Investigadores de Estados Unidos han llevado a cabo exitosamente vuelos de prueba de aeronaves no tripuladas impulsadas por una celda de combustible de hidrógeno. Sería la aeronave más grande propulsada por hidrógeno comprimido y llevaría a desarrollos futuros.

(4/09(06 – Agencia CyTA- Instituto Leloir. Por Alejandro Manrique) – Un modelo de avión en escala –de unos 6,5 metros de envergadura- fue impulsado por una celda de combustible de hidrógeno que generó unos 500 watts, en Atlanta, Georgia, Estados Unidos, como parte de un proyecto llevado a cabo por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia.

“Esta cantidad sorprende… 500 watts es mucho para una lámpara, pero no para un sistema de propulsión de un aeroplano de este tamaño…”, dijo Adam Broughton, ingeniero investigador que trabaja en el proyecto en el Laboratorio de Diseño de Sistemas Aeroespaciales (ASDL, según sus siglas en inglés) de Georgia.

De hecho, 500 watts representan cerca de una centésima parte de la potencia de un típico prototipo de auto híbrido como con los que se experimenta actualmente.

El proyecto fue un acuerdo de colaboración entre el ASDL y el Instituto de Investigación Tecnológica de Georgia (GTRI, por sus siglas en inglés), promovido por David Parekh, director del GTRI y fundador del Centro Tecnológico de Georgia para las Celdas de Combustible y Tecnologías de Baterías.

Perekh quiso desarrollar un vehículo que mejore la tecnología de celdas de combustible y consolide el interés de la industria. Mientras que la industria automotriz ha hecho grandes avances con las celdas a combustible, muy poco se ha avanzado en esta tecnología para las aplicaciones aeroespaciales, remarcó.

“Una aeronave con celdas de combustible es más estricta que una simple demostración de laboratorio o incluso un sistema de celdas de combustible que provee de energía a una vivienda”, explicó Parekh, para agregar que “…también es más exigente. Con un aeroplano se llega a los límites de durabilidad, robusteza, densidad de energía y eficiencia…”

Las celdas de combustible, que generan una corriente eléctrica cuando convierten hidrógeno y oxígeno en agua, son fuentes de energía atractivas debido a su alta densidad de energía, que se traduce en una mayor durabilidad.

Aunque las celdas de combustible no producen suficiente energía para los sistemas de propulsión de aeronaves comerciales de pasajeros, podrían impulsar aeroplanos pequeños no tripulados que brindarían una alternativa de bajo costo a los satélites o podrían rastrear huracanes, patrullar fronteras y efectuar tareas de reconocimiento.

Los vehículos aéreos no tripulados impulsados con celdas de combustible tienen varias ventajas sobre sus pares convencionales, hizo notar Tom Bradley, un estudiante de doctorado en la Escuela Tecnológica de Ingeniería Mecánica de Georgia, que desarrolló el sistema de propulsión de celdas de combustible.

Las celdas de combustible no contaminan y no requieren generadores separados para producir electricidad para la operación de los componentes electrónicos. “…Otra ventaja es que las celdas de combustible trabajan prácticamente a temperatura ambiente y los vehículos aéreos no tripulados emitirían menos calor, lo que los haría más furtivos y huidizos que los convencionales…”, dijo Bradley.

Otros grupos de investigación también demostraron la factibilidad de los vehículos aéreos no tripulados impulsados por hidrógeno, pero estas aeronaves fueron muy pequeñas y usaron hidrógeno líquido. Explicó Bradley: “…El hidrógeno comprimido, que es utilizado por la industria automotriz, es más barato y fácil de tratar, haciendo nuestra investigación más viable de comercializar…”

En contraste con los vehículos aéreos no tripulados más pequeños, que no tienen tren de aterrizaje y tienen que ser lanzados manualmente, el vehículo demostrativo opera como una gran aeronave tradicional y no requiere baterías auxiliares o aceleradores para el despegue.

Mientras que otros proyectos similares no han abundado en detalles, la difusión es parte importante de la iniciativa del Instituto de Tecnología de Georgia. “…Estamos sentando las bases en el desarrollo del diseño que otros pueden usar para las aeronaves impulsadas por hidrógeno…”, explicó Dimitri Mavris, director del ASDL y profesor en Análisis de Sistemas Aeroespaciales Avanzados en la Escuela de Ingeniería Aeroespacial del Instituto de Georgia, y expresó que “…al documentar los desafíos tecnológicos que hemos encontrado, al igual que nuestras soluciones, ofrecemos una base de partida para que otros continúen…”

Los investigadores esperan ver despegar otras aeronaves que sean impulsadas por celdas de combustible. “…Tan revelador como esto, no estamos solamente desarrollando un aeroplano de una única clase… Estamos trabajando para definir un enfoque técnico para los vuelos impulsados por celdas de combustible, una senda que otros puedan seguir…”, agregó Parekh.

Los investigadores presentaron trabajos con detalles técnicos en encuentros de la Sociedad de Ingenieros Mecánicos y el Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. El proyecto es financiado por fondos del GTRI y subsidios de la NASA (Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio) y la Fundación Nacional de la Ciencia.

“…La energía del hidrógeno aplicada al diseño de aeronaves requiere un enfoque totalmente diferente al de los aviones convencionales impulsados por combustibles fósiles…”, destacó Blake Moffitt, estudiante de doctorado en la Escuela de Ingeniería Aeroespacial del Instituto de Georgia, que diseñó varias partes de la aeronave.

Para construir el sistema de energía con celda de combustible, los investigadores adquirieron una celda de combustible comercial y la modificaron en forma extensiva, con el agregado de sistemas para el suministro y reabastecimiento de hidrógeno, el equilibrio térmico y la regulación del aire. También construyeron sistemas de control, tales como la adquisición de datos para poder transmitir la información durante el vuelo.

Entre los desafíos de diseño que debieron superar, se puede mencionar el desarrollo de innovadoras herramientas de computación para optimizar el sistema de propulsión y peso de la aeronave, la reducción del tiempo de despegue que el equipo logró con alas delgadas y un fuselaje de forma alargada, el propulsor montado en la parte trasera y una cola en forma de “V” invertida, y por último, la miniaturización, por cuanto las medidas del fuselaje fueron de poco más de un metro de longitud con un ancho máximo de 25 centímetros y una altura de 18 centímetros, lo que dificultó la tarea de encontrar componentes lo suficientemente pequeños que se adaptaran a ese espacio.

Los investigadores experimentaron con el vehículo en el pasado mes de junio, con un tiempo húmedo, caliente y ventoso, que hizo que las condiciones de prueba no fueran las ideales y la propulsión se viera reducida. Aún así, lograron cuatro vuelos de casi un minuto cada uno y la aeronave se elevó entre 2,5 y 3,7 metros sobre el suelo.

Con un tono entusiasta, Moffitt expresó: “…Lo más importante es que los datos generados durante estos vuelos validaron nuestros métodos de diseño… Los datos también indicaron que la aeronave es capaz de efectuar vuelos de mayor duración y rendimiento…”

Durante los próximos meses, el equipo continuará con las pruebas y mejorará la aeronave para hacerla más confiable y robusta. Como objetivo final, planean diseñar y construir un vehículo aéreo no tripulado capaz de emprender vuelos transatlánticos, algo que Parekh cree posible dentro de los próximos cinco años.

Fuente: Georgia Institute of Technology – http://www.gatech.edu/news-room