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Los helicópteros convencionales de hoy en día son impulsados por motores térmicos que convierten los combustibles fósiles en energía. Considerados durante mucho tiempo como ideales para el transporte aéreo debido a su capacidad de generar grandes cantidades de energía con una masa limitada de combustible, los combustibles fósiles son igualmente notorios por producir emisiones como el óxido de nitrógeno y el dióxido de carbono (CO2).
La industria de la aviación contribuye con alrededor del 2,5% de las emisiones mundiales de CO2. Ya se han realizado importantes esfuerzos para limitar el consumo de combustible en la aviación, pero es evidente que hay que hacer mucho más, y los helicópteros están a la vanguardia de este esfuerzo. Gracias a su pequeño tamaño y a sus bajas necesidades de potencia en comparación con la mayoría de las aeronaves de ala fija, los helicópteros son el banco de pruebas ideal para las nuevas tecnologías, y las lecciones aprendidas pueden extenderse a aplicaciones de mayor envergadura.
Las soluciones que se están probando hoy en día son muchas: desde reducir la producción de emisiones de los motores térmicos convencionales, hasta ir por el santo grial del vuelo totalmente eléctrico - y todo lo demás.
La hoja de ruta de innovación a largo plazo de Airbus Helicopters implica explorar todas las opciones, elemento por elemento, y realizar mejoras incrementales hacia un futuro con menos emisiones. Aquí hay una mirada a lo que está sucediendo ahora.
Volviéndose menos convencional
"Nuestros ingenieros han recorrido un largo camino para hacer más ecológicas las tecnologías tradicionales, trabajando en una amplia gama de proyectos de investigación que, en algunos casos, ya están reduciendo las emisiones", dice Tomasz Krysinski, jefe de investigación e innovación de Airbus Helicopters.
"El recientemente certificado H160 es el helicóptero más limpio y silencioso de su clase, lo que allana el camino para reducir la huella ambiental en las operaciones de los helicópteros".
Figura 1. Helicóptero H160 de Airbus.
Al integrar las últimas innovaciones tecnológicas de Airbus Helicopters, el bicilíndrico mediano de próxima generación H160 se beneficia de una reducción del 15% en el consumo de combustible, gracias a su motor Arrano de Safran Helicopter Engines, y de una reducción del 50% en los niveles de sonido exterior, gracias a sus palas de rotor principal Blue Edge.
Krysinski cita otros proyectos en curso que apuntan a reducir el consumo de combustible mediante una combinación de aerodinámica mejorada, reducción de peso y ciclos termodinámicos más eficientes, con la esperanza de que algún día se integren tales mejoras en otros productos de helicópteros de Airbus.
Según Krysinski, el último paso es ir a otro tipo de energía, que podría ser el hidrógeno o las pilas de combustible. Esta tecnología ha hecho avances significativos, particularmente en el segmento de las alas fijas, pero los requisitos de potencia de un helicóptero siguen siendo un desafío. Dicho esto, Krysinski espera que las tecnologías de hidrógeno podrían ser lo suficientemente maduras para volar en un helicóptero de demostración tan pronto como en 2029.
También existe el "modo ecológico" de alimentación eléctrica, que permite la pausa y el reinicio de una turbina de gas en vuelo en helicópteros bimotores. Desarrollada con Safran Helicopter Engines, y probada por primera vez en el demostrador Bluecopter (un banco de pruebas H135), esta tecnología generará ahorros de combustible al tiempo que aumentará el rango de los helicópteros.
El modo ecológico se probará a continuación en el prototipo de alta velocidad Racer que se está desarrollando actualmente en el marco del programa de investigación europeo Clean Sky 2, y que tiene como objetivo alcanzar una velocidad de crucero de 220kt y, al mismo tiempo, reducir las emisiones de CO2, NOx y ruido en un 20%, en comparación con los helicópteros actuales.
Figura 2. Diseño del helicóptero Airbus Racer.
Movilidad aérea: un futuro totalmente eléctrico
En el extremo opuesto del espectro está el helicóptero totalmente eléctrico. Persiguiendo esta ambición está el desafío de cómo almacenar la energía eléctrica de manera eficiente, tanto desde la perspectiva de la masa como del volumen, utilizando la tecnología actual. (En los términos más simples, se requiere una gran cantidad de baterías para igualar el rendimiento del combustible. Esto significa que la batería de un coche eléctrico - por no hablar de un helicóptero - puede representar aproximadamente un tercio de su peso en vacío).
Pero Airbus Helicopters es optimista, sobre todo porque la tecnología de almacenamiento de energía eléctrica está mejorando.
"A pesar de los desafíos de ingeniería que tenemos por delante, vemos posibilidades reales en la electrificación", dice Luca Cossetti, Innovative Power Solutions de Airbus Helicopters.
"Una vez que las tecnologías estén listas (por ejemplo, las baterías), el reto será integrarlas en un diseño global de la aeronave y concebir o adaptar sistemas que permitan un vuelo seguro, eficiente y libre de emisiones", siguió comentando el Sr. Cossetti.
La compañía ya ha hecho progresos concretos en la construcción de un prototipo totalmente eléctrico, conocido como CityAirbus. La aeronave de ocho rotores juega un papel clave en el camino hacia los helicópteros de emisión cero.
Con su primer vuelo sin ataduras en diciembre de 2019, CityAirbus ya está permitiendo el desarrollo de pilares tecnológicos clave para la autonomía y la electrificación que contribuirán al desarrollo de la movilidad aérea urbana y de los helicópteros tradicionales por igual.
Figura 3. El CityAirbus del proyecto Urban Air Mobility de Airbus y Audi
El término medio: hibridación
Otra opción es combinar lo mejor de ambos mundos. Esto se conoce como propulsión híbrido-eléctrica, que combina un motor térmico convencional con un sistema de propulsión eléctrica.
"La hibridación nos permite optimizar", dice Cossetti, cuyo equipo está desarrollando una solución de propulsión híbrida para vehículos aéreos.
"Se podría utilizar el motor térmico en determinadas fases del vuelo, optimizando así su eficacia y su consumo para esa situación específica, y compensarlo con energía eléctrica cuando la demanda de energía es mayor, como durante el despegue y el aterrizaje de un helicóptero".
La hibridación también podría conducir a ganancias en la seguridad del vuelo. Ya en 2011, Airbus Helicopters probó con éxito en vuelo un helicóptero monomotor con un motor eléctrico conectado a la caja de cambios principal. La intención de la investigación era ver si, en caso de fallo del motor, el motor eléctrico de reserva podría mantener las revoluciones del rotor durante 30 segundos más, dando al piloto más tiempo para reaccionar y realizar una maniobra de autorrotación hasta el suelo.
Desde esa primera incursión, la tecnología de las baterías ha avanzado significativamente, con "un kilogramo de baterías que ahora proporcionan el doble de energía que antes", según Krysinski.
Diez años después, la ambición del proyecto sigue muy viva. Airbus Helicopters está modificando ahora un helicóptero monomotor H130 de banco de pruebas con un motor eléctrico de 120 kW conectado a la caja de cambios principal, que proporcionará un sistema de respaldo eléctrico de emergencia (electric backup system, EBS) en caso de fallo del motor.
"Estamos ahora más cerca que nunca de conseguir una tecnología híbrida viable que tiene similitudes con la forma en que funcionan los coches híbridos", añade Cossetti.
"Los enfoques de los rotores serían similares a los de los automóviles en la forma en que los sistemas gestionan la sincronización y la mezcla de la generación de energía térmica y eléctrica".
"Estamos planeando optimizar el uso de la energía térmica y eléctrica para mejorar la seguridad general, la eficiencia y disminuir el impacto ambiental (consumo y ruido)".
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