Aviones eléctricos e híbridos: El futuro del transporte aéreo

Aeromotore eléctricos e híbridos

Muchas empresas están desarrollando plantas de energía eléctrica para aeronaves, principalmente para planeadores motorizados y pequeños aviones ultraligeros. En la mayoría de estos diseños, el sistema de propulsión es de importancia secundaria y la aeronave puede volar, o mejor dicho, planear distancias considerables sin motor, únicamente mediante sus propiedades aerodinámicas básicas.

La propulsión híbrida significa una combinación de motores eléctricos y de combustión interna. La idea es utilizar lo mejor de ambos mundos para lograr el mismo resultado o incluso mejor. En el caso de la aviación, esto significa: menor consumo de combustible, menores emisiones y, por tanto, un vuelo más limpio con menos impacto en el medio ambiente. Es importante tener en cuenta que esto debe considerar la imagen completa desde la fabricación de los motores, posiblemente baterías (químicos) y todo lo necesario para la instalación y eliminación final.

United Technologies Corporation (UTC) está desarrollando un sistema de asistencia eléctrica (híbrido) para el avión regional Bombardier Dash 8-100 donde el motor eléctrico apoyará la turbina de gas durante el despegue y el ascenso. Se pueden alcanzar ahorros de combustible de hasta el 30%, aunque esto se debe en parte a la turbina de gas más eficiente. El alcance operativo se reduce casi a la mitad, a 600 millas náuticas, debido al aumento del peso en vacío (fuente: Flight Global, marzo de 2019).

Pipistrel, empresa de Eslovenia, también está volando con un avión de entrenamiento impulsado por electricidad. Su antiguo proyecto WATTsUP es ahora el Alpha Electro de dos asientos, equipado con una batería de 21 kWh (que pesa 120 kg) y un motor de 60 kW (50 kW continuos). El Alpha Electro puede volar una hora con 30 minutos de reserva, a configuraciones de potencia reducidas en comparación con el Alpha Trainer normal.

Esta autonomía debería ser suficiente para una escuela de vuelo cuando tienen varias baterías completamente recargadas en espera. También existe un cargador rápido capaz de recargar en una hora, pero este método acortará prematuramente la vida útil de cualquier batería.

En AERO 2015, la empresa explicó que no tenían ninguna política sobre qué hacer con las baterías de los clientes que se habían desgastado o habían fallado. Se podría argumentar que los aviones eléctricos (y automóviles) podrían convertirse potencialmente en una gran fuente de residuos químicos no reciclables.

Pipistrel (traducción: Murciélago) también está experimentando con un sistema de propulsión híbrido donde un motor de gasolina suministra energía a un motor eléctrico en combinación con una pequeña batería, de modo que la aeronave pueda despegar con energía eléctrica. Esto debería reducir considerablemente la huella acústica del avión. Pase el mouse sobre la imagen.

En AERO 2016, Pipistrel presentó el Panthera Hypstair (www.hypstair.eu). Este sistema híbrido utiliza un motor Rotax 914 que impulsa un generador que carga baterías en el ala. La hélice está accionada por un motor eléctrico de 200 kW de Siemens, por supuesto, la combinación tiene electrónica para cargar las baterías y controlar los tres (!) motores y la hélice.

Todos sabemos lo complejo que es un motor Rotax, sin mencionar la versión turbo añadida con dos motores eléctricos. Este sistema de propulsión híbrido redefine la palabra complejidad elevada al cubo, eche un vistazo aquí. Uno se pregunta sobre el costo (también de mantenimiento) y si cualquier ahorro de combustible merece la pena.

Estas tres empresas se están uniendo para desarrollar un avión Tecnam P2010 equipado con un motor Rotax 915iS conectado con un motor eléctrico de Siemens formando un P2010 híbrido. El plan es despegar con el motor eléctrico, después de lo cual el motor Rotax proporcionará potencia durante el crucero.

Esta empresa alemana ha desarrollado un C42 híbrido con un motor eléctrico y baterías en el compartimento del motor y un tipo de extensor de autonomía en la parte trasera de la fuselaje con un tanque de combustible de 15 galones.

Siemens en cooperación con EADS y Diamond Aircraft desarrolló un sistema de propulsión híbrido eléctrico que consiste en un motor Wankel de 30 kW con generador, una batería desarrollada por EADS y un motor eléctrico de 60 kW. Esta configuración se prueba en un planeador motorizado Diamond DA-36 y se espera que reduzca el consumo de combustible en un 25%.

Un convertidor de Siemens suministra al motor eléctrico la energía de la batería y el generador. El consumo de combustible es muy bajo ya que el motor de combustión interna siempre funciona con una salida constante y eficiente de 30 kW. El sistema de baterías de EADS proporciona la potencia adicional requerida durante el despegue y el ascenso. La batería se recarga durante la fase de crucero. (Fuente: septiembre de 2011, instrumentation.co.za y phys.org julio de 2013)

Siemens desarrolló un motor eléctrico de 260 kW (348 hp) para su uso con pequeños aviones regionales. AVweb tiene la historia: http://www.avweb.com/avwebflash/news/New-Electric-Aircraft-Motor-From-Siemens-223995-1.html.

En AERO2018, Siemens mostró un avión Magnus Aircraft completamente eléctrico y otro equipado con sistema híbrido (que se fabrica en Hungría). Se mostraron lado a lado.

El modelo híbrido está equipado con un motor diésel SMART de tres cilindros que impulsa un generador, un paquete de baterías y un motor eléctrico en la hélice. Vea la imagen a la derecha para el híbrido.

BRM Aero tiene un proyecto en el que construyó una versión eléctrica de su exitoso avión de ala baja. La planta de energía eléctrica tiene 90 kW (122 hp) para el despegue y una configuración de potencia de crucero de 65 kW (88 hp). La batería tiene suficiente capacidad para un vuelo de una hora y 20 minutos de reserva.

Aeromarine LSA de Lakeland, Florida, está desarrollando, diseñando y experimentando con una versión eléctrica de su avión Merlin PSA (una aeronave deportiva personal de un solo asiento). Esperan un crucero de 93 mph (80 nudos) con una autonomía de una hora. El motor eléctrico personalizado pesa 12 kg con una potencia de salida de 55 kW. La batería es de química LiPo Cobalt con una capacidad de 65 Ah. La recarga se realiza en 2,5 horas con una vida útil de 2000 ciclos.

Raptor Aircraft también promovió anteriormente un avión impulsado por tecnología híbrida: “El Raptor Híbrido estará impulsado por un motor diésel moderno de 250 hp derivado del automovilismo, en combinación con un motor eléctrico de 62 hp y un paquete de baterías. Esta combinación proporcionará los 312 hp completos para el despegue y el ascenso continuando todo el camino hasta FL 250. Una vez allí, reducirás la potencia para funcionar solo con el motor diésel.” (fuente: http://www.raptor-aircraft.com/models/hybrid.html).

Parece que Raptor suspendió el desarrollo del sistema de propulsión híbrido, ya que no hay mención alguna en su sitio web y la página ha desaparecido temporalmente. Quizás continúen con este proyecto en una fecha posterior.

Los trenes de propulsión híbridos se utilizan comúnmente en locomotoras diésel-eléctricas y grupos electrógenos desde principios del siglo pasado, y uno se pregunta por qué esta tecnología no se utiliza más a menudo en automóviles y aviación. Al parecer, esta parece ser la mejor solución hasta ahora, mientras que la tecnología de baterías sigue estando a años luz (y quizás nunca llegue) de una buena densidad de potencia. Y operar un motor de gasolina o diésel complementado con una pequeña batería y un motor eléctrico podría significar más ahorro de combustible sin generar una gran cantidad de baterías químicas desechadas, desgastadas o fallidas en el medio ambiente.