Efecto Meredith

El efecto Meredith es un fenómeno por el cual la resistencia aerodinámica producida por un radiador de refrigeración puede compensarse mediante un diseño cuidadoso del conducto de refrigeración, de manera que la expansión del aire caliente en dicho conducto genere un empuje útil. Este efecto se descubrió en la década de 1930 y cobró mayor importancia a medida que la velocidad de las aeronaves con motor de pistón aumentó durante la década siguiente.

El efecto Meredith se produce cuando el aire que fluye a través de un conducto se calienta mediante un intercambiador de calor o un radiador que contiene un fluido de trabajo caliente. Normalmente, este fluido es un refrigerante que transporta el calor residual de un motor de combustión interna. ^{[ 2 ]}

El conducto debe desplazarse a una velocidad significativa con respecto al aire para que se produzca el efecto. El aire que fluye hacia el conducto encuentra resistencia de arrastre de la superficie del radiador y se comprime debido al efecto de aire dinámico . A medida que el aire fluye a través del radiador, se calienta , elevando ligeramente su temperatura y aumentando su volumen. El aire caliente y presurizado sale entonces por el conducto de escape, que tiene forma convergente, es decir, se estrecha hacia la parte posterior. Esto acelera el aire hacia atrás y la reacción de esta aceleración contra la instalación proporciona un pequeño empuje hacia adelante. ^{[ 3 ]} El aire se expande y disminuye su temperatura a medida que pasa a lo largo del conducto, antes de emerger para unirse al flujo de aire externo. De este modo, se logran los tres procesos de un ciclo Brayton abierto : compresión, adición de calor a presión constante y expansión. El empuje obtenible depende de la relación de presión entre el interior y el exterior del conducto y la temperatura del refrigerante. ^{[ 2 ]} El punto de ebullición más alto del etilenglicol en comparación con el agua permite que el aire alcance una temperatura más alta, aumentando el empuje específico .

Si el empuje generado es menor que la resistencia aerodinámica de los conductos y el radiador, entonces el sistema reduce la resistencia aerodinámica neta de la instalación del radiador. Si el empuje generado supera la resistencia aerodinámica de la instalación, entonces todo el conjunto aporta un empuje neto hacia adelante al vehículo.

El efecto Meredith inspiró los primeros trabajos estadounidenses sobre el conducto aerotermodinámico o estatorreactor , debido a la similitud de sus principios de funcionamiento. ^{[ 2 ]} En tiempos más recientes, el fenómeno se ha utilizado en coches de carreras mediante el montaje de los radiadores de refrigeración del motor en túneles. ^{[ 4 ]}

FW Meredith fue un ingeniero británico que trabajaba en el Royal Aircraft Establishment (RAE) de Farnborough . Reflexionando sobre los principios de la refrigeración líquida, se dio cuenta de que lo que convencionalmente se consideraba calor residual, que se transfería a la atmósfera mediante un refrigerante en un radiador, no tenía por qué perderse. El calor añadía energía al flujo de aire y, con un diseño cuidadoso, podía utilizarse para generar empuje. El trabajo se publicó en 1936. ^{[ 3 ]}

El fenómeno se conoció como el «efecto Meredith» y fue rápidamente adoptado por los diseñadores de los prototipos de aviones de combate que se estaban desarrollando en ese momento, incluidos el Supermarine Spitfire y el Hawker Hurricane , cuyo motor Rolls-Royce PV-12, posteriormente llamado Merlin , se enfriaba con etilenglicol. Un ejemplo temprano de un radiador con efecto Meredith se incorporó al diseño del Spitfire para el primer vuelo del prototipo el 5 de marzo de 1936. ^{[ 5 ]}

Muchos ingenieros no comprendían los principios de funcionamiento del efecto. Un error común era pensar que el motor radial refrigerado por aire sería el que más se beneficiaría, porque sus aletas se calentaban más que el radiador de un motor refrigerado por líquido; este error persistió incluso hasta 1949. ^{[ 2 ]}

• Ciclo de Brayton