Estudio Paramétrico de un Sistema de Gestión Térmica por Refrigeración Líquida para Aeronaves Híbridas de Celdas de Combustible
Autores: Habrard, Valentine; Pommier-Budinger, Valérie; Hazyuk, Ion; Jézégou, Joël; Benard, Emmanuel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Estudio Paramétrico de un Sistema de Gestión Térmica por Refrigeración Líquida para Aeronaves Híbridas de Celdas de Combustible
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Avión híbrido
Sistema de gestión térmica
Rendimiento
Pila de combustible
Emisiones
Nivel de componente del TMS
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
Los aviones híbridos ofrecen un camino lógico para reducir la huella de carbono de la aviación. El sistema de gestión térmica (TMS) a menudo se pasa por alto en la evaluación del rendimiento de los aviones híbridos a pesar de su gran importancia. Después de presentar la arquitectura del TMS, este estudio realiza un análisis de sensibilidad sobre varios parámetros del rendimiento de un avión híbrido de celda de combustible adaptado, considerando tres niveles jerárquicos: el avión, el sistema de celda de combustible y los componentes del TMS. El objetivo es minimizar las emisiones de CO mientras se mantienen los estándares de rendimiento. A nivel del avión, se variaron la velocidad de crucero, la potencia de la celda de combustible y la temperatura ISA para evaluar su impacto. Reducir las velocidades de crucero puede disminuir las emisiones hasta un cierto porcentaje, y aumentar la potencia de la celda de combustible de 200 kW a 400 kW reduce las emisiones en un cierto porcentaje. Las temperaturas del aire ambiente más altas también impactan significativamente en las demandas de refrigeración. En cuanto a la celda de combustible, reducir la temperatura del apilamiento de 80 grados C a 60 grados C aumenta el flujo de masa de aire de refrigeración requerido y la resistencia del TMS. A nivel de componentes del TMS, diferentes refrigerantes y geometrías de aletas de intercambiador de calor revelan efectos de bajos a moderados en las emisiones y la carga útil. En general, a pesar de algunas mejoras en las elecciones de diseño, el avión convencional aún puede lograr emisiones de CO más bajas por unidad de carga útil.
Descripción
Los aviones híbridos ofrecen un camino lógico para reducir la huella de carbono de la aviación. El sistema de gestión térmica (TMS) a menudo se pasa por alto en la evaluación del rendimiento de los aviones híbridos a pesar de su gran importancia. Después de presentar la arquitectura del TMS, este estudio realiza un análisis de sensibilidad sobre varios parámetros del rendimiento de un avión híbrido de celda de combustible adaptado, considerando tres niveles jerárquicos: el avión, el sistema de celda de combustible y los componentes del TMS. El objetivo es minimizar las emisiones de CO mientras se mantienen los estándares de rendimiento. A nivel del avión, se variaron la velocidad de crucero, la potencia de la celda de combustible y la temperatura ISA para evaluar su impacto. Reducir las velocidades de crucero puede disminuir las emisiones hasta un cierto porcentaje, y aumentar la potencia de la celda de combustible de 200 kW a 400 kW reduce las emisiones en un cierto porcentaje. Las temperaturas del aire ambiente más altas también impactan significativamente en las demandas de refrigeración. En cuanto a la celda de combustible, reducir la temperatura del apilamiento de 80 grados C a 60 grados C aumenta el flujo de masa de aire de refrigeración requerido y la resistencia del TMS. A nivel de componentes del TMS, diferentes refrigerantes y geometrías de aletas de intercambiador de calor revelan efectos de bajos a moderados en las emisiones y la carga útil. En general, a pesar de algunas mejoras en las elecciones de diseño, el avión convencional aún puede lograr emisiones de CO más bajas por unidad de carga útil.