Otros eléctricos

La NASA invierte en la investigación de aviación con motores eléctricos

Si resolver el problema del transporte por carretera en relación a las emisiones de efecto invernadero ya es complicado, no hablemos ya de los aviones. Para que un cuerpo pueda volar necesita ser «más ligero que el aire», es decir, compensar con la sustentación su masa y la acción gravitatoria, para lo cual suele hacer falta un motor. Que este último no contamine, pasa a ser muy complicado.

Las necesidades de propulsión de los aviones son muy diferentes en función de su tamaño y del uso que se hará de ellos. Para los aviones más pequeños sirven motores de émbolos o turbohélices, y a partir del tamaño mediano siempre son con motores a reacción y algún que otro motor cohete. Esto no ha cambiado significativamente desde los años 50, cuando empezó la era de la reacción en serio. En un mundo en el que no puede haber emisiones, los motores a reacción son inviables.

La agencia estadounidense del espacio, la NASA, tiene un programa que pretende poner en el aire aviones pequeños que puedan realizar rutas de corto alcance o regionales, como los actuales turbohélices (p.e. para comunicar entre sí las Islas Canarias). Dicho programa se llama Electric Powertrain Flight Demonstration (EPFD), traducible como «Demostración de Vuelo con Motorización Eléctrica».

Desarrollo del primer avión experimental eléctrico de la NASA, el X-57 Maxwell

El programa EPFD pretende tener antes de 2035 aviones de este tipo con propulsión eléctrica aérea (EAP), siendo motores eléctricos los que muevan las hélices. Dos compañías han recibido un total de 253,4 millones de dólares en fondos, unos 218.532.160 euros al cambio, para avanzar en este sentido. GE Aviation de Cincinnati (Ohio) se lleva 179 millones de dólares, el resto son para MagniX de Redmond (Washington).

Durante cinco años, ambas empresas realizarán pruebas en tierra y en el aire de tecnologías EAP, y colaborarán con la NASA en materia de desarrollo, pruebas de instrumentación y análisis de datos. Las motorizaciones a desarrollar serán del orden de megavatios, es decir, más de 1.000 kW.

«Dichas demostraciones servirán para identificar y acabar con barreras técnicas y riesgos de integración. Además ayudará a informar del desarrollo de estándares y regulaciones de futuros sistemas de propulsión eléctrica aérea.»

Gaudy Bezos-O’Connor, responsable del proyecto EPFD del Centro de Desarrollo de Langley de la NASA

De entrada, no lo tienen fácil. A pequeña escala se han logrado aerotaxis que funcionan de forma similar a los drones, donde las baterías no comprometen la masa en relación al ingenio volador, pero en aviones más grandes el problema se complica muchísimo más. Pero hay un antecedente esperanzador, Bertrand Piccard y Andre Borschberg circunnavegaron el planeta en 2016 en un avión con motores eléctricos de hélice y placas solares. Les llevó tiempo (505 días, a una media de 70 km/h), pero la historia de la aviación es incomprensible sin los pioneros.

Ver comentarios

  • Yo siempre lo he tenido claro.
    Los aviones terminaran siendo eléctricos.
    Es decir uno o varios motores eléctricos, alimentado con una batería.

    • Yo diría más: salvo cosas muy excepcionales, algún día todos los motores serán eléctricos.

      Si aún existen motores de combustión es porque almacenar energía eléctrica es un dolor de cabeza.

  • Ya, la batería en los aviones y su peso.
    Problema insalvable, para este siglo.
    Tiene más posibilidades el H2 y los combustibles sintéticos, que la batería.

    • Combustibles sintéticos, es muy posible, el Hidrógeno en cambio es tan problemático como las baterías.

    • Es más fácil hibridar un avión, que hacerlo de hidrógeno.

      Se necesitan nuevos diseños más aerodinámicos, con múltiples motores eléctricos, que además permitan el despegue VTOL, y poner una pequeña turbina de gas para producir electricidad, dentro del carenado para reducir ruido y consumo.

      Además se necesitan cambiar todo el transporte dentro del aeropuerto, para hacerlo más sostenible, así como llenarlo de placas y establecer se una vez un espacio aéreo europeo común que ahorre combustible, tiempo y controladores.

      • Hibridar + fueles sinteticos o de microalgas plantadas al lado de aeropuertos.

        Se pueden lograr eficiencias brutales en un plazo de 20 años y sin suponer un problema de costes-contaminacion-recursos.

        Electrico sera lo de bajo peso, a partir de uno de pasajeros ya no compensa ni en un ATR con sus 50-70 plazas.

  • Ivan, un par de apuntes...
    "Compensar con la sustentación su masa y la acción gravitatoria"
    Apostaría que son la misma cosa, la masa y la acción gravitatoria...

    "Para los aviones más pequeños sirven motores de émbolos o turbohélices, y a partir del tamaño mediano siempre son con motores a reacción y algún que otro motor cohete..."
    ¿Motor cohete? Excepto el SpaceShip Two, de Virgin Galactic, no conozco ningún otro avión con motor cohete...
    Y hay muchos modelos de aviones medianos que usan turbohélice.
    Y sigue habiendo un bombardero ruso pesado que también usa turbohélices....

    Además, el tono del artículo habla de los motores, cuando no hay ningún problema con los motores.
    En realidad el problema es con la fuente de energía, sean baterías o pila de hidrógeno.
    Los motores mejorarán, sin duda, pero ahora no son el escollo principal.

    • Incluso de transporte: Airbus A400M incluso los Lockheed C-130 Hercules

    • Hola Mark.

      Ya sé que la masa y la acción gravitatoria son lo mismo, pero no todo el mundo tiene la fórmula metida en la cabeza.

      Los motores cohete solo se han utilizado en aviación militar y para cosas muy puntuales, como los JATO (Jet Assisted Take Off) en bombarderos estratégicos para intervención rápida o pistas cortas. Haberlos, haylos.

      Los motores seguro que tienen margen de mejora, hablamos de aviación experimental, pueden ser más compactos, lo cual tiene un beneficio doble, hay menos que carenar (mejor aerodinámica) y menos masa que levantar. El escollo, efectivamente, es cómo acumular la energía suficiente para un vuelo regional sin que el peso al despegue y aterrizaje sea intolerable. Ten en cuenta que, a diferencia de un avión que quema combustible y se va aligerando, las baterías pesan lo mismo al despegue y al aterrizaje...

      • Es que los JATO no los puedes considerar como el motor...
        Porque si nos ponemos en ese nivel de finura, también hay un avión que cruzó el Canal de la Mancha con la fuerza de una persona pedaleando...

        Lo de la masa y la acción gravitatoria, que quieres que te diga, suena raro, como exagerando el tema.
        Por eso lo decía.

  • Y por que los aviones funcionaran en un futuro proximo a Hidrogeno y no a bateria.

    Hidrógeno (a 350 bares) 39.300 Wh/kg , frente a Bateria estado solido futura (estimacion optimista) , 600 Wh/kg, .. El Kg de Hidogeno liquido tien 66 veces mas capacidad energetica que la mas optimista de las proximas baterias de estado solido

    Capacidades de energia por kg y el % de eficiencia , son otros factores importantisimos
    Eficiencia motor electrico por encima del 90%

    Tabla de valores energeticos de diferentes combustibles:

    Combustible Energía por volumen (Wh/l) Energía por masa (Wh/kg)
    Gasóleo 10.700 12.700
    Gasolina 9.700 12.200
    Grasa corporal 9.700 10.500
    Carbón 9.400 6.600
    Butano 7.800 13.600
    Propano 6.600 13.900
    Etanol 6.100 7.850
    Metanol 4.600 6.400
    Gas natural (a 250 bares) 3.100 12.100
    Hidrógeno líquido 2.600 39.000
    Hidrógeno (a 350 bares) 750 39.300
    Madera (valor promedio) 540 2.300
    Batería litio cobalto 330 150
    Batería litio manganeso 280 120
    Batería níquel metal hidruro 180 90
    Batería plomo ácido 64 40
    Aire comprimido 17 34

    • Pprque parte del problema del hidrógeno a 350 bares es la forma del depósito y donde colocarlo en el avión.
      Además del peso del propio depósito, su mantenimiento y control y sustitución cuando alcance las horas de uso.
      Toda tecnología tiene sus pro y contras, no puedes mirar solo una cosa, debes mirar el conjunto.
      Por ejemplo, el hidrógeno es el combustible para cohetes que más ISP tiene, sin embargo, es el combustible menos usado.
      Hay más cohetes que usan queroseno que Hidrógeno.
      Y esto es debido a las complicaciones que tiene el usar hidrógeno.

    • Y otra cosa, con las baterias, necesitas una electronica de potencia y al motor.
      Con el hidrógeno, además de los tanques (en las baterias también deberás refrigeralas o algo parecido) debes tener el sistema para disminuir la presión para poder usarlo y una celda de combustible para generar electricidad y alimantar el motor.
      Y por supuesto, se den hacer los cálculos para que el oxígeno a la altura de vuelo sea suficiente, si no, necesitarás un "turbo" cómo en los aviones a pistón.

      Ni idea de cuál tecnología será la dominante, pero las dos tienen sus buenos problemas para solucionar.

    • Y otra cosa, con las baterias, necesitas una electronica de potencia y al motor.
      Con el hidrógeno, además de los tanques (en las baterias también deberás refrigeralas o algo parecido) debes tener el sistema para disminuir la presión para poder usarlo y una celda de combustible para generar electricidad y alimantar el motor.
      Y por supuesto, se den hacer los cálculos para que el oxígeno a la altura de vuelo sea suficiente, si no, necesitarás un "turbo" cómo en los aviones a pistón.

      Ni idea de cuál tecnología será la dominante, pero las dos tienen sus buenos problemas para solucionar.

  • Y por que los aviones funcionaran en un futuro proximo a Hidrogeno y no a bateria.

    Hidrógeno Liquido . 39.000 Wh/kg , frente a Bateria estado solido futura (estimacion optimista) , 600 Wh/kg, ..
    El Kg de Hidogeno liquido tien 66 veces mas capacidad energetica , que la mas optimista de las proximas baterias de estado solido

    Capacidades de energia por kg y el % de eficiencia , son otros factores importantisimos
    Eficiencia motor electrico por encima del 90%

    Tabla de valores energeticos de diferentes combustibles:

    Combustible Energía por volumen (Wh/l) Energía por masa (Wh/kg)
    Gasóleo ............................................10.700 ...........................12.700
    Gasolina ..............................................9.700 ...........................12.200
    Grasa corporal.................................... 9.700............................ 10.500
    Carbón ................................................9.400 ..............................6.600
    Butano................................................. 7.800 ............................13.600
    Propano ...............................................6.600 ............................13.900
    Etanol................................................... 6.100.............................. 7.850
    Metanol ................................................4.600 ...............................6.400
    Gas natural (a 250 bares).................... 3.100 ............................12.100
    Hidrógeno líquido ..................................2.600 ...........................39.000
    Hidrógeno (a 350 bares) .........................750 .............................39.300
    Madera (valor promedio) ........................540 ................................2.300
    Batería litio cobalto ..................................330 .................................150
    Batería litio manganeso .......................... 280 ..................................120
    Batería níquel metal hidruro .....................180 ...................................90
    Batería plomo ácido................................... 64 ....................................40
    Aire comprimido .........................................17 ....................................34

    • Te ha faltado el principal combustible de aviación el Keroseno que tiene 9758Wh/l y 11900 Wh/kg.
      ¿No ves el principal problema del Hidrógeno en aviones?. Para dar la misma energía que el keroseno, el Hidrogeno a 350 bares necesita un volumen de depósitos 13 veces superior al Keroseno, con el inconveniente añadido como ha dicho Mark que esos depósitos obligatoriamente tienen que ser o esféricos o en todo caso esferas alargadas (en este caso el espesor del deposito aumenta), que hacen que se desperdicie mas espacio, lo que complica mucho poder poner los depósitos en las alas.
      Además esos depósitos pesan bastante, los mas ligeros, los del tipo IV pesan 7´8 veces mas que el propio Hidrógeno que contienen (http://apilados.com/blog/almacenamiento-hidrogeno-comprimido-tipos-tanques/), y teniendo en cuenta que el Keroseno pesa tres veces mas que el Hidrógeno a igual cantidad de energía, entonces, a igual cantidad de energía , el Hidrógeno mas los depósitos pesaría 2´6 veces mas que el Keroseno (el deposito de Keroseno no cuenta como peso añadido porque es la propia estructura de las alas) .
      Resumiendo, el Hidrógeno para aviación tiene y siempre tendrá graves problemas de espacio.

      • Gracias por el aporte del queroxeno .
        El H liquido se suele almacenar ahora a 700. He puesto un calculo groso modo del peso solo del combustible que se necesitaria para almacenr una cierta cantidad de MWh.
        para darnos cuenta que que proporciones hablamos.
        Y cuan dificil es conseguir conseguir hacer la transicion. y cual es la posible e imposible en los proximos años.
        Creo que es mas factible encontrar alguna forma segura de almacenar H liquido u otro compuesto , que multiplicar por 100 o 200 la densidad energetica de las baterias. Cuando se llevan 10 años , para ni siquiera , doblar su densidad.
        El tiempo nos lo dira.

        • Que yo sepa, el hidrógeno a700bares no es liquido, es gaseoso.
          Para hacer hidrógeno liquido debes enfriarlo a unos -250°... Y eso no pasa con el hidrógeno ni a 350 o 700 bares...

      • Y problemas de ser muy inflamable también, vease el incendio del dirigible alemán Hindelberg del 1937, como se acabaron los dirigibles, por culpa del Hidrógeno, cuando era el transporte de pasajeros de la época.
        Ahora son de Helio y sin pasajeros.....

  • Informacion relevante del futuro de la aviacion comercial.

    Wright Electric desarrolla un eficiente motor de 2 MW de potencia para aviones eléctricos.

    https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/actualidad/motor-electrico-disenado-aviones-tiene-potencia-2-mw/20210913181115049112.html.

    Y por que los aviones funcionaran en un futuro proximo a Hidrogeno y no a bateria.
    Hidrógeno Liquido . 39.000 Wh/kg , frente a Bateria estado solido futura (estimacion optimista) , 600 Wh/kg, ..
    El Kg de Hidogeno liquido tien 66 veces mas capacidad energetica , que la mas optimista de las proximas baterias de estado solido

    Capacidades de energia por kg y el % de eficiencia , son otros factores importantisimos
    Eficiencia motor electrico por encima del 90%

    Tabla de valores energeticos de diferentes combustibles:

    Combustible Energía por volumen (Wh/l) Energía por masa (Wh/kg)
    Gasóleo ……………………………………..10.700 ………………………12.700
    Gasolina ……………………………………….9.700 ………………………12.200
    Grasa corporal……………………………… 9.700………………………. 10.500
    Carbón …………………………………..………9.400 …….……………………6.600
    Butano………………………………………..…. 7.800 ……………………….13.600
    Propano ………………………………..………..6.600 ……………………….13.900
    Etanol……………………………...……………… 6.100………………………… 7.850
    Metanol ……………………………...……………4.600 ………………………….6.400
    Gas natural (a 250 bares)…….....….. 3.100 …………….………….12.100
    Hidrógeno líquido …………………....…….2.600 …………..……………39.000
    Hidrógeno (a 350 bares) ……………....….750 ………………………..39.300
    Madera (valor promedio) ………....………540 …………………………..2.300
    Batería litio cobalto ………………....…….….330 ……………………..………150
    Batería litio manganeso …………....…….. 280 …………………………….120
    Batería níquel metal hidruro ………...……180 ……………………………..90
    Batería plomo ácido……………......………….. 64 ………………………………40
    Aire comprimido ………………………….....……..17 ………………………………34

  • Tampoco hay que olvidar que la Nasa es una agencia subvencionadora de I+D en el campo Civil (para lo militar está la Darpa). A poco que algo suene interesante van a estar ahí

  • Si la Nasa investiga ya en aviones eléctricos, eso es que el Hidrógeno lo tiene crudo.Los derechos de emisiones van a acabar con los aviones que conocemos.

      • Los aviones tendrian como combustible el Hidrógeno junto a otros gases (el Hidrógeno solo es un mal combustible para por ejemplo las calderas ya que tiene un bajo poder calorífico)con motores a reacción que producen gases contaminantes.Luego a pagar derechos.No es lo mismo Hidrógeno que Electricidad.Trampas al solitario no.

        • Eso no tiene ningún sentido. ¿Tienes idea del dolor de cabeza que sería instalar múltiples depósitos, sistemas de distribución, etc. para combustibles diferentes en un mismo avión?

        • Nadie habla de quemar hidrógeno, se habla de producir electricidad con el hidrógeno.

      • No tienen por que, de hecho es mucho mas lógico que no lo sean. Un turbofán actual, (con un rendimiento de 60%) puede funcionar perfectamente con Hidrógeno. Una pila de Hidrógeno también puede llegar a un rendimiento del 60% pero si combinamos su eficiencia con la del motor eléctrico digamos un 95%,la eficacia se queda en un 57%, además esta eficiencia es a nivel del mar, en altura habría que usar gran cantidad de energía en comprimir el aire para conseguir el Oxígeno necesario para la pila, con lo que la eficiencia seria mucho peor .

    • El hidrogeno es para producir electricidad . los motores son electricos.
      Piensa , que tiene mas posibilidades , es mas sencillo y economico conseguir, para almacenar energia en los aviones.
      Almacenamiento de energia.,para pongamos de 10..000 Kg de H2 liquido o para 500.000 kilos de baterias .
      10.000 kg de Queroxeno(12.000Wh/kg) . No se si llegan a un 75% de eficiencia motores Turvofan
      Un avion con Queroxeno tendria . 95 MWh. ( es un ejemplo )
      Con 8.000 Kg de H2 (39.300 Wh/kg) al 90% de conversion a electricidad y el 95% de eficiencia motores electricos tendria 252 MWh
      En Baterias Estado Solido ultra mega chupi fantasticas , de densidad (800Wh/kg ) con un 90% conversion y eficiencia motor electrico del 95%. Para tener 95 MWh de capacidad serian Cuantos ????? Me salen casi 139.000 kg de baterias.soloeel peso de la baterias.
      ¿habre hecho algun calculo mal ?

      • El hidrogeno es para producir electricidad . los motores son electricos.
        Piensa , que tiene mas posibilidades , es mas sencillo y economico conseguir, para almacenar energia en los aviones.

        10.000 kg de Queroxeno(12.000Wh/kg) . No se si llegan a un 75% de eficiencia motores Turbofan
        Un avion con Queroxeno tendria . 95 MWh.
        Con 8.000 Kg de H2 (39.300 Wh/kg) al 90% de conversion a electricidad y el 95% de eficiencia motores electricos tendria 252 MWh
        En Baterias Estado Solido ultra mega chupi fantasticas , de densidad (800Wh/kg ) con un 90% conversion y eficiencia motor electrico del 95%. Para tener 95 MWh de capacidad serian Cuantos kgs ????? Me salen casi 139.000 kgs de baterias.solo el peso de la baterias.
        ¿habre hecho algun calculo mal ?

      • Si, alguno.
        Además estás mezclando cosas.
        El hidrógeno no es liquido, para que sea liquido debes enfriarlo a -250° y mantenerlo en tanques criogenicos.
        La crosta de hielo que se te formaría en el avión sería linda de ver.
        Otra cosa, las pilas de combustible tienen un rendimiento del 60%, más o menos, no del 90%.
        Te olvidas siempre de agregar al peso del hidrógeno, el peso de los tanques.
        Para que te hagas una idea, los tanques del Mirai, para llevar 5 kg de hidrógeno pesan 11 o 13kg, mas del doble que el mismo hidrógeno.
        Así que si el avión va a transportar, digamos, 10.000kg de hidrogenos, tienes que agregar unos 20.000 kg extras de tanques.
        Y te falta el peso del sistema y el de la pila de combustible.

        Para que sepas, una de las baterias que mayor densidad tienen son las de Aluminio aire, que llegan aunos 6.000wH/kg.
        Si, seis mil...
        Por supuesto que tienen una serie importantes de problemas por resolver, pero para que veas que el almacenamiento en baterias, te puedes llevar una sorpresa.

        Y una de las ventajas del queroseno, es que el avión se va haciendo más ligero a medida que vuela, así que a la hora de diseñarlo, tienen en cuenta un peso bastante menor a la hora de aterrizar, lo que hace que el avión no esté tan reforzado y eso hace que sea mas ligero.

        Y al ser más ligero, el avion consume menos y necesita menos combustible...

        Con baterias eso no pasa, y hay que diseñar el avion de consecuencia.

        Ero si, por ahora ñas baterias son muy, pero muy pesadas.

    • Lo investigan para aquellos aviones en los que tiene sentido con las densidades energéticas de las baterías actuales: aparatos ligeros que realizan servicios con bajos volúmenes de pasajeros entre distancias cortas, como los vuelos entre islas. Sobrepasar estas cargas y distancias requiere un aumento exponencial de la densidad energética.

  • El tema de usar Hidrogeno en aeronaves da un poco de yuyu...
    Es altamente inflamable, el queroseno civil actual Jet A-1, es como un gasoil limpio y seco, mucho menos inflamable que la gasolina.
    Solo hay que buscar en la hemeroteca, el petardazo del dirigible aleman Hindelberg en el 1937, que usaba Hidrogeno, Hitler pensaba hasta ese dia, que era el transporte de pasajeros ideal.
    Ahora los que hay, como reclamo publicitario, usan Helio.

    • Los alemanes ,también pensaron usar Helio, pero los únicos productores en aquella época, Estados Unidos, no se lo quisieron vender.

  • Será más fácil ver un avión eléctrico que use todo su fuselaje como batería, que ver uno de hidrógeno, en 20 años retomamos el debate.

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