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Both to increase fuel efficiency and to reduce operating costs and pollutant emissions, continuous design improvements in combustion systems need to be introduced. Conventional propulsion systems utilized nowadays mostly rely on deflagration processes and several variants of the constant-pressure Brayton cycle. However, in thermodynamical terms, energy release under near constant volume conditions, as occurs in rotating detonation engines (RDEs), is more efficient than under constant-pressure ones. Although the advantages of detonation cycles over Brayton ones have been recognized for several decades, the former more efficient cycles have not been implemented yet in practical combustion systems operating in continuous flow operating mode. This occurs because there are several technical challenges that need to be overcome first, before safely and effectively using them in combustion systems relevant to propulsion applications. One of these challenges relates to the strong shock-turbulence-chemistry (STC) interactions occurring in such systems, which remain poorly understood. Thus, this project aims to propose new theoretical constructs for large eddy simulation (LES) sub-grid scale (SGS) models, which allow modeling shock-turbulence-chemistry interactions, accounting for deflagration-to-detonation transition (DDT) processes, and which are applicable in numerical simulations of rotating detonation engines. After proposed, the referred new constructs will be used to study physical processes in canonical flow configurations related to pressure-gain combustion systems and rotating detonation engines. Once the science questions are addressed, the possible application areas targeted with this project include rotorcraft and scramjets/ramjets for hypersonic propulsion, as well as aircraft and marine gas turbine-based engines. It is expected that the outcomes from this project are utilized to design and use next generation, more compact, and efficient power plants.
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El problema principal es el impacto significativo en la salud y el medio ambiente originado por la quema de combustibles fósiles. Producir energía limpia basada en hidrógeno a partir de agua usando solamente fuentes de energía renovables es la solución ideal. Hacerlo de manera eficiente y a bajo costo es el gran desafío. Este proyecto involucra así el diseño, fabricación y test de una planta de producción de hidrógeno a partir de agua usando radiación solar como fuente de energía. El reto principal aquí es producir energía limpia de manera sostenible, es decir maximizando la eficiencia del proceso y minimizando los costos involucrados. La producción de hidrógeno a través de procesos electrolíticos implica la generación de hidrógeno a partir del agua utilizando energía eléctrica, la cual idealmente debería provenir de fuentes de energía renovables como la radiación solar y la energía eólica. Este método de producción de hidrógeno representa una solución con gran potencial para alcanzar la sostenibilidad en términos energéticos. Hay sin embargo varios desafíos que necesitan ser superados para que este método se generalice y se utilice a escala industrial. Este proyecto abordará algunos de estos desafíos desarrollando, experimentando y estudiando nuevas técnicas y tecnologías de producción de hidrógeno a partir del agua que pueden mejorar los métodos existentes. Una actividad particular del proyecto involucrará la creación de un modelo experimental que permita estudiar células de producción de hidrógeno y desarrollar soluciones para la producción de este combustible a gran escala. Las aplicaciones para el hidrógeno producido son diversas. El potencial de mercado del hidrógeno es también significativo. Por ejemplo, el uso del hidrógeno en el sector de transporte eliminaría todo el problema de contaminación ambiental en grandes ciudades como Lima. Otras aplicaciones incluyen generación de energía térmica y eléctrica, propulsión, etc.
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Más del 80% de la energía utilizada por la humanidad proviene de procesos de combustión, los cuales están presentes en diversas áreas de la actividad humana, incluyendo las industrias minera, química, siderúrgica, de transporte, de cemento y vidrio, entre otras. En la atmósfera del área metropolitana de Lima y Callao, los niveles de hollín, uno de los principales contaminantes generados en procesos de combustión, superan los umbrales de protección. Esto implica que el desarrollo de medidas de control del nivel de hollín formado y de reducción de la contaminación asociada a este es vital. Así, el objetivo principal de este proyecto es identificar, en procesos de combustión turbulenta, por medio de modelamiento numérico basado en dinámica de fluidos computacional (CFD), las especies químicas precursoras de hollín, con la finalidad de reducir el impacto de este contaminante en la salud y el medio ambiente. En particular, procesos de combustión turbulenta en configuraciones de quemadores tipo ¿bluf-body¿, presentando situaciones desafiadoras como resultado de las fuertes interacciones entre turbulencia, reacción química y formación de hollín, serán estudiados. Modelos numéricos de alta fidelidad, como los basados en el (i) método de simulación de grandes escalas (LES) para turbulencia y el (ii) método de función densidad de probabilidad (PDF) transportada para combustión, serán desarrollados y utilizados. De los resultados obtenidos de las simulaciones numéricas realizadas, las especies químicas precursoras de hollín, responsables por el nivel de hollín formado en procesos de combustión turbulenta, serán identificadas. La identificación de estos precursores de hollín permitirá proponer diseños de sistemas de combustión más eficientes y con menor impacto en la salud y el medio ambiente. Los impactos de los resultados obtenidos a través del desarrollo del presente proyecto son así significativos, pues estos benefician a toda la población y a la sociedad en general.
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El consumo de energía en plantas concentradoras de mineral es significativo, pues representa entre el 60 al 80% de los costos operativos de este tipo de plantas, y un 30% del precio de venta del concentrado mineral. Por lo tanto, el objetivo principal del presente proyecto involucra la determinación de concentraciones de pulpa mineral, basadas en su caracterización reológica, minerológica y morfológica, en los procesos de molienda de una planta concentradora con la finalidad de reducir los costos energéticos asociados. Basado en los resultados de la referida caracterización, se procederá al desarrollo de modelos matemáticos de alta fidelidad que representarán el comportamiento fluidodinámico de la pulpa mineral, durante los procesos de transporte y molienda en los molinos de barras y bolas de la planta concentradora. Los resultados de las simulaciones numéricas obtenidos mediante los modelos desarrollados serán contrastados con ensayos experimentales realizados en una planta piloto de flujo continuo. Con el conjunto de resultados, numéricos y experimentales, se determinarán las concentraciones de pulpa mineral en función de sus propiedades reológicas que permitan reducir el consumo de energía en los procesos de molienda de las plantas concentradoras de mineral. En términos de impactos o beneficios, las concentraciones de pulpas minerales determinadas en este proyecto reducirán el consumo de energía en la molienda de minerales. La disminución en el consumo de energía originará beneficios sustanciales debido a que el consumo de energía en estas plantas concentradoras de mineral es significativo. Los referidos beneficios serán tanto económicos como ambientales para la sociedad en su conjunto. Los resultados numéricos y experimentales a ser obtenidos en este proyecto serán escalables para un centro minero en particular y/o otros centros mineros en el Perú, multiplicando de esta forma el impacto de estos resultados.
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Goal: ULTIMATE or Ultra Low emission Technology Innovations for Mid-century Aircraft Turbine Engines is a research and innovation project in the field of aeronautical engineering. The project has received a funding of 3.1 million euro from the Horizon 2020 research and innovation programme of the European Union and was launched on 1 September 2015. It is set to run for a period of three years (36 months) and is coordinated by Chalmers University of Technology.
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Objetivo General del Proyecto: Diseñar y fabricar una celda de combustión a volumen constante, considerando la implementación de un sistema electrónico de inyección y medición de combustible diésel, un sistema de ignición de combustible gaseoso, un sistema de captación de imágenes y, por último, un sistema de preparación de combustible gaseoso, para evaluar los efectos de la concentración de oxígeno en altura y la calidad del combustible local sobre los procesos de inyección, combustión y formación de contaminantes en motores de combustión interna.
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ULTIMATE or Ultra Low emission Technology Innovations for Mid-century Aircraft Turbine Engines is a research and innovation project in the field of aeronautical engineering. The project has received a funding of 3.1 million euro from the Horizon 2020 research and innovation programme of the European Union and was launched on 1 September 2015. It is set to run for a period of three years (36 months) and is coordinated by Chalmers University of Technology. With the ULTIMATE project, five experienced research groups and four major European engine manufacturers will develop innovative designs for the propulsion and core technologies of aero-engines gas turbines. One of the most challenging targets is the 75% reduction in energy consumption and carbon dioxide emissions. Technologies currently at TRL 3-5 (Technological Readiness Level), cannot achieve this aim. It is estimated that around a 30% reduction must come from radical innovations now being at lower TRL. Existing tools, knowledge and models will be used to perform optimization and evaluation against the SRIA targets to mature the technologies to TRL 2. The ULTIMATE project singles out the major loss sources in a state of the art turbofan to categorize breakthrough technologies. This classification approach gives a structured way to combine and explore synergies between the technologies in the search for ultra-low carbon dioxide, nitrogen oxide and noise emissions. The most promising combinations of radical technologies will then be developed for a short range European and a long range intercontinental ATW (Advanced Tube and Wing aircraft). Simultaneously, ULTIMATE will help European industry to achieve its environmental, societal and economic targets by putting to practice synergetic breakthrough technologies for every part of the air transport system.
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