• Cómo ser más ecológico en la realización de pruebas del sistema de propulsión y de motor

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Las pruebas de los subsistemas de las aeronaves son, por necesidad, procesos exigentes. Nadie discute la necesidad de que estas pruebas sean fiables, puesto que la seguridad de la tripulación y de los pasajeros depende de su resultado.

Por ello, históricamente ha habido pocas quejas sobre la cantidad de tiempo y energía que estas pruebas suelen requerir. Ello no significa, sin embargo, que lograr un método más eficiente de probar la capacidad de vuelo de sus productos no sería bien recibido por parte de los fabricantes de aeronaves.

De hecho, el Departamento de Defensa (DoD) de Estados Unidos ya está recibiendo una nueva generación de equipos de prueba de helicópteros que reducirá drásticamente el tiempo, el dinero y la energía dedicados a la prueba de los sistemas de propulsión de las aeronaves. Así, el Departamento de Defensa reemplazará 20 de los antiguos sistemas de prueba por cinco nuevas máquinas más flexibles.

Estos nuevos sistemas de prueba permitirán al Departamento de Defensa implementar nuevos procesos más simples que eviten el gran trabajo que acompaña a la configuración y el desmontaje los bancos de pruebas de última generación. Eliminar esos pasos permitirá a los fabricantes de aeronaves llevar a cabo múltiples operaciones de prueba en un solo turno, en contraposición, a las pruebas únicas que la mayoría puede realizar actualmente.

El potencial de ahorro de energía es aún más impresionante. Se espera que el uso de uno solo de estos nuevos sistemas de prueba de transmisiones en un centro de reparación de helicópteros del Ejército de Estados Unidos proporcione un ahorro de 500.000 dólares en costes de energía en un año.

Reducimos la pérdida de energía

Este ahorro es posible porque los nuevos sistemas regeneran energía durante el proceso de prueba. Esto supone un marcado contraste respecto a los sistemas de prueba que emplean actualmente la mayoría de fabricantes de la industria aeroespacial, que desperdician el 100 % de su energía en forma de calor.

La nueva clase de sistemas de prueba de regeneración eléctrica puede capturar la mayor parte de esa energía para incorporarla de nuevo a la red eléctrica o utilizarla para alimentar la propia máquina. En la mayor parte de los casos, los sistemas de regeneración eléctrica son menos caros de construir, generan menos costes operativos, requieren menos mantenimiento y ofrecen una mayor fiabilidad. En comparación con los sistemas de prueba tradicionales, estos sistemas se amortizarán sobradamente con el tiempo.

La premisa básica de la regeneración eléctrica es reemplazar los métodos tradicionales de frenado, que desperdician la energía generada, por un método que produce energía recuperable, que luego se revierte a la máquina o la red eléctrica local. El sector del automóvil comercial ha sido pionero en la adopción de esta tecnología, utilizando un gran número de dinamómetros de regeneración eléctrica para las pruebas de motores y componentes del sistema de propulsión.

El centro de reparación del Departamento de Defensa mencionado anteriormente utiliza actualmente bancos de prueba construidos hace décadas capaces de realizar una sola prueba, con un consumo excesivo de energía y unos costes muy elevados. De ahí la voluntad del Departamento de Defensa de reemplazar más de 20 de esos bancos de pruebas especializados en sistemas de propulsión por cinco sistemas flexibles en los que pueden probarse múltiples transmisiones y cajas de cambio.

Los sistemas de prueba de transmisiones y cajas de cambio de los helicópteros actuales utilizan una tecnología de frenado tradicional que desperdicia la energía convertida en calor.

En el proyecto de pruebas de helicópteros del Departamento de Defensa, los sistemas de regeneración eléctricos utilizan una arquitectura de bus CC común, que permite una sola conversión de CA a CC en la dirección motriz. La fuerza de frenado regenerativo va directamente a otro inversor, que se impulsa por medio del enlace de bus CC común. Este método elimina dos puntos de conversión en los que la energía se perdería, y aumenta la eficiencia general.

Además, la solución de bus común, junto con el Active Front End (AFE), tiene la capacidad de corregir el factor de potencia, aumentando aún más el ahorro global de un sistema de bus común. Todas las transmisiones AFE permiten un factor de potencia unitario y una baja distorsión armónica total (THD) que cumpla con los estándares armónicos IEEE 519, lo que permite a los sistemas de transmisión mejorar el actual desplazamiento del factor de potencia en las instalaciones del cliente.

El ahorro de energía de este proyecto ha superado las expectativas. Los nuevos sistemas son seis veces más eficientes que los de un banco de pruebas de helicópteros de un solo uso. Funcionando a plena capacidad, el nuevo sistema, diseñado para probar la transmisión principal, tendrá un coste operativo por hora de aproximadamente 400 dólares menos que los sistemas actuales.

El potencial de ahorro de energía es aún mayor en los centros de pruebas del árbol motor, que pueden desperdiciar hasta 5,5 millones de kWh de electricidad en un año, energía suficiente para alimentar 1.500 hogares.

Los sistemas actuales de prueba del árbol motor utilizan frenos refrigerados por agua, que provocan un desperdicio de energía mediante la conversión de la energía en calor perdido.

Además de desperdiciar energía, hay otras desventajas en el uso de sistemas de prueba con frenos refrigerados por agua. La alta tasa de conversión de la energía que tiene lugar en el interior del freno erosiona los componentes internos, por lo que tienen que ser reparados o reemplazados más a menudo. Con estas actividades de mantenimiento tan frecuentes, que afectan a la estructura y la alineación del sistema, se pone en riesgo la precisión de los datos de prueba y la repetibilidad. Además, el proceso de erosión es sensible a la calidad del agua de refrigeración entrante, que debe filtrase y tratarse químicamente de forma continua, añadiendo más costes al proceso de prueba.

Al seleccionar un sistema de pruebas para motores con regeneración eléctrica, se evitan estos inconvenientes, y la mayor parte de la energía del sistema de pruebas puede revertirse de nuevo en la red de energía en forma de electricidad. Este tipo de tecnología de células en las pruebas de motores funciona de manera análoga a las turbinas de viento, y utiliza esencialmente el mismo equipo de conversión, el mismo engranaje de conmutación y los mismos sistemas de gestión de la energía.

Mostramos el potencial global

En todo el mundo, los sistemas de regeneración eléctrica se utilizan de muchas otras maneras para la conservación de energía, como, por ejemplo:

  • El metro de Delhi ha reducido sus requerimientos de energía en un 30 % desde el año 2009 gracias al uso de la regeneración eléctrica en los sistemas de frenado del tren.
  • La construcción de ascensores con tecnología de regeneración eléctrica reduce los costes de energía entre un 20 % y un 40 %, utilizando la energía para alimentar el edificio. Hay un hotel en África que recoge el 30 % de la energía del ascensor y la devuelve al edificio.

Hay al menos un proveedor de sistemas de prueba que está diseñando y construyendo una amplia gama de sistemas de pruebas con regeneración de energía mecánica y eléctrica para la industria aeroespacial, automotriz y de vehículos pesados, y que se compromete a incorporar tecnologías de ahorro de energía en todos sus diseños. Esta tecnología promete revolucionar el mundo de las pruebas de motores y sistemas de propulsión.

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