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El desarrollo mundial de aeronaves de propulsión eléctrica se está acelerando (Parte 1)

El desarrollo mundial de aeronaves de propulsión eléctrica se está acelerando (Parte 1)

Fotógraf@/ IDTechEx
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Aunque el transporte aéreo representa sólo el dos por ciento del dióxido de carbono producido por el hombre, la industria aeroespacial no es complaciente. En octubre de 2016, la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI por sus siglas en inglés) adoptó el Plan de compensación y reducción de carbono para la aviación internacional (CORSIA por sus siglas en inglés), cuyo objetivo es reducir los niveles de emisiones de carbono de la aviación en 2005 en un 50% para 2050. CORSIA es una iniciativa de los Estados Unidos, pero la iniciativa de la industria internacional, Air Transport Action Group, ha respaldado los objetivos de CORSIA. Se están desarrollando varias opciones para lograr este objetivo. Entre los más radicales se encuentra la propulsión eléctrica para aviones, ya sea híbrida-eléctrica o totalmente eléctrica. Ahora se está trabajando arduamente en estas tecnologías.

Un estimado colega, que labora en el campo de la ingeniería aeroespacial, nos comparte el presente artículo escrito por Rebecca Campbell, publicado el 23 de abril en Engineering News y traducido aquí por nosotros, el cual revisa el tema desde varias perspectivas. Veamos qué nos informan….

Híbridos emergiendo lentamente

La propulsión híbrida-eléctrica implica equipar una aeronave con un motor de turbina de gas convencional que no se utiliza para alimentar directamente la aeronave, sino como turbogenerador para proporcionar corriente eléctrica a los motores eléctricos que impulsan las hélices o ventiladores de la aeronave. La aeronave también podría estar equipada con baterías que servirían para proporcionar energía adicional en puntos clave del vuelo, como el despegue. El turbogenerador recargaría estas baterías en vuelo. Este enfoque reduce en gran medida, pero no elimina, las emisiones de carbono de la aeronave.

Uno de los mayores proyectos conjuntos de demostración de tecnología híbrida-eléctrica fue el integrado por Airbus / Rolls-Royce / Siemens E Fan X, que también fue el primero de su tipo en el mundo. Esto implicó la modificación de un avión de alcance regional de cuatro motores BAE Systems Avro RJ100, dotándolo de un generador, un paquete de baterías de alta potencia, un sistema eléctrico adecuado, el sistema de prueba de vuelo y telemetría correspondiente y la sustitución de su motor interior de estribor por un motor eléctrico.

El proyecto se lanzó en 2017 pero terminó en abril del año pasado. Airbus afirma que el proyecto logró sus tres principales objetivos iniciales: el lanzamiento y prueba (presumiblemente, pruebas en tierra) de las posibilidades y limitaciones de un sistema de energía eléctrica híbrido en serie en una aeronave; obtener “conocimientos invaluables para desarrollar una hoja de ruta más centrada en cómo avanzar en nuestros ambiciosos compromisos de descarbonización” (en palabras del sitio Web de Airbus); y el establecimiento de una base para la aceptación de aeronaves comerciales de propulsión alternativa tanto por la industria como por los reguladores. E Fan X fue víctima de la pandemia Covid-19, que obligó tanto a Airbus como a Rolls-Royce a concentrarse en sus actividades prioritarias.

Boeing inició un estudio de propulsión híbrida-eléctrica ya en 2008, bajo el programa de Investigación de Aeronaves Ultraverde Subsonic (SUGAR) financiado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio de los Estados Unidos (Nasa). Pero el proyecto de Boeing, conocido como SUGAR Volt, sigue siendo un concepto, con solo un modelo de túnel de viento probado hasta ahora. Boeing también participa en el proyecto SUGAR Freeze de la NASA, que desarrollaría un sistema de propulsión híbrido-eléctrico parcial que utilizaría combustible de gas natural licuado para alimentar los motores principales; estos estarían conectados a una celda de combustible que produciría electricidad para impulsar un propulsor montado en la parte trasera que se usaría para "reactivar" la estela de la aeronave, reduciendo así su resistencia y reduciendo así el consumo de combustible. Pero el programa SUGAR parece progresar muy lentamente.

Boeing también participó e invirtió en la empresa emergente estadounidense Zunum Aero para desarrollar un avión de alcance regional híbrido-eléctrico de 6 a 12 asientos. El fabricante francés de motores Safran habría suministrado el motor turboeje que habría actuado como generador. Pero Zunum se quedó sin fondos durante 2018 y colapsó finalmente. A fines del año pasado, la compañía (que aún existe legalmente) inició una demanda contra Boeing, alegando que el gigante grupo aeroespacial era culpable de incumplimiento de contrato, fraude, robo de tecnología y apropiación indebida de secretos comerciales, lo que provocó el colapso de Zunum.

 

También ha habido al menos un proyecto de avión híbrido-diesel-eléctrico. Se trata de un avión ligero biplaza desarrollado conjuntamente por Siemens y la empresa húngara FlyECo, denominada Magnus eFusion; el prototipo voló por primera vez el 11 de abril de 2018, pero se estrelló el 31 de mayo de ese mismo año, matando a ambos ocupantes; el sistema de energía eléctrica proporcionado por Siemens no fue el culpable. (El grupo alemán vendió su negocio de propulsión de aviones eléctricos a Rolls-Royce en 2019).

Curiosamente, en su lista de 37 programas de aviones eléctricos e híbridos eléctricos activos en todo el mundo (válida a partir del 1 de abril de este año), la OACI registra solo cinco proyectos híbridos eléctricos, más el E Fan X, marcado como cancelado, más el proyecto Magnus eFusion.

Quizás la tecnología esté cayendo en desgracia. En muy fuerte contraste, se enumeran 31 proyectos eléctricos (más uno marcado como cancelado). Se cree que hay muchos más que aún no se han incluido en la lista de la OACI. Muchos, si no la mayoría, de estos proyectos de vuelos eléctricos se centran en el mercado potencial de la movilidad aérea urbana (UAM - "coche volador" o "taxi volador") que es un tema en sí mismo.

 

Baterías en pleno desarrollo

 

Los sistemas de propulsión eléctrica en aviones eliminarían totalmente las emisiones directas de carbono, reducirían los costos de combustible hasta en un 90%, reducirían el mantenimiento en un 50% y reducirían el ruido en casi un 70%.

Por otro lado, las mejores baterías disponibles en la actualidad tienen una densidad de energía de 250 Wh / kg, en comparación con los 12 000 Wh / kg del combustible para aviones convencional.

Esto limita el alcance de las aeronaves que funcionan con baterías eléctricas.

Por otro lado, alrededor del 50% de todos los vuelos, en todo el mundo cubren distancias de menos de 800 km. Se espera que los aviones con baterías eléctricas puedan alcanzar este rango a mediados de esta década.

 

Rolls-Royce, significativamente, no ha recortado sus inversiones en tecnologías de propulsión de aviones eléctricos. Una iniciativa, el programa "Aceleración de la electrificación del vuelo" (ACCEL por sus siglas en ingl´s), busca estimular el desarrollo de tecnología avanzada de baterías y centrales eléctricas. ACCEL es un proyecto conjunto de la industria y el gobierno del Reino Unido, con el Aerospace Technology Institute (una asociación público-privada), la agencia gubernamental Innovate UK y el Department of Business, Energy & Industrial Strategy de ese país proporcionan la mitad del financiamiento. El programa también incluye a otras dos empresas británicas, el fabricante de controladores y motores eléctricos de flujo axial YASA y la empresa de ingeniería y tecnología de sistemas de baterías aeroespaciales a la medida Electroflight.

La obra maestra de ACCEL es el avión demostrador de tecnología totalmente eléctrica "Spirit of Innovation" de un solo motor. Se trata de un avión monoplaza de alto rendimiento impulsado por hélice destinado a establecer un nuevo récord mundial de velocidad para aviones totalmente eléctricos de 300 mph (483 km / h) o más. Está propulsado por un tren motriz eléctrico de 400 kW, que utiliza la tecnología de almacenamiento de energía más actualizada, desarrollada específicamente para el proyecto de récord mundial de velocidad. La aeronave ha completado con éxito sus pruebas de rodaje y se espera que vuele en un futuro próximo.

 

La próxima semana concluiremos el resto del artículo incluyendo el estatus de los avances en la tecnología del hidrógeno.

Fuente: https://www.engineeringnews.co.za/article/the-development-of-electrically-powered-aircraft-is-accelerating-2021-04-23-1

 

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