04/06/2018

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Eficiencia de los sistemas térmicos aeronáuticos

Todo el mundo sabe que la energía es un bien escaso, pero es aún más escaso en las aeronaves, ya que la mayoría de la energía se produce mediante motores de combustible, al menos hasta que proyectos como Solar Impulse hagan de la energía renovable una realidad en este contexto. Hasta que llegue ese momento, y hablamos probablemente de décadas, el combustible seguirá utilizándose en las aeronaves y deberá consumirse eficazmente.

¿Por qué no aprovechar las pérdidas de calor para lograr un consumo de combustible más eficiente?

La conocida filosofía por unas aeronaves más eléctricas (MEA, por sus siglas en inglés) intenta utilizar todas las arquitecturas del sistema de equipos eléctricos para lograr un consumo de combustible más eficiente. Para impulsar estos nuevos e inmensos consumidores de electricidad, son necesarios convertidores y módulos eléctricos de alta potencia. Estos módulos son mucho más eficientes que los hidráulicos o los neumáticos, pero aun así sufren pérdidas caloríficas que se manifiestan como calor que debe evacuarse.

¿Por qué no, entonces, aprovechar estar pérdidas? Actualmente, la mayoría de los dispositivos se refrigeran mediante aire frío, pero un refrigerador de líquido de circuito cerrado aumentaría aun más la eficiencia de las aeronaves. En el interior de la aeronave el calor es necesario (no solo para crear un ambiente agradable en el espacio de asientos dentro del fuselaje) y no siempre puede obtenerse a partir de las pérdidas de los motores de combustible.

Esta idea no es mía. Existen varios proyectos de I+D en marcha acerca de esta posibilidad y se ha dado ya el primer paso para crear los medios para la validación sobre el terreno de estas nuevas arquitecturas aeronáuticas una vez se haya desarrollado el equipo.

No se trata ni mucho menos de equipo comercial o mecanismos sencillos. Deben ser flexibles para poder funcionar como diferentes elementos aeronáuticos reales, que permitan el rendimiento del sistema completo de una aeronave, aunque no estén disponibles aún todos los dispositivos o no se hayan diseñado aún, pero en el que algunos de dichos dispositivos requieren pruebas. Además, también se necesita el software para supervisar el rendimiento en tiempo real de todos estos dispositivos.

Para simular el rendimiento de los sistemas térmicos, se han detectado y desarrollado tres funcionalidades principales:

Una función de carga de calor que produce las pérdidas de potencia deseadas conforme a los perfiles de vuelo. Se utilizan para validar el sistema de refrigeración.

Una función de carga eléctrica que consume la corriente deseada a cualquier nivel de tensión en la aeronave. La dinámica de este consumo debe coincidir con la que requiere pruebas. Por ejemplo, los módulos del sistema que produce el calor que debe recuperarse pueden conectarse al convertidor electrónico de potencia o, incluso, directamente a generadores eléctricos, si debe probarse la funcionalidad general.

Una función que mide el consumo durante distintos perfiles de trabajo para comprobar la eficiencia real. Obviamente, se necesita un centro de distribución de potencia: con niveles de tensión en la aeronave de HVDC, CA/400 Hz y 28 Vdc. Sin embargo, además de fuentes de energía, es necesario un sistema de medición real para las formas de onda de corriente no estándar consumidas por la potencia eléctrica.

Y un punto fundamental más: lo sostenible que pueden resultar estas pruebas. Deben repetirse muchísimas veces y la potencia consumida durante las pruebas debe mantenerse en los mínimos imprescindibles para lograr los objetivos de ahorro energético. En el caso de esta propuesta, puede ahorrarse la energía que fluye a través de las cargas eléctricas, de convertidores electrónicos de potencia real e incluso de fuentes de energía, mediante el uso de módulos de Regeneración para producir electricidad sincronizada con la red de CA industrial.

 

 

(*) TEMGIR es un proyecto de I+D: Thermal and Electrical Mock-ups for Thermal Management of a Ground Integration Test Rig (Simulaciones eléctricas y térmicas para la gestión térmica de un mecanismo de prueba de integración sobre el terreno)./ La investigación que ha conducido al desarrollo de estos medios de pruebas ha recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2013) para la iniciativa tecnológica conjunta por un cielo limpio, en virtud del acuerdo para subvenciones n° [641463].

 

 

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