10/03/2014

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Baterías eléctricas en aviones

Como cualquier vehículo a motor, los aviones necesitan baterías que les proporcionen energía eléctrica. A lo largo de los años se han ido electrificando algunos sistemas, se han reemplazado controles de vuelo manuales por interfaces electrónicas o se han añadido nuevos computadores de asistencia a la navegación, entre otros. A este proceso se le ha llamado Fly-by-wire, que podría traducirse como “volar por medios eléctricos”.

Los ingenieros han identificado a las baterías como uno de los elementos en los que pueden conseguir desarrollos y mejoras, tanto para satisfacer la cada vez mayor exigencia eléctrica como por hacerlas más eficientes, ligeras y compactas. Por desgracia los resultados no siempre se consiguen a la primera y el intento de mejorarlas trajo consecuencias notables en dos de los modelos más famosos de reciente creación, ambos de características operativas muy similares por cierto.

Los fabricantes de aviones siguen demandando mejoras en sus baterías.

Problemas en Ion-Litio

El primero en sufrir problemas fue el flamante Boeing 787 “Dreamliner”, que empezó a operar a finales de 2011. El 7 de Enero de este 2013 una batería de un modelo operado por Japan Airlines (JAL) se recalentó y prendió fuego teniendo el avión que hacer un aterrizaje de emergencia. El 9 de Enero, United Airlines informó de un problema con el cableado en la misma zona. El 16 de Enero, un 787-8 de All Nippon Airways también tuvo que realizar un aterrizaje de emergencia después de recibir en cabina un mensaje erróneo de fallo de funcionamiento de la batería.

Como consecuencia de esta serie de incidentes ambas compañías asiáticas decidieron dejar en tierra todos sus modelos 787. En USA, país origen de Boeing, también la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) ordenó que sus aerolíneas dejasen de usarlo. Posteriormente se sumaron a la iniciativa la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA), India, Qatar y finalmente en Latinoamérica, LAN, única compañía que cuenta con uno de estos aviones en esa región. El Dreamliner dejó de poder utilizarse apenas un año después de su estreno comercial hasta que se hubiera arreglado el problema.

¿Por qué fallaron las baterías? La particularidad que tenían era ser las primeras en utilizar la tecnología de ion-litio. Tienen la ventaja de cargar más rápido, pesar menos y ser más compactas. Es una tecnología muy extendida y testada en otros ámbitos como coches eléctricos o electrónica de consumo, no obstante, no se había visto exenta de incidentes. Son conocidos los casos de móviles y portátiles que habían explotado o sobrecalentado causando incluso heridos. Una vez que una batería de este tipo alcanza una determinada temperatura puede empezar a recalentarse a sí misma. También son vulnerables a problemas con los derrames de fluidos que una vez se inicia la pérdida tiende a inflamarse.

El regreso al niquel-cadmio

El otro avión implicado fue el Airbus A350, diseñado también para usar ion-litio. Dado que su primer vuelo estaba previsto más tarde, a mediados de 2013, pudo aprovechar el conocimiento de lo sucedido con el Dreamliner para cambiar a última hora su diseño y volver a la antigua tecnología de níquel cadmio.

Los fabricantes de aviones, como Boeing y Airbus, no diseñan todos los elementos de sus modelos. Elementos cotidianos como grifos, butacas, equipos de entretenimiento, etc, son comprados tal cual (aunque necesitan un certificado que demuestren ser seguros en vuelo, lo que se conoce como ser “embarcable”). Para otros elementos como los motores o las baterías elaboran los requisitos, pero encargan el diseño a empresas especialistas. Como han demostrado los fallos que hemos visto, los requerimientos para las baterías de ion litio diseñadas hasta ahora no han sido suficientes para satisfacer las necesidades de los clientes.

Quedando claro que los fabricantes de aviones siguen demandando mejoras en sus baterías, las empresas especialistas deberemos seguir investigando y aportando soluciones que, sin duda, se difundirán ampliamente en cuanto demuestren su funcionamiento y utilidad.

 

 

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7 Comments » for Baterías eléctricas en aviones
  1. Juan Arriaga says:

    Me ha parecido muy interesante, pero no termino de entender la razón de que se introduzca en los aviones material que parece no tener todas las ventajas que debería tener, empezando por la fiabilidad. ¿Es tan importante la diferencia entre un tipo de batería u otro como para que se asuman ese tipo de riesgos?

    • Gracias por el comentario.

      La innovación es una constante en la industria aeronáutica, por eso allá donde se pueda identificar una mejora hay que luchar por conseguirla. El ion-litio aporta dos ventajas muy valoradas en aeronáutica, menos peso y menos tamaño. Las baterías que se probaron de este tipo en el A350 pesaban entre 60 y 80 kg menos que las equivalentes de niquel-cadmio, con la reducción en costes operativos que eso supone. Pero por supuesto la seguridad es un valor superior. Los aviones Boeing 787 habían pasado numerosas pruebas que se habían considerado suficientes como para obtener el certificado de aereonavegabilidad con las baterías de ion-litio, no obstante durante la entrada en servicio se demostró que no eran tan fiables como se creía. Ante esta nueva evidencia se detuvo su implantación.

      No obstante, se seguirán haciendo investigaciones y en cuanto se pueda demostrar con nuevas pruebas que se han resuelto los problemas actuales estoy convencido de que, dadas las ventajas, más tarde o más temprano acabará consiguiéndose implantar esta nueva tecnología.

  2. Alberto Fernández says:

    Muy buen artículo José María. ¿Sabes si la tecnología de pilas de hidrógeno está ya avanzada para el uso en aeronaves?

  3. José María Aparicio José María Aparicio says:

    Tanto Boeing como Airbus han realizado ensayos de vuelo con pilas de hidrógeno en aviones prototipo. El modelo más relevante seguramente sea el A320 modificado que Airbus presentó en 2012. Lo más interesante de las pilas es que probablemente no se destinen sólo a proporcionar energía eléctrica sino que podría aprovecharse para otros sistemas el agua y el nitrógeno que se genera como residuo durante el proceso electroquímico.A pesar de esta ventaja esta tecnología está más inmadura aún que la de ion-litio, como en el resto de ámbitos de aplicación, así que tardará más en introducirse y cuando suceda, quizás se haga en labores auxiliares como proporcionar energía para las operaciones en tierra o como apoyo a las baterías eléctricas

  4. Guillermo says:

    Inconvenientes de las Baterías de Li-Ion

    A pesar de todas sus ventajas, esta tecnología no es el sistema perfecto para el almacenaje de energía, y posee algunas desventajas, como ser:

    – Duración media escasa: Casi independientemente de su uso, sólo tienen una vida útil de unos 2 a 3 años.

    – Soportan un número limitado de cargas: entre 500 y 1000, menos que una batería de Ni-Cd o Ni-MH.

    – Son caras: Su fabricación es más costosa que otras soluciones similares, si bien actualmente el precio se aproxima rápidamente al de las otras tecnologías debido a su gran penetración en el mercado, con el consiguiente abaratamiento.

    – Pueden sobrecalentarse hasta el punto de explotar: Están fabricadas con materiales inflamables que las hace propensas a detonaciones o incendios, por lo que es necesario dotarlas de circuitos electrónicos que controlen en todo momento la batería.

    – Peor capacidad de trabajo en frío: Ofrecen un rendimiento inferior a las baterías de Ni-Cd o Ni-MH a bajas temperaturas, reduciendo su duración hasta en un 25%.

  5. Gracias por el comentario Guillermo.
    Analizando los inconvenientes de las baterías Li-ion podemos ver que en el entorno aeronáutico sus defectos se minimizan mientras que si viésemos sus ventajas nos daríamos cuenta de que se ven potenciadas:
    – La limitación en tiempo y número de recargas es asumible puesto que en aviación es habitual la reposición de componentes.
    – El alto precio se relativiza en comparación con el coste del resto de la aeronave.
    Por el contrario, en cuanto a sus ventajas, menor peso y tamaño son cualidades extraordinariamente valoradas en nuestro sector, como recalqué en un comentario anterior.

  6. José María Aparicio José María Aparicio says:

    Gracias por el comentario Guillermo.
    Analizando los inconvenientes de las baterías Li-ion podemos ver que en el entorno aeronáutico sus defectos se minimizan mientras que si viésemos sus ventajas nos daríamos cuenta de que se ven potenciadas:
    – La limitación en tiempo y número de recargas es asumible puesto que en aviación es habitual la reposición de componentes.
    – El alto precio se relativiza en comparación con el coste del resto de la aeronave.
    Por el contrario, en cuanto a sus ventajas, menor peso y tamaño son cualidades extraordinariamente valoradas en nuestro sector, como recalqué en un comentario anterior.

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