Actualmente, un 2% de las emisiones humanas de C02  a la atmósfera surgen de la navegación aérea. Este hecho junto al aumento de tráfico aéreo pronosticado durante los próximos años ha hecho que los fabricantes, las compañías aéreas y los proveedores de servicios de navegación hayan aunado esfuerzos para conseguir un sector más eficiente medioambientalmente. Una de las formas que más se están explotando en la actualidad es la evolución de los sistemas mecánicos, hidráulicos y neumáticos de la aeronave hacia sistemas eléctricos y electrónicos, más ligeros, con mayor fiabilidad y con menores mantenimientos, diseñando el Avión Más Eléctrico (More-Electrical Aircraft, MEA).

Por ejemplo, en el comienzo de la aviación, los sistemas de control de vuelo eran controlados directamente por un sistema mecánico desde la cabina. Este sistema dependía de la fuerza del piloto, y en algunas ocasiones, como cuando la velocidad de vuelo era muy alta, era prácticamente imposible poder controlar la aeronave debido a las grandes fuerzas aerodinámicas. Por ello, Airbus adaptó este sistema a uno controlado eléctricamente denominado fly-by-wire en su A320. Su éxito fue rotundo y poco a poco las aeronaves fueron electrificando sus sistemas, llegando a diseños como el Boeing Dreamliner 787, donde sistemas tradicionalmente hidráulicos y neumáticos como el de presurización de la cabina o el de antihielo ya son totalmente eléctricos.

Electricidad avión

Sistema de distribución centralizado y descentralizado (Boeing).

Este proceso ha requerido la evolución de todo el sistema eléctrico de la aeronave, desde los generadores hasta las cargas. En las aeronaves, la generación de energía eléctrica se produce por el movimiento de alternadores arrastrados por los motores. Los aviones convencionales usaban un dispositivo hidromecánico llamado Constant Speed Drive (CSD), que permitía que la velocidad del alternador no variara, proporcionando una frecuencia constante de 400 Hz a la red eléctrica. Sin embargo, el peso y el mantenimiento de este dispositivo hicieron que desapareciera, apareciendo las redes de frecuencia variable.

El sistema de distribución de la aeronave también se ha visto modificado. En aeronaves tradicionales, solamente había un centro de distribución de energía eléctrica, donde se sitúan los transformadores, relés y otros dispositivos destinados para control y protección del sistema eléctrico. Actualmente, las nuevas aeronaves tienen un centro principal de distribución que lleva la energía a otros más pequeños, que pueden ser controlados remotamente por otros elementos de electrónica de potencia como semiconductores de estado sólido. Además, el voltaje del bus principal de distribución es el doble, pasando de 115 V a 230 V. Al aumentar el voltaje, la intensidad que circula por los cables disminuye, pudiendo instalar cables más pequeños y reduciendo el peso del sistema eléctrico.

Electrificacion avion

Arquitectura de sistema de distribución eléctrica con bus principal de 270V DC y 115V AC

Finalmente las cargas también se han visto cambiadas debido al nuevo sistema de distribución de frecuencia variable. Algunos sistemas como bombas o motores varían su comportamiento con la frecuencia, por tanto ha sido necesario sustituirlos o usar convertidores de frecuencia. Estos convertidores también han evolucionado, sobre todo el campo de los materiales, donde los semiconductores de SiC permiten una operación a mayores temperaturas con menores pesos.

A pesar de los brutales cambios que han aparecido durante los últimos años, el proceso de electrificación sigue evolucionado. Arquitecturas con distribución eléctrica en corriente continua de alto voltaje (HVDC), sustitución del generador de energía auxiliar (APU) por células de combustibles o baterías o motores sin sagrado de aire para mejorar su rendimiento son las nuevas propuestas para poder pasar al siguiente nivel: El Avión Totalmente Eléctrico (All-Electrical Aircraft, AEA).

Todas estas mejoras en el sistema eléctrico permiten la inclusión de nuevos sistemas eléctricos que mejoren el rendimiento en la operación de la aeronave. Por ejemplo, ALTRAN investiga, a través de la solución de I+D de la división ASD, en la aplicación de sistemas nuevos sistemas eléctricos para la mejora de eficiencia de las aeronaves. Un ejemplo es el proyecto ARIS (Auxiliary Rear Impulse System), que consiste en el montaje de un sistema de propulsión eléctrico situado en el fuselaje trasero de un avión comercial  tipo, y de la mejora de eficiencia propulsiva por el efecto aerodinámico de la capa límite sobre el fuselaje.

Electrificacion avion

Sistema ARIS

Para más información, contactar con aerospace.spain@altran.com.

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Jesús Barba González

Jesús Barba González

Graduado en Ingeniería Aeroespacial en la especialidad de Navegación y Sistemas Aeroespaciales y estudiante del Master de Electrónica Industrial (UPM). Comenzando su trayectoria profesional en el área de i+d de Altran AS&D, donde da soporte eléctrico y electrónico al proyecto ARIS. Apasionado por la electrónica y la innovación.
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