FALLADO EL PREMIO AL ARTÍCULO CIENTÍFICO DEL TRIMESTRE DE LA ETSi: ENERO-MARZO 2024 

El Jurado del Premio al Artículo Científico del Trimestre de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería (ETSi): enero-marzo 2024, integrado por Emilio Freire Macías, Alfonso Miguel Gañán Calvo, Juana María Mayo Núñez, Consuelo Arahal Junco, Lourdes García Rodríguez, y Alejandro Carballar Rincón, tras proceder a la evaluación de los artículos presentados al Premio, los miembros del Jurado intercambian opiniones y coinciden en valorar la alta calidad de todas las publicaciones.

Tras las deliberaciones oportunas en las que se tienen en cuenta criterios basados en varios indicadores bibliométricos, el Jurado decide, por unanimidad de sus componentes, otorgar el Premio al Artículo Científico del Trimestre de la ETSi: enero-marzo 2024, ex aequo a los siguientes trabajos:

“A semi-analytical matrix formalism for stress singularities in anisotropic multi-material corners with frictional boundary and interface conditions”, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, vol. 129, February 2024, pp. 104160. DOI: 10.1016/j.tafmec.2023.104160 cuyos autores son María Ángeles Herrera Garrido, Vladislav Mantič Lescisin y  Alberto Barroso Caro.

“A flexible methanol-to-methane thermochemical energy storage system (TCES) for gas turbine (GT) power production”, Applied Energy, vol. 356, 15 February 2024, pp. 122398. DOI: 10.1016/j.apenergy.2023.122398 cuyos autores son Diego Antonio Rodríguez Pastor, Alejandra García Guzmán, Israel Marqués Valderrama, C. Ortiz, Elisa Carvajal Trujillo, José Antonio Becerra Villanueva, Víctor Manuel Soltero Sánchez y Ricardo Chacartegui Ramírez.
 

En el trabajo titulado “A semi-analytical matrix formalism for stress singularities in anisotropic multi-material corners with frictional boundary and interface conditions” se describe el desarrollo de un código computacional en MATLAB basado en un procedimiento semi-analítico para caracterizar soluciones elásticas singulares en esquinas anisótropas de un solo material o de varios materiales a través de la expansión de la serie asintótica.

Esta herramienta general es capaz de analizar tanto esquinas abiertas como cerradas (periódicas), compuestas de uno o múltiples materiales con leyes constitutivas isótropas, transversamente isótropas u ortótropas, abarcando tanto materiales matemáticamente no degenerados como degenerados en el marco del formalismo de Stroh.

La variabilidad de las configuraciones cubiertas es enorme, ya que además de una gran variedad de condiciones de contorno homogéneas o de fricción,  cuenta con la posibilidad de introducir condiciones de interfaz perfectamente pegadas y con deslizamiento con o sin fricción.  En el caso de contacto con fricción se asume la ley de contacto por fricción de Coulomb. Una de las novedades es que, además del exponente de singularidad λ, se debe calcular resolviendo un sistema de autovalores no lineal el ángulo ω del vector tensión tangencial originado por fricción en cada superficie de contacto, por ser un valor a priori desconocido.

El procedimiento, se basa en el formalismo de elasticidad anisótropa de Stroh, asumiendo condiciones de deformación plana generalizada (2.5D),  y en el formalismo matricial semi-analítico para matrices de transferencia de cuñas y matrices de condiciones de contorno e interfaz. Esto lo hace, en primer lugar, muy adecuado para implementaciones computacionales; en segundo lugar, muy eficiente, especialmente en casos con varias cuñas homogéneas perfectamente unidas; y, en tercer lugar, muy preciso debido a su naturaleza completamente semi-analítica. El código desarrollado ha sido verificado resolviendo una gran variedad de ejemplos, comparando los resultados obtenidos con los obtenidos mediante las expresiones analíticas deducidas por otros autores anteriormente para configuraciones específicas, confirmando la extremadamente alta precisión del presente código en el cálculo de λ y ω. Las diferencias observadas en algunos casos con materiales anisótropos se explican por el hecho de que algunos de los autores anteriores no tomaron en cuenta la verdadera ley de fricción de Coulomb en 3D. Tras una verificación exhaustiva, la herramienta ha sido traducida a Python y ahora es accesible para la comunidad científica a través de la Web-APP SingSol en https://www.germus.es/corner-singularity-app/.

El estudio “A flexible methanol-to-methane thermochemical energy storage system (TCES) for gas turbine (GT) power production” presenta una solución innovadora para combatir la volatilidad en el mercado del gas natural y la creciente implantación de fuentes de energía renovable en el sector energético. El sistema propuesto hace empleo de metanol renovable (CH₃OH) a través de su paso intermedio a gas de síntesis (CO/H₂) para su conversión en metano (CH₄), ofreciendo estrategias de almacenamiento termoquímico (carga/descarga) y la integración de energía solar de concentración. La configuración propuesta es altamente flexible y adaptable a industrias existentes, y permite reducir la dependencia de importación de gas natural y sustituirla por metanol verde, sin modificar el parque industrial.

La fase de carga consiste en la descomposición térmica del metanol a temperaturas moderadas (inferiores a 350 °C), con catalizadores comerciales de Cu/ZnO. El syngas generado se comprime a 40 bar, se almacena y se descarga en la fase de metanación, donde se produce metano a altas temperaturas (superiores a 500 °C) y con calor de reacción, aprovechable energéticamente en otros procesos. El metano resultante se emplea como combustible para turbinas de gas y también puede servir como materia prima en la industria química.

Las simulaciones realizadas logran eficiencias globales del sistema que superan el 29% y eficiencias de ida y vuelta del 44%. A través de la optimización en las condiciones de reacción, se obtienen costes nivelados de combustible (LCOF) de €172/MWh y valores futuros de LCOE de €145/MWh, valores actualmente competitivos con otras tecnologías más maduras. Estos resultados aportan una estrategia innovadora en el campo del almacenamiento termoquímico y su integración en ciclos de turbinas de gas, así como nuevas rutas de conversión para el metanol verde, vector de incipiente crecimiento.