La posibilidad de alimentar una aeronave ligera liberando la energía almacenada en hidrógeno dentro de un conjunto de celdas de combustible
Autores: Olsen, John
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
La posibilidad de alimentar una aeronave ligera liberando la energía almacenada en hidrógeno dentro de un conjunto de celdas de combustible
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Motor eléctrico
Pila de celdas de combustible
Almacenamiento de hidrógeno
Tanques criogénicos
Tanques de alta presión
Eficiencia energética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
En este trabajo, examinamos la posibilidad de convertir una aeronave ligera propulsada por hélice, alimentada por un motor de combustión interna de encendido por chispa y pistón que funciona con AVGAS, en una impulsada por un motor eléctrico alimentado por un conjunto de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones que funciona con hidrógeno. Nuestros estudios sugieren que almacenar hidrógeno de manera criogénica es una mejor opción que almacenarlo a presión. En comparación con los tanques criogénicos, los tanques de alta presión son extremadamente pesados e inaceptables para aeronaves ligeras. Mostramos que la aeronave modificada (incluidas las baterías) no es más pesada que la original, y que la disposición de los componentes principales resulta en un menor movimiento del centro de gravedad de la aeronave a medida que consume hidrógeno. Sin embargo, reconocemos que nuestra aeronave de pilas de combustible no puede almacenar la misma cantidad de energía que la original que funciona con AVGAS. Por lo tanto, a pesar de que el conjunto de pilas de combustible es notablemente más eficiente que un motor de combustión interna, hay una reducción en el alcance de la aeronave de pilas de combustible. Uno de nuestros hallazgos más importantes es que la cantidad de energía que necesitamos disipar al entorno a través de la transferencia de calor es significativamente mayor de un conjunto de pilas de combustible que de un motor de combustión interna. Esto es particularmente cierto cuando intentamos hacer funcionar el conjunto de pilas de combustible a altas densidades de corriente. Para controlar este problema, nuestra estrategia durante la fase de crucero es hacer funcionar el conjunto de pilas de combustible a su máxima eficiencia, donde la densidad de corriente es baja. Dimensionamos el conjunto de pilas de combustible para producir al menos suficiente potencia para el crucero, y cuando requerimos potencia adicional, añadimos la energía almacenada en las baterías para compensar la diferencia.
Descripción
En este trabajo, examinamos la posibilidad de convertir una aeronave ligera propulsada por hélice, alimentada por un motor de combustión interna de encendido por chispa y pistón que funciona con AVGAS, en una impulsada por un motor eléctrico alimentado por un conjunto de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones que funciona con hidrógeno. Nuestros estudios sugieren que almacenar hidrógeno de manera criogénica es una mejor opción que almacenarlo a presión. En comparación con los tanques criogénicos, los tanques de alta presión son extremadamente pesados e inaceptables para aeronaves ligeras. Mostramos que la aeronave modificada (incluidas las baterías) no es más pesada que la original, y que la disposición de los componentes principales resulta en un menor movimiento del centro de gravedad de la aeronave a medida que consume hidrógeno. Sin embargo, reconocemos que nuestra aeronave de pilas de combustible no puede almacenar la misma cantidad de energía que la original que funciona con AVGAS. Por lo tanto, a pesar de que el conjunto de pilas de combustible es notablemente más eficiente que un motor de combustión interna, hay una reducción en el alcance de la aeronave de pilas de combustible. Uno de nuestros hallazgos más importantes es que la cantidad de energía que necesitamos disipar al entorno a través de la transferencia de calor es significativamente mayor de un conjunto de pilas de combustible que de un motor de combustión interna. Esto es particularmente cierto cuando intentamos hacer funcionar el conjunto de pilas de combustible a altas densidades de corriente. Para controlar este problema, nuestra estrategia durante la fase de crucero es hacer funcionar el conjunto de pilas de combustible a su máxima eficiencia, donde la densidad de corriente es baja. Dimensionamos el conjunto de pilas de combustible para producir al menos suficiente potencia para el crucero, y cuando requerimos potencia adicional, añadimos la energía almacenada en las baterías para compensar la diferencia.