Prototipo de avión eléctrico tripulado
Grupo de Investigación – GESETIC (Gestión de Sistemas Energéticos con Tecnologías de Información y Comunicación)
Aliado Estratégico del Sector Aeronáutico – WACSA SAS. (World Aircraft Company South América)
Señor Don MAXIMO TEDESCO
Ingeniero Aeronáutico 51 Años de Experiencia
Fabricando Aviones en Colombia
LÍNEA DE INVESTIGACIÓN
Línea 1: Eficiencia Energética. Grupo GESETIC.
Línea 2: Aeronáutica: Aviación LSA. Grupo GESETIC.
Línea 3: Almacenamiento de Energía. Grupo GESETIC.
Resumen del proyecto
El presente proyecto tiene por objeto realizar la implementación de un prototipo de avión eléctrico tripulado del tipo ultraliviano similar al conocido comercialmente como MXP-1000®, de la Empresa WACSA SAS, siguiendo las siguientes fases durante el desarrollo del proyecto: Marco normativo legal, factibilidad ambiental, técnica y económica para realizar el reemplazo de un motor de combustión interna alimentado por gasolina por un motor eléctrico alimentado por baterías para una autonomía de aproximada de una (1) hora de vuelo. La aeronave será de aplicación múltiple: Entrenamiento, Aviación deportiva, aplicaciones agrícolas y aerofotografía.
Foto: Instrumentos de medición Avión LSA.
Fuente: Tomada por Álvaro Espinel.
Propuesta anteproyecto de investigación
El Grupo de Investigación GESETIC, Gestión de Sistemas Energéticos con Tecnologías de Información y Comunicación, reconocido y clasificado por COLCIENCIAS, adscrito a la Facultad de Ingeniería busca estableció una alianza estratégica de cooperación con la Empresa del Sector Aeronáutico, para adelantar el presente proyecto, el cual por su naturaleza será multidisciplinar.
La Empresa WACSA SAS, es liderada por el Ingeniero Aeronáutico de origen italiano domiciliado en Cali- Valle del Cauca llamado MAXIMO TEDESCO, quien tiene aproximadamente 51 años de experiencia fabricando aviones.
Formulación del problema
Aspectos ambientales debido a la contaminación que producen los motores de combustión interna, ruido, incluidos los desechos como aceites lubricantes, son ineficientes por ser un ciclo térmico que genera mucho calor y porque a mayor altura disminuye su eficiencia por la falta de oxígeno cuando no son sobrealimentados, el mantenimiento es costoso porque las piezas sufren desgaste debido a las condiciones críticas en que operan entre ellas temperaturas extremadamente altas.
- El motor de combustión es costoso porque requiere muchas piezas en movimiento y de muy alta calidad, también requiere instrumentación costosa para supervisar y controlar su operación costosa.
- El mantenimiento del motor de combustión interna es muy costos y los periodos exigidos para su realización son relativamente cortos. TSO-TBO.
Pregunta de investigación
¿Cómo se debe realizar legal, técnica, económica, de manera segura y teniendo en cuenta aspectos ambientales la transformación de un avión ultraliviano convencional con motor de combustión interna a un avión completamente eléctrico alimentado con baterías, con el fin de mejorar la eficiencia energética, reducir los costos de operación y de mantenimiento?
Objetivos
Objetivo General
El presente proyecto tiene por objeto realizar la implementación de un prototipo de avión eléctrico tripulado del tipo ultraliviano similar al conocido comercialmente como MXP-740® o similar, siguiendo las siguientes fases durante el desarrollo del proyecto: Marco normativo legal, marco normativo técnico y de seguridad, factibilidad ambiental, técnica y económica para realizar el reemplazo de un motor de combustión interna alimentado por gasolina por un motor eléctrico alimentado por baterías para una autonomía de entre media y una hora de vuelo con el fin de analizar la posibilidad de un gran emprendimiento. La aeronave será de aplicación múltiple: Entrenamiento, Aviación deportiva, aplicaciones agrícolas y aerofotografía.
Objetivos Especificos
- Estudio del marco normativo nacional e internacional.
- Elaborar modelo teórico del Avión seleccionado
- Caracterizar el avión con motor de combustión interna.
- Diseñar el sistema eléctrico de potencia para el avión eléctrico, con el fin de seleccionar el motor, sistema de monitoreo, supervisión y control junto con el banco de baterías que soporten al menos una hora de vuelo inicialmente.
- Implementar el Prototipo y realizar pruebas con el Motor Eléctrico.
- Analizar resultados y mejoras en la eficiencia energética.
- Concluir sobre la factibilidad de un emprendimiento.
Justificación
- Aspectos Ambientales: Menor contaminación que la producida por los motores de combustión interna.
- Mejora en procesos de eficiencia energética: Un motor de combustión interna en el mejor de los casos es de un 40% versus el motor eléctrico que puede superar el 95%.
- Aspectos técnicos de mantenimiento: Por tener solo una parte móvil el motor eléctrico tienen ventajas considerables respecto del motor de combustión interna que posee muchas piezas que operan en un régimen de temperaturas extremadamente altas y que están sujetas a un permanente y continuo desgaste.
- Aspectos Económicos en el motor: El motor eléctrico es más económico que el motor de combustión interna por no tener tantos componentes y por qué su mantenimiento es más sencillo. Las altas exigencias del motor de combustión interna, la instrumentación y los componentes eléctricos hacen que su costo sea muy elevado.
- Menores costos de la energía eléctrica: Los costos de la energía eléctricas son mucho menores.
Aspectos de innovación
Indudablemente la mejora en los motores eléctricos, controladores, sistemas de baterías y en los materiales para la fabricación de los mismos que han hecho que se reduzca el peso para los dos elementos mencionados, lo que constituye aspecto innovador. Por otra parte es conveniente citar que la fabricación del fuselaje del avión y de los planos hacia el futuro en materiales compuestos hace que la aviación inicie un verdadero proceso de transformación e innovación.
Confiabilidad
El motor eléctrico es mucho más confiable que un motor de combustión interna por su alta eficiencia pues no trabaja con tantas partes móviles y no trabaja en un régimen de tan altas temperaturas.
El motor eléctrico es más confiable porque en realidad podría ser de dos (2) o tres (3) devanados lo que permite que si uno de ellos falla el motor pueda operar al 66% de su potencia en el caso de ser de tres (3) devanados o al 50% de su potencia en el caso de ser de dos (2) devanados. Quiere decir lo anterior que un motor eléctrico en realidad en su interior podría albergar dos (2) o tres (3) motores y en caso de falla de uno (1) o dos (2) de los restantes quedarían operativos.
Conocimiento y apoyo de grupos de investigación
La universidad Distrital, cuenta con grupos de investigación y profesionales altamente capacitados en gestión y eficiencia energética que tienen los conocimientos necesarios y suficientes para dirigir y hacer realidad este proyecto y para lo cual requiere del apoyo de una empresa reconocida en el campo de la aeronáutica.
Los profesionales que se tienen previsto vincular al proyecto tienen también un amplio conocimiento de tecnologías de información y comunicación, instrumentación, simulación e ingeniería de software que son fundamentales para realizar el proyecto. Es una gran oportunidad para el país, para la Universidad Distrital y para la Empresa del sector aeronáutico que decida apoyar esta iniciativa de proyecto relacionado con investigación, innovación y desarrollo tecnológico.
Oportunidades para un gran emprendimiento
El proyecto propuesto abre las puertas a un gran emprendimiento como puede ser la conformación junto con un aliado estratégico del sector aeronáutico, para proponer hacia el futuro procesos de reconversión tecnológica con aeronaves existentes o para proponer la fabricación de pequeños aviones con la posibilidad de atender el mercado nacional e internacional.
Estado del Arte
Historia de la fabricación de ultralivianos en Colombia
El ingeniero caleño Máximo Tedesco, funda el 3 agosto de 1971 su primera empresa aeronáutica, denominada AGROCÓPTEROS LTDA. En 1974, se introduce el primer producto desarrollado: un autogiro monoplaza para fumigación aérea, introduciendo así en Colombia el concepto de fumigación a “Ultra Bajo Volumen”, lo cual reduciría hasta en un 60% los costos de aplicación de insumos para el agro nacional.
Esta Empresa ha evolucionado y ahora se denomina WACSA, ha hecho los mejores aportes al país en temas de innovación y emprendimiento en el sector Aeronáutico. World Aircraft Company South America (WACSA)
- Primeros prototipos aeromodelos y ultralivianos
Tipos de propulsión tipicos en aviación comercial
- Tipos de propulsión eléctrica propuestos
- Pipistrel (https://www.pipistrel-aircraft.com/)
- PETREL. Fabrica de aviones en Argentina.
La Universidad Nacional de La Plata y la empresa Proyecto Petrel S.A., la única fábrica nacional privada de aviones de Argentina, firmaron un acuerdo para construir el primer avión eléctrico del país. La aeronave funcionará íntegramente con baterías de litio, una fuente de energía limpia que no requiere de los combustibles fósiles contaminantes.
El primer avión eléctrico de Argentina empieza a levantar vuelo. El proyecto nace de un acuerdo entre la Universidad Nacional de La Plata y la empresa Proyecto Petrel S.A., que trabajarán en conjunto para construir esta aeronave 100 % ecológica.
Motores Eléctricos
- Motores eléctricos para LSA
Los motores eléctricos para LSA (Light Sport Aviation) se han venido desarrollando desde principios del siglo, muestra de ello es la empresa francesa Electravia (www.electravia.fr) quien ha recibido una mención especial por parte de los miembros del jurado de los «Premios Talentos de Innovación Técnica y Tecnológica», según informa la citada web.
- Motores eléctricos, Sistemas de Control, Supervisión, Monitoreo y Baterias
Se realizó un contacto directo de manera personal con la Empresa MGM. COMPRO®, que ofrecen en el sitio: https://www.mgm-compro.com/products/50-80kw- electric-motors/, motores hasta de 150 Kw, para aviones del tipo ultraliviano.
- Motores eléctricos
- Control eléctrico
- Sistemas de baterías para motores eléctricos para ultraligeros
Las celdas de batería a base de litio son actualmente la mejor tecnología de almacenamiento de energía disponible, que es excepcional principalmente por su alta densidad de energía y la capacidad de suministrar altas corrientes. Tener en cuenta las densidades de energía en watios hora/kilogramo.
- Almacenamiento en Baterías
Hoy en día, la mayoría de los aviones de propulsión eléctrica utilizan sistemas de baterías del tipo de iones de litio. Similares a las utilizadas en Sistemas Celulares. Tales baterías pueden ser producidas a relativo bajo costo y se puede escalar para construir sistemas más grandes de varios cientos de kWh de energía.
Los sistemas actualmente disponibles proporcionan un contenido de energía específica de masa de hasta 200 Wh/kg a 267 Wh/kg.
Litio-Azufre y Litio-Oxígeno son dos sistemas sobre los que se investiga y el desarrollo están enfocados. Si bien los sistemas basados en azufre han alcanzado el estado de prototipo práctico (después de más más de 50 años de desarrollo), los sistemas basados en oxígeno aún están empezando.
- Densidades de Energía baterías Iones de LITIO. (Retrospectiva 2011)
- Densidades de Energía baterías Iones de LITIO. (Prospectiva 2025)
- Balance Energético-Factibilidad. Baterias 267 wh/kg- Li-pol
