Nuevas herramientas de simulación para la optimización energética en sistemas de climatización aeronáuticos

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El Centro de Transferencia de Calor (CTTC UPC) ha coordinado MALET, un proyecto europeo que tiene como objetivo desarrollar e implementar herramientas de simulación, en el entorno Modelica, para la optimización energética de sistemas de climatización en aviones (ECS), tanto en cuanto a rendimiento como aspectos de control.


 

Estas herramientas, sin embargo, tienen un sentido más amplio cuando pensamos en las actividades de investigación de la industria aeronáutica europea, en particular, en el ámbito del proyecto europeo Clean Sky. El programa tiene, entre otras líneas de investigación, la tarea de electrificar la aeronave al máximo posible, siguiendo el concepto «more electrical aircraft». Esta actuación tiene un impacto rompedor en el diseño de los equipos de climatización, ya que la fuente energética principal pasa de ser neumática (compresores del motor del avión) a eléctrica.

Las plataformas de simulación desarrolladas en MALET son, precisamente, una herramienta clave para simular y optimizar estos nuevos diseños, ya que combinan el estudio de diferentes subsistemas termo fluídicos (ciclos de aire, refrigerante, líquido) con los eléctricos (motores, inversores, convertidores).

Como acción para aumentar la eficiencia del nuevo sistema, se ha puesto especial atención en la integración de un sistema de frío por compresión de vapor (VCS) en el sistema de frío convencional por ciclo de aire utilizado convencionalmente en los aviones. El nuevo sistema VCS es especialmente complejo, ya que integra procesos de cambio de fase, altamente no lineales y, por tanto, de más difícil resolución por parte de los métodos de cálculo integrados en Modelica.

Para optimizar todo un sistema, y posiblemente en cuanto a la integración del avión completo, se requiere una simulación estacionaria y transitoria con tiempo de cálculo extremadamente reducidos. Este aspecto ha sido determinante para el proyecto, que se ha orientado a desarrollar nuevos modelos que combinan representatividad física con mucha rapidez.

CTTC UPC ha liderado y ha desarrollado todos los aspectos referentes a la parte térmica del proyecto, y se ha coordinado con la Universidad de Nottingham en relación a los aspectos eléctricos.