también proporciona refrigeración, que se puede utilizar para evitar que los motores se sobrecalienten y se quemen. El impacto puede ser un mejor rendimiento y eficiencia del motor. Luego, el calor del escape del motor se vuelve a convertir en electricidad para uso a bordo, lo que reduce el consumo de energía de los motores principales.
El equipo también está desarrollando nuevos componentes para motores a reacción que se utilizarán junto con el nuevo combustible. El equipo está utilizando la clase 737-8 como referencia, ya que representa casi una cuarta parte de todos los aviones comerciales, según Boeing.
El equipo
“Este proyecto no hubiera sido posible sin nuestros socios internos y externos”, dice Kapat.
El desarrollo de catalizadores y la mejora de las vías de catálisis conocidas son clave para el esfuerzo de la UCF y se llevarán a cabo en el laboratorio del profesor Richard Blair en el Florida Space Institute. El profesor de ingeniería Subith Vasu liderará los esfuerzos para diseñar herramientas, modelos informáticos y pruebas de combustión desde su laboratorio. El profesor Kapat dirigirá un equipo que llevará a cabo la gestión térmica y la integración de sistemas en el Centro de investigación avanzada de turbomáquinas y energía (CATER) de la UCF, que él dirige. La coordinadora de seguridad y protección química de UCF, Sandra Hick, supervisará los problemas de seguridad y salud ocupacional que son fundamentales para cualquier uso de amoníaco e hidrógeno.
Georgia Tech brindará su experiencia en simulación de aviación y Purdue brindará algunos de sus laboratorios únicos y su experiencia en combustión y aerodinámica. Boeing proporciona el conocimiento de integración a la aeronave, y GE contribuye con su conocimiento de los motores a reacción. Otros socios de la industria están asesorando sobre simulación a gran escala, la viabilidad de la tecnología en el mundo real y proporcionando un camino para la transición tecnológica. La capacitación de los estudiantes y el desarrollo de la fuerza laboral también son aspectos clave del proyecto general. Varios estudiantes de la UCF que trabajan con profesores en varios laboratorios contribuirán a la investigación.
El equipo de la UCF incluye:
- Vasu, experto en espectroscopia, combustión de propulsión y diagnóstico óptico
- Blair, experto en procesamiento catalítico de eficiencia energética de compuestos derivados biológicos para combustibles y materias primas químicas
- Hick, coordinador de seguridad y protección química de UCF Environmental Health and Safety.
- Hans-Jürgen Kiesow, profesor de cortesía en CATER en UCF. Un vicepresidente jubilado de Siemens que supervisó el diseño y desarrollo de turbinas de gas y la gestión de equipos globales complejos.
- Erik Fernandez, profesor asistente de investigación en Ingeniería
- Ladislav Vesely y Marcel Otto, becarios posdoctorales financiados en parte por el programa Preeminent Scholar de la UCF
Otros colaboradores son:
- Terrence Meyer, Guillermo Paniagua de la Universidad de Purdue
- Dimitri Marvis y Jonathan Gladin del Instituto de Tecnología de Georgia
- greg natsui, ’10 ’12 MS ’15 Doctorado y Keith McManus de GE
- Michael Stoia, Kevin Jui y Nickolas Applegate de Boeing
- Swati Saxena de ANSYS
- Josué Schmitt ’15 MS, Tim Allison y Grant Musgrove del Southwest Research Institute
- Kevin Thompson de la Autoridad de Aviación del Gran Orlando.
Kapat es un reconocido experto en investigación energética. Dirige CATER, que ha reunido a expertos que están resolviendo algunos de los problemas de investigación más complejos en turbomaquinaria para la generación de energía, la aviación y la propulsión espacial. Kapat tiene varios títulos, incluido un doctorado en ingeniería mecánica del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Es miembro de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos y miembro asociado del Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica. Se unió a la UCF en 1997 y ha publicado más de 350 artículos, muchos de los cuales son muy citados por investigadores de todo el mundo.
