La vuelta al mundo en un avión solar
El Solar Impulse aspira a volar día y noche sin combustible gracias a esta energía optimizada desde el panel solar hasta la hélice y al trabajo de todo un equipo de especialistas.
La aviación es uno de los conceptos más íntimamente ligados a nuestra economía actual basada casi exclusivamente en el consumo del petróleo. Todavía estamos muy lejos de poder tanto fabricar como operar nuestros Boeings y Airbus si no quedara una gota de petróleo.
Algunos pesimistas sostienen que el volar en avión será pronto una actividad exclusiva en la medida que aumente el costo de extracción del petróleo, que se encuentra cada vez más profundo y difícil de obtener.
Por esta razón, nos motiva ver adelantos tecnológicos que avanzan en esta dirección. La semana pasada presentamos el Skyspark que voló a 250km/h con un motor 100% eléctrico alimentado por celdas de hidrógeno.
Hoy presentamos otro proyecto que parece de ciencia ficción: un avión que dará la vuelta al mundo en 36 horas alimentado exclusivamente por energía solar. El Solar Impulse es un aparato de envergadura desmesurada para su peso y de una calidad aerodinámica inigualable.
El desafío: En un mundo dependiente de las energías fósiles, el proyecto Solar Impulse es una paradoja, casi una provocación: aspira a hacer despegar y volar de manera autónoma por un único piloto por escala, día y noche, un avión propulsado exclusivamente por energía solar por lo tanto sin ningún tipo de contaminación ambiental.
La administración de energía condiciona la esencia del proyecto, desde las dimensiones de la estructura hasta los límites extremos de masa. Al mediodía, cada metro cuadrado de superficie terrestre recibe el equivalente a 1000 W. Distribuida en 24 horas, la energía del sol tan sólo proporciona un promedio de 250 W/m². Con 200 m² de celdas fotovoltaicas y 12% de rendimiento total de la cadena de propulsión, la potencia promedio generada por los motores del avión no pasa de los 8 CV.
El Solar Impulse aspira a volar día y noche sin combustible gracias a esta energía optimizada desde el panel solar hasta la hélice y al trabajo de todo un equipo de especialistas. Cabe aclarar que el avión hará 4 escalas en su recorrido: despegará en los Emiratos Árabes, pasará por China, Hawai, Florida, y España antes de volver a su origen.
Cada escala tiene una duración de 5 días, tiempo máximo que puede razonablemente soportar un piloto en el reducido habitáculo. Sin embargo, se prevé lograr el vuelo sin escalas cuando se diseñe el modelo capaz de hospedar a dos pilotos. Una animación del recorrido se puede ver aquí.
Ficha técnica:
- Envergadura: 63.40 m
- Longitud: 21.85 m
- Altura: 6,40 m
- Peso: 1600kg
- Propulsión: 4 motores eléctricos de 10CV
- Celdas solares: 11628
- Velocidad media: 70km/h
- Altitud máxima: 8500 m
Se eligieron 12.000 celdas fotovoltaicas de silicio monocristalino de 130 micrones de espesor por su capacidad de combinar ligereza y rendimiento. La mayor limitación actual del proyecto está ligada a las baterías. Puesto que éstas son todavía pesadas, obligan a reducir drásticamente el peso del resto del avión, a optimizar toda la cadena energética y a maximizar el rendimiento aerodinámico mediante un gran alargamiento y un perfil de ala diseñado para velocidades bajas.
Con una densidad energética de 200 Wh/kg, la masa de acumuladores necesaria para un vuelo nocturno se eleva a 400 kg, es decir, más de un 1/4 de la masa total del avión. Mejorar la capacidad de las baterías permitiría embarcar un segundo piloto, así como disminuir la envergadura del avión o aumentar la velocidad de vuelo.
El rendimiento de las celdas establecido para el proyecto es de alrededor del 20%. Los criterios utilizados para esta selección fueron el rendimiento y el peso. Las celdas elegidas están fabricadas en silicio mono-cristalino de fino espesor. Hoy en día existen tecnologías experimentales más eficientes de hasta un máximo de 30% de rendimiento, pero son demasiado pesadas. Es evidente que una mejora en este aspecto permitirá mejorar el funcionamiento del avión y reducirá sus dimensiones o aumentará la carga transportada.
Bajo las alas se encuentran 4 motores, una batería de litio polímero compuesta de 70 acumuladores y un sistema de gestión que controla el nivel de carga y temperatura. El aislamiento térmico se ha diseñado de manera tal que conserve el calor desprendido por las baterías, permitiendo así que funcionen a -40 ºC y 8,500 metros de altitud. Cada motor presenta una potencia máxima de 10 CV, con un reductor que limita a 200-400 revoluciones/minuto el giro de su hélice bipala de 3.5 metros de diámetro.
El sistema informático de a bordo recibe y analiza cientos de parámetros útiles para pilotear el avión de forma óptima. Ofrece información relevante al piloto, transmite los datos más importantes al equipo de trabajo en tierra y, sobre todo, administra la potencia óptima a los motores dados la configuración del vuelo y del estado de carga de las baterías. El avión es así capaz de corregir y minimizar su propio consumo de energía.
Existen tantas formas de energía a administrar como fenómenos de conversión a comprender y optimizar:
- Luminosa, en la irradiación solar eléctrica a nivel de celdas fotovoltaicas, baterías y motores
- Química, en las baterías
- Potencial, cuando el avión gana altitud
- Mecánica mediante el sistema de propulsión
- Cinética, cuando el avión gana velocidad
- Térmica para todas las pérdidas (rozamiento, calentamiento) que se intentan minimiza
Esperamos que esta misión sea exitosa y pueda ser el inicio de una nueva era. Quizás en 100 años cuando el petróleo sea solo un recuerdo, el Solar Impulse sea tan famoso como lo son hoy los hermanos Wright, Antoine de Saint Exupéry y Jean Mermoz.