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El pasado 30 de marzo, Enrique Rojas García, investigador del Departamento de Medioambiente del CIEMAT, defendió su trabajo de tesis titulado: "Desarrollo y materiales para sonda multiorificio de medida de emisiones cuasi-representativas en chimeneas de sección rectangular y baja altura. Aplicación en banco de ensayos para turborreactores". La tesis ha sido dirigida por el Doctor Jesús J. Rodríguez Maroto (CIEMAT), el Doctor F. Javier Pérez Trujillo (UCM, Universidad Complutense de Madrid) y el Doctor Ricardo Díaz Martín (UDIMA, Universidad a Distancia de Madrid). Este trabajo de investigación ha sido realizado en el CIEMAT y el INTA y su defensa tuvo lugar en la Facultad de Químicas de la Universidad Complutense de Madrid, obteniendo la calificación de sobresaliente Cum laude.

Enrique Rojas García es Ingeniero Técnico en Telecomunicaciones y personal investigador del Grupo de Emisiones Industriales, en la Unidad de Emisiones Contaminantes del Departamento de Medio Ambiente del CIEMAT desde 2003. Su tesis se ha desarrollado en el marco de los Acuerdos de Colaboración CIEMAT-INTA (Ref.: 13/4688; Ref.: 15/6662 Ref.: 15/6203 Ref.: BOE 152. 26 julio 2019. Sec. III. Pág. 68579-65588) para "La medida de emisiones de gases y partículas de turborreactores" y durante el Proyecto AVIATOR (H2020) EU project 814801.

La disminución del impacto ambiental de las emisiones de los motores de aviación hace necesaria su caracterización cuando ésta es muy cercana a la inmisión. Ello obliga a la captación de muestras representativas de emisiones en las chimeneas de escape de las celdas de ensayos de turborreactores. Estos conductos son no convencionales y en ellos no pueden aplicarse los criterios homologados de muestreo, para flujos totalmente desarrollados y homogéneos, en la sección de toma de muestras. En estas condiciones, se ha planteado un nuevo concepto de sonda de muestreo múltiple, simultáneo e independiente y cuya mezcla de las distintas muestras permita obtener una definitiva, representativa de la emisión. A este nuevo diseño se ha dado en llamar sonda multiorificio (Multi-hole Stack Probe).

El diseño de una sonda multiorificio para la instalación AT-INTA ha sido el objetivo de esta tesis; para ello, se ha partido de un diseño preliminar, desarrollado desde la idea conceptual definiendo las secciones fundamentales: extracción y transporte, compensación de ΔP (diferencial de presión) y cámara de mezcla de aerosoles. Cada una de ellas se ha desarrollado aplicando ecuaciones semiempíricas que consideran los diferentes mecanismos de deposición: sedimentación, inercial en curvas y estrechamientos, inercial turbulenta en tramos rectos, termoforética y difusión y también mediante cálculo numérico y simulación por CFD (fluidodinámica computacional, Computational Fluid Dynamics). Finalmente, una vez que las distintas secciones fueron diseñadas y fabricadas, se realizaron las correspondientes medidas de validación experimental, tanto en laboratorio, como en la celda de ensayos AT-INTA. Todo ello, para determinar la eficacia total y fraccional de aspiración en boquilla y de transporte en las líneas de transferencia, en los orificios de compensación de pérdida de carga y en la cámara de mezcla. La pérdida de carga en las secciones individuales y en toda la sonda de muestreo también ha sido determinada teórica y experimentalmente, ya que es un parámetro fundamental en los sistemas integrales de medida de aerosoles. Un estudio del proceso de mezcla con distintos dispositivos de creación de turbulencias se realizó desarrollando como dispositivo de mezcla una tobera convergente divergente. Adicionalmente, tuvo lugar una elección de los materiales más adecuados a la aplicación y cuyo análisis del ciclo de vida permitió la caracterización y normalización del inventario. La sonda implementada en la chimenea de salida de AT-INTA, fue validada en condiciones reales de funcionamiento y fue utilizada con excelentes resultados durante la fase experimental del Proyecto AVIATOR.

Las líneas futuras de actuación en el campo de muestreo múltiple y simultáneo, en condiciones heterogéneas, están enfocadas a la optimización de un muestreo cada vez más representativo, optimizando el diseño y seleccionando los materiales y métodos de fabricación que eviten cualquier pérdida o cambio en la características de las partículas, tanto por deposición, como por aglomeración o transformación físico-química del aerosol muestreado. La medida conjunta con sistemas integrados de caracterización de partículas de aerosol, precisa controlar los parámetros de muestreo durante la aspiración, en las líneas de transferencia y en la cámara de mezcla para evitar perturbaciones en la medida simultánea con los distintos instrumentos, por lo que se hace necesario profundizar en la técnica del muestreo en base a los equipos a utilizar, la fuente de emisión y los transitorios durante la medida.

Fotografía 1. El doctorando durante la defensa de la tesis en la Sala de Grados en la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Complutense de Madrid.