Ingeniería

¿Cómo revolucionará la electricidad la aviación?

La electrificación de las aeronaves reducirá en gran medida nuestra dependencia del combustible e impulsará el desarrollo de otras tecnologías para una aviación sostenible.

Los motores de combustión han sido una parte integral del transporte desde que el hombre se bajó de su caballo. Con la llegada de la movilidad eléctrica, la situación está cambiando muy rápidamente. Érase una vez, las baterías y los motores estaban restringidos a modelos a escala en movimiento y juguetes RC, pero hoy amenazan con alterar todo el ecosistema construido alrededor de los motores de combustión.

Si bien se habla mucho sobre la electrificación del transporte terrestre, se sabe poco sobre cómo afectará la electrificación a la aviación. Hoy, discutiremos exactamente eso.

¿Qué es la electrificación en la aviación?

Tradicionalmente, los aviones se han basado en la quema de combustible para impulsarlos. Los motores juegan un papel muy importante, en el vuelo real, y en todos los sistemas que lo complementan.

La electrificación se refiere al proceso de transición a la energía de la batería para las operaciones de vuelo en varios niveles. Así como los automóviles pueden ser propulsados ​​por motores, híbridos o completamente eléctricos, existe un espectro similar para los aviones.

1. Más aviones eléctricos (MEA)

Actualmente, operaciones como la actuación de las superficies de control (aviónica), el aire acondicionado, el uso del tren de aterrizaje, el frenado y el rodaje dependen de sistemas mecánicos, hidráulicos y neumáticos conectados al motor de la aeronave.

En el modelo «más eléctrico», todas estas operaciones se delegan en un sistema eléctrico alimentado por un paquete de baterías. Esto reduce la carga operativa de los motores.

2. Aviones eléctricos híbridos

A diferencia de MEA, donde la electrificación solo rige las operaciones auxiliares, los aviones híbridos también tienen soporte eléctrico para sus sistemas de propulsión.

Esto podría ser útil en el caso del despegue, donde el consumo de combustible es significativamente mayor que el resto del vuelo, debido al rápido cambio de altitud.

3. Todos los aviones eléctricos

En todas las aeronaves eléctricas, todos los sistemas de vuelo primarios y auxiliares están completamente electrificados. Sin embargo, aunque existen MEA y aviones eléctricos híbridos, los aviones totalmente eléctricos aún se encuentran en una etapa muy temprana de desarrollo.

¿Cómo afectará la electrificación a la aviación?

La electrificación de aeronaves en cualquiera de los niveles anteriores afectará significativamente a la industria de la aviación de varias maneras.

1. Reducción de la dependencia del combustible de aviación

Como ya se discutió, todos los sistemas principales dependen directa o indirectamente de la quema de combustible para mantenerlos en funcionamiento. Dado que el combustible por sí solo representa más del 20 % de los costos operativos (fuente), las aerolíneas pueden mejorar sus márgenes de beneficio cambiando a alternativas más baratas.

Reducir la cantidad de combustible consumido reduce el ruido y la contaminación, reduciendo la huella de carbono de la industria de la aviación. Tecnologías como MEA son una excelente manera de integrar la electrificación sin comprometer la confiabilidad de la aeronave.

2. La evolución de los aeropuertos para apoyar la electrificación

Para electrificar la aviación, es importante que los aeropuertos se desarrollen en torno a aviones eléctricos. Además de la infraestructura de carga, también es necesario establecer horarios en los aeropuertos, ya que la carga lleva mucho más tiempo que el reabastecimiento de combustible. Esto podría causar hacinamiento en los estacionamientos y hangares, y retrasos sin precedentes en los horarios.

Por otro lado, la electrificación supondrá un aumento de la tecnología VTOL (despegue y aterrizaje vertical). Esto permitirá que incluso las aeronaves de ala fija, como los aviones, despeguen y aterricen sin necesidad de largas pistas. Esto puede reducir el espacio dedicado a las pistas en los principales aeropuertos y mejorar la conectividad en los más pequeños.

3. Batería y tecnología de carga

El éxito de la electrificación en la industria de la aviación depende de un factor: la tecnología de las baterías. Actualmente, las baterías proporcionan poca densidad energética (en el rango de 200-250 Wh/kg), en comparación con el combustible de aviación (alrededor de 10.000 Wh/kg). Al mismo tiempo, el repostaje lleva mucho menos tiempo que cargar un paquete de baterías (fuente).

Otra limitación importante de las baterías es su peso, lo que podría ser perjudicial para su uso en aeronaves. Por lo tanto, la necesidad de la aviación eléctrica impulsará el desarrollo en el campo de las baterías livianas y de alta densidad, que pueden ayudar o reemplazar el combustible de aviación tradicional.

4. Diseño de aeronaves

La aviación eléctrica también provocará un cambio importante en el diseño de las propias aeronaves. Ya se están desarrollando más aviones eléctricos después de reducir el uso de sistemas mecánicos, hidráulicos y neumáticos más voluminosos.

El desarrollo de la tecnología fly-by-wire, que reemplaza las superficies de control accionadas mecánicamente por electrónicas, ya se ha implementado en la mayoría de los aviones modernos. La inclusión de sistemas eléctricos reducirá la arquitectura compleja y simplificará el mantenimiento. La eliminación de sistemas mecánicos complejos también reduce el peso de la aeronave, reduciendo la energía requerida para volarla.

5. Generación de energía

Otro aspecto pasado por alto de la aviación electrónica es el vuelo continuo en situaciones de emergencia, que puede ocurrir cuando hay escasez de combustible. Si un avión se queda sin energía, puede reabastecerse de combustible en el aire o realizar un aterrizaje de emergencia en varios aeropuertos de todo el mundo. Sin embargo, a diferencia del combustible, la electricidad puede generarse utilizando los sistemas existentes y conectarse en bucle para alimentar la aeronave. Esto puede ampliar el alcance de una aeronave sin realizar aterrizajes de emergencia.

La electrificación de la aviación en varios niveles también dará lugar a un aumento de los combustibles alternativos (gas natural, pilas de combustible de hidrógeno, etc.) y de tecnologías sostenibles (paneles solares y aprovechamiento de la energía eólica para generar electricidad). Estos combustibles y tecnologías pueden servir como alternativas al combustible de aviación y la carga en tierra.

Conclusión

La industria de la aviación ha crecido año tras año desde sus inicios.

Con operaciones sostenibles en exhibición, no hay duda de que la electrificación jugará un papel central en los cielos en los próximos años. Sin embargo, si la electrificación será la principal fuente de energía para la aviación… ¡solo el tiempo lo dirá!

Cristy

Somos entusiastas de los temas científicos, del estudio y el conocimiento. Traemos para ti los casos más curiosos de la ciencia y como pueden ayudarte. Preguntas y respuestas que quizás alguna vez te has hecho, están aquí.

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