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5.3.1 Aviones y avionetas

Actualmente esta tecnología se encuentra en fases de investigación para poder utilizarla en grandes aviones de pasajeros, ya que a día de hoy solo permite la propulsión de pequeños aparatos. Lo que si se considera es su uso como sistemas de implementación en APUs (Auxiliary Power Unit).

Se espera que los beneficios de las celdas de combustible en el ámbito de la aviación sean numerosos, en relación a la reducción de emisiones y a la disminución del consumo de combustible. Estos sistemas llaman la atención en aplicaciones eléctricas debido a su elevada densidad energética.

Los aviones consumen potencia eléctrica para el suministro de sistemas tales como la iluminación o actuadores electro-hidráulicos. En un avión convencional esta potencia eléctrica proviene de generadores que son impulsados por el eje de un motor. En tierra, cuando los motores están apagados, los aviones utilizan unidades auxiliares para el suministro de potencia. Los sistemas basados en pilas de combustible pueden ser una alternativa a la combinación de motores de generación y unidades auxiliares de potencia. Como estos dispositivos son independientes del motor, podrían generar potencia eléctrica en el aire y también en tierra [103].

En el 2008 Boeing uso una pila de hidrógeno junto con baterías de litio para un vuelo tripulado por primera vez. El sistema generaba energía que alimentaba un motor eléctrico acoplado a una hélice convencional. Para despegar y aterrizar se utilizaron las baterías de litio, pero a la altura de crucero se desconectaron las baterías y se utilizó la energía proporcionada por la pila de hidrógeno para volar a 100 km/h durante 20 minutos.

El primer avión propulsado únicamente por pilas de hidrógeno se presentó en 2009 en Alemania. Se trata de un avión de 20 metros de envergadura, con un peso de 660 kg. Su primer vuelo duró media hora y consiguió alcanzar velocidades de 170 km/h. La eficiencia que alcanzó este sistema fue del 44%, superando en casi el doble, a la eficiencia de un sistema de combustión interna.

5.3.2 Drones

Más actualmente, están llamando la atención los vehículos aéreos no tripulados o UAVs, más conocidos como drones. A las pilas a utilizar en estos vehículos se les impone un peso

mínimo, con bajas emisiones acústicas y térmicas, y que permitan una elevada autonomía de vuelo.

Como la mayoría de los actuadores de los drones son eléctricos y no van tripulados, estos vehículos son ideales para los ensayos de vuelo con pilas de combustible. En la actualidad no existe ningún dron comercial que funcione con pilas de combustible, suelen estar propulsados por baterías, motores eléctricos o motores de combustión interna.

Para drones con misiones que requieran baja potencia y elevada autonomía, las pilas de combustible se ven favorecidas con respecto a las baterías o a los motores de combustión interna.

El dron mostrado en la figura 5.7, utiliza un sistema híbrido de propulsión, con pila de hidrógeno y baterías. Este prototipo es el primer dron multi-rotor impulsado por hidrógeno del mundo, que ha establecido un récord de vuelo de 4 horas duración sin parar, que es casi 6 veces el promedio de tiempo de vuelo empleado en vehículos aéreos no tripulados. Con esta tecnología se conseguirá ampliar la duración de los vuelos de estos vehículos, que a día de hoy es su mayor inconveniente.

Este año (2016) se ha presentado la primera batería de hidrógeno sólido con utilidad para drones. Con este tipo de pila se facilita la manipulación por parte de los usuarios. La empresa que la ha realizado es HES Energy Sistems.

Figura 5.7: Dron Hycopter propulsado por pila de hidrógeno. Fuente: Tecnoneo

Figura 5.9: Pila de hidrógeno HES Figura 5.8: Cartucho de

Según el fabricante, este nuevo sistema de suministro de la energía eléctrica, permite un considerable aumento de la duración de los vuelos, con respecto a las pilas de membrana polimérica (PEM), reduciendo los costes de manipulación, almacenamiento y transporte del hidrógeno.

El sistema se denomina Aeropack-S, y es mucho más ligero en comparación con las baterías de litio (LiPo) empleadas normalmente en drones.

La última versión de las pilas de combustible de hidrógeno puede almacenar 900 Wh de energía eléctrica utilizable, con un peso de 2 kg. Por tanto, puede aumentar la autonomía de vuelo hasta un 300% más que las baterías de litio.

Para las pilas de combustible alcalinas, destaca la empresa Vonen, que ha rediseñado la tecnología, utilizando un electrolito de gel, que permite su uso en ambientes con temperatura y humedad variables. Este tipo de electrolito ni se seca ni se moja, y tampoco puede salir de la pila. Pero si fuese necesario se puede cambiar o rellenar. Esta empresa utiliza un diseño cilíndrico que soporta mejor las vibraciones y los impactos.

Estas pilas están equipadas normalmente con depósitos internos de hidrógeno, almacenado en hidruros metálicos. La propia pila puede almacenar 40 dm3 _{de hidrógeno.}

Debido a su estructura modular, se pueden conectar varias pilas en serie o en paralelo para conseguir la potencia nominal requerida. De este modo, teóricamente, no existiría límite máximo de potencia.