Airbus, por medio de su filial UpNext y Toshiba han firmado un acuerdo paras trabajar juntas en la investigación de la superconductividad aplicada a motores eléctricos para aviones.
Airbus UpNext, filial de Airbus dedicada a la investigación y desarrollo en diversos campos, ha firmado un acuerdo con Toshiba Energy Systems & Solutions por el que ambas empresas cooperarán y compartirán experiencias en tecnologías superconductoras para futuros aviones propulsados por hidrógeno.
Estas tecnologías se basan a su vez en técnicas criogénicas, en las que se emplea hidrógeno líquido a -253 grados centígrados tanto como combustible para generar electricidad, como para refrigerar los diferentes sistemas del motor. Su principal ventaja es que se mejora significativamente la eficiencia energética y su rendimiento a la hora de transmitir la potencia.
El primer objetivo de esta colaboración será el desarrollo de un motor superconductor de 2 megavatios, aprovechando la experiencia de Toshiba en tecnología superconductora para un alto flujo de corriente, tecnología de accionamiento de motores para un control preciso de la corriente y tecnología avanzada de maquinaria rotativa para un funcionamiento estable a alta velocidad.
Un motor eléctrico funciona haciendo girar un rotor con imanes dentro de un estator que genera un campo magnético. A mayor tamaño de ambos, más potencia. Pero claro, llega un momento que ese motor llega a ser demasiado grande para poder ser usado, por ejemplo en un avión. Además, al aumentar la corriente, la resistencia eléctrica de la bobina genera calor; si la temperatura sube demasiado, daña la bobina.
La solución pasa por, primero, sustituir los imanes por electroimanes que generan un magnetismo más fuerte, y luego hacer que las bobinas del electroimán sean superconductoras. Todo ello combinando ligereza con una gran resistencia estructural. Las partes giratorias lo hacen a tal velocidad que deben resistir fuerzas centrífugas de unas 8.000 gravedades (g).
La mayoría de los aviones de combate tienen una estructura capaz de soportar fuerzas de 9 g instantáneas, sin retorcerse mucho, y normalmente están limitados a unas 7,5 g en operaciones normales. En las catapultas de un portaviones, normalmente estas generan una aceleración de entre 3 y 4 g.
“La superconductividad es el punto de resistencia eléctrica cero, y se consigue sustituyendo las bobinas normales, normalmente de alambre de cobre, por bobinas de un material superconductor. Cuando la resistencia en la bobina es cero, ni siquiera la aplicación de una gran corriente genera calor, y se puede obtener un campo magnético intenso. Hacer que la bobina electromagnética de un motor sea superconductora es la clave para aumentar al máximo la potencia del motor manteniendo un tamaño reducido”, explican desde Toshiba.
El gran problema técnico, sin embargo, es mantener un objeto en movimiento a una temperatura criogénica. Para ello es preciso mantener una buena refrigeración continua del motor.
Grzegorz Ombach, vice presidente senior y jefe de I+T Disruptiva de Airbus ha señalado que: “Esta asociación representa un paso natural y esencial en el avance de la tecnología de motores superconductores para satisfacer las necesidades de la industria aeroespacial, dado que la asociación con Toshiba representa una oportunidad única para superar las limitaciones de los actuales motores eléctricos superconductores parciales y convencionales”.
Ambas empresas trabajaban independientemente en sendos motores de 2 megavatios, de tecnología superconductora, Cryoprop en el caso de Airbus. El de Toshiba lleva un par de años en desarrollo, además de casi 50 años de trabajos en aplicaciones con tecnologías superconductoras en generadores eléctricos para diversas aplicaciones.
El motor de Toshiba “pesa sólo unos cientos de kilogramos, tiene un diámetro exterior de unos 50 cm y una longitud total de unos 70 cm (eje excluido)” Con todo, es un reto, ya que como también han explicado desde Toshiba: “La competencia por desarrollar un motor superconductor como componente central para aeronaves es intensa, pero hasta ahora nadie ha logrado desarrollar un motor ligero y compacto que alcance la potencia requerida, 2 MW, y que pueda montarse en un avión”.
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