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Potencial de los aviones de celdas de combustible de hidrógeno para aplicaciones comerciales con tecnologías avanzadas de fuselaje y propulsión

Autores: Karpuk, Stanislav; Freund, Yannik; Hanke-Rauschenbach, Richard

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Potencial de los aviones de celdas de combustible de hidrógeno para aplicaciones comerciales con tecnologías avanzadas de fuselaje y propulsión


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Celdas de combustible
Aviones de combustión
Sostenible
Aviones comerciales
Emisiones
Tecnología

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 39

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El presente trabajo demuestra un estudio comparativo de las pilas de combustible de hidrógeno y los aviones de combustión para investigar el potencial de las pilas de combustible como un sistema de propulsión visionario para aviones comerciales de medio a largo alcance radicalmente más sostenibles. El estudio, que consideró tecnologías futuras de fuselaje y propulsión bajo el proyecto Se2A, se llevó a cabo para cuantificar las posibles emisiones y costos asociados con tales aeronaves y para determinar los beneficios y desventajas de cada opción de sistema energético para diferentes segmentos de mercado. Las tecnologías futuras consideradas en el presente trabajo incluyen control de flujo laminar, alivio activo de carga, nuevos materiales y estructuras, motores turbofan de relación de derivación ultra alta, sistemas de gestión térmica más eficientes y motores eléctricos superconductores. Se utilizó un marco de dimensionamiento inicial de multifidelidad con bloques de análisis de restricciones y misión acoplados para el dimensionamiento paramétrico de aviones y cálculos de todas las características necesarias. Los análisis realizados para tres aeronaves de referencia de diferentes tamaños y rangos concluyeron que los aviones de pilas de combustible podrían tener aumentos en los costos operativos del orden del 30% en comparación con las configuraciones de combustión de hidrógeno, y fueron causados por aumentos sustanciales en el peso y el consumo de combustible. Los cambios en las emisiones de las configuraciones de pilas de combustible en vuelo a gran altitud se redujeron progresivamente de los segmentos de medio alcance a los de largo alcance, pasando de ser similares a la combustión de hidrógeno para el medio alcance a un 24% para grandes aviones de largo alcance, aunque los aviones de pilas de combustible consumen entre un 22% y un 30% más de combustible que los aviones de combustión. Los resultados demuestran un impacto ambiental positivo de la propulsión por pilas de combustible para aplicaciones de largo alcance, las posibilidades de ser una solución más universal en términos de emisiones, si se satisfacen los deseados métricas de rendimiento tecnológico optimistas. El estudio también demuestra requisitos tecnológicos que aumentan progresivamente para aviones más grandes, lo que hace que la viabilidad de la aplicación de largo alcance sea más desafiante. Por lo tanto, es imperativo un desarrollo sustancial de las tecnologías de pilas de combustible para aviones de largo alcance. El artículo también enfatiza la importancia de las tecnologías de fuselaje y propulsión y la necesidad de producción de hidrógeno verde para lograr las emisiones deseadas.

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