Alexandre Marchetti/ Itaipu BinacionalZaramella, de ACS, y Novais, de Itaipú: cooperación tecnológicaAlexandre Marchetti/ Itaipu Binacional
El primer avión eléctrico tripulado de Brasil despegará en marzo desde la pista del aeropuerto Professor Urbano Ernesto Stumpf, en São José dos Campos, interior paulista. El vuelo prevé una duración de 10 a 15 minutos. El avión es un monomotor eléctrico de dos plazas y fue denominado Sora-e. El programa de pruebas proseguirá en los días siguientes hasta que la aeronave realice un vuelo de 1 hora y 30 minutos de duración, a una velocidad crucero de 190 kilómetros por hora (km/h), su autonomía máxima. A continuación, en abril, el avión partirá hacia Foz do Iguaçu, en el estado de Paraná, donde sorteará una segunda y definitiva serie de evaluaciones, que llevarán a cabo en conjunto ACS-Aviation, la compañía que proyectó el avión, y el equipo del Centro de Investigación, Desarrollo y Montaje de Vehículos Impulsados por Electricidad (CPDM-VE) de Itaipú Binacional, colaboradora en el montaje de la aeronave. De esa manera, quedará concluido el proyecto del Sora-e, un avión conceptual. El siguiente desafío será el desarrollo de una versión comercial de la aeronave eléctrica.
El ingeniero Alexandre Zaramella, director asociado de ACS e mentor del Sora-e, dice que esa nueva versión demandará dos años de trabajo. El objetivo es la construcción de dos nuevas versiones, una deportiva y otra de entrenamiento. La primera será en el formato de un motoplaneador. El aparato utilizará un motor eléctrico para despegar ‒prescindiendo del remolque aéreo habitual‒ y para realizar las maniobras de aterrizaje. La propulsión eléctrica permitirá un planeo que podría superar unas tres horas. La segunda versión se utilizará para comercializar las aeronaves eléctricas, para su empleo en el entrenamiento de pilotos.
| Fabricante: |
| ACS Aviation_ São José dos Campos |
| Cooperación tecnológica: |
| Centro de Investigación, Desarrollo y Montaje de Vehículos Impulsados por Electricidad de Itaipú Binacional |
| Propulsión: |
| Dos motores eléctricos alimentados por baterías de litio |
| Plazas: |
| 1 piloto y 1 pasajero |
| Usos: |
| Planeador sin necesidad de remolque y para entrenamiento de pilotos |
A largo plazo, Zaramella vislumbra un potencial mucho mayor para su empresa y su proyecto de aeronaves impulsadas por electricidad. La aviación comercial, a través de la Organización de la Aviación Civil Internacional (Oaci), asumió el compromiso de mejorar la eficiencia energética de las aeronaves y, progresivamente, reducir las emisiones de carbono a la mitad en 2050, teniendo como base los índices de 2005. “Para adecuarse a esta norma, la industria deberá utilizar sistemas de propulsión no convencionales, como por ejemplo, el eléctrico”, dice el ingeniero. “Actualmente, no son más de una docena las empresas en todo el mundo las que se dedican al desarrollo de aviones eléctricos. Cuando el Sora-e despegue, seremos una de las pocas con un aparato probado en vuelo. Todos los demás estarán atentos a las soluciones que desarrollemos, lo cual abre nuevas posibilidades de negocios”, dice.
Entre las empresas que trabajan en el desarrollo de aeronaves eléctricas, Airbus es una de las pocas de gran porte. En abril de 2014, la compañía europea realizó en Burdeos, Francia, el vuelo inaugural del prototipo e-Fan 2.0, un bimotor de dos plazas con una potencia total de 60 kilovatios (kW) provista por una batería de polímero de iones de litio. La autonomía es de una hora, con 15 minutos de reserva. La aeronave se está desarrollando para el entrenamiento de pilotos. Durante el año pasado, también tuvo lugar el primer vuelo del Solar Impulse 2 en una base aérea en Suiza. El avión dispone de cuatro motores eléctricos alimentados por 17.200 células solares, instaladas sobre una superficie alar mayor que la de un Boeing 747. Se trata de un avión experimental, con el cual sus creadores, Andre Borschberg y Bertrand Piccard, proyectan dar la vuelta al mundo en 2015.
Los motores eléctricos tienen un gran potencial en la industria aeronáutica por dos motivos, analiza Zaramella. El primero de ellos es ambiental, puesto que esos motores no emiten gases contaminantes en la atmósfera y generan bajo ruido. El segundo es económico, a raíz de la mayor eficiencia de los motores eléctricos en relación con los de combustión (gasolina, etanol, diésel, querosén), que ostentan un desperdicio del 73% de su combustible. En un vehículo eléctrico, el desperdicio total es del 10%, sumando un 8% en la batería y un 2% en el motor. Si se suman también los desperdicios previos a la llegada del combustible al vehículo, la diferencia es aún mayor. En una refinería, se pierde el 12% del petróleo procesado, mientras que la energía perdida en el proceso de generación y distribución eléctrica es del 5%. “En la actualidad, para movilizar el parque automotor brasileño, quemamos una cantidad de energía equivalente a la que generarían 9,3 centrales de Itaipú por año. Si fuera eléctrico, con una Itaipú y media se podría abastecer la demanda”, dice el ingeniero Celso Novais, coordinador brasileño del Proyecto Vehículo Eléctrico de Itaipú Binacional.
Alexandre Marchetti/ Itaipu BinacionalInstrumento de análisis de los motores del aviónAlexandre Marchetti/ Itaipu Binacional
Novais afirma, sin embargo, que los desafíos que deben superarse para tornar populares a los vehículos eléctricos aún son grandes. Se deben reducir costos y ampliar la vida útil de las baterías, aumentar la autonomía de los vehículos, reducir el tiempo de recarga e incluso instalar la infraestructura para realizarla. Simultáneamente, es necesario invertir en nuevos modelos de piezas y partes para aligerar su peso y adecuarlas a la propulsión eléctrica. “El desarrollo de soluciones para cada uno de esos problemas es la tarea a la cual se dedica el CPDM-VE de Itaipú”, dice Novais. El programa de vehículos eléctricos de la empresa binacional se instauró en 2006 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 173). Por medio de colaboraciones, ya produjo más de 100 Palio Weekend eléctricos junto al equipo de Fiat en las instalaciones de Itaipú, y también ensamblará 32 vehículos compactos Renault Twizy, que ya arribaron a Brasil en 2014 con la configuración SKD (semiknow-how), es decir, montados parcialmente. “El CPDM-VE ya produjo versiones eléctricas de camiones, automóviles, vehículos todoterreno, ómnibus y está trabajando en la producción de un ómnibus híbrido a etanol y en vehículos livianos sobre rieles (VLTs) para su uso en el transporte urbano. Todos esos esfuerzos apuntan al dominio de la tecnología de la movilidad eléctrica, enfocándose en la ayuda a la industria para una producción nacional”, explica Novais.
En la aviación con propulsión eléctrica, los retos son aún mayores, dice Novais, toda vez que la cadena de proveedores de partes y piezas es incipiente y muchos de los desarrollos parten prácticamente de cero. Eso es lo que ocurrió con el Sora-e. Alexandre Zaramella relata que en algunos casos tuvo que recurrir a soluciones caseras, por ejemplo, para la producción de la batería y software de control, buscar proveedores que desarrollen material específico y encargar piezas fabricadas a medida en otros casos. “No somos tan sólo ensambladores, somos desarrolladores, ya que no existen piezas estándar para la construcción de un avión eléctrico”, dice.
El Sora-e está dotado de dos motores eléctricos de 35 kW cada uno, el modelo Enrax provisto por la empresa eslovena Enstroj. La energía proviene de seis packs de baterías de polímero de iones de litio, que totalizan 400 voltios. Las baterías fueron montadas por la propia ACS, utilizando células de la empresa surcoreana Kokam. La hélice es de paso fijo y está elaborada en madera y carbono, y fue desarrollada en conjunto entre ACS y la californiana Craig Catto, que está entre los fabricantes de hélices con mejor concepto, para la aviación experimental de todo el mundo. Con esa configuración, el avión eléctrico de ACS ofrece una relación de ascenso de 1.500 pies por minuto, alcanza una velocidad máxima de 340 km/h y su autonomía de vuelo es de 1 hora y 30 minutos, viajando a 190 km/h.
Alexandre Marchetti/ Itaipu BinacionalEn Foz do Iguaçu, vista de la cabina del Sora-eAlexandre Marchetti/ Itaipu Binacional
Trayectoria de desarrollo
El proyecto del Sora-e comenzó en 2010, cuando ACS obtuvo una subvención de 500 mil reales de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep) para el desarrollo de un sistema eléctrico para aeronaves. El proyecto concluyó en septiembre de 2014, cuando el Sora-e aprobó los test de prueba y simulaciones realizados por el CPDM-VE de Itaipú. La empresa ACS-Aviation fue fundada en São José dos Campos por Zaramella y otros dos socios en 2005, que ya no están en la empresa. Todos son ingenieros mecánicos graduados en la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG) y trabajaron en Embraer. El primer producto de la compañía fue el Sora, una aeronave de propulsión por combustión, liviana y deportiva, destinada a a acrobacias aéreas. El Sora-e es la versión eléctrica de ese modelo. La empresa también desarrolla vehículos aéreos ‒eléctricos y de combustión‒ no tripulados, los Vants, para uso militar y civil, y efectúa servicios de ingeniería para la industria de defensa nacional.
Según Zaramella, el principal desafío para la nueva etapa del proyecto de aviación eléctrica de ACS consiste en ampliar la autonomía de las aeronaves. A tal fin, cuenta con desarrollos en dos áreas distintas. Hay un sector en el cual ACS no interviene. Se trata de la evolución de la industria internacional de baterías de litio. Con todo, el ingeniero relata que las perspectivas que se presentaron en publicaciones y foros internacionales son muy buenas. “Se estima que en 2018 tendremos baterías capaces de sostener vuelos de cuatro o cinco horas a velocidad crucero de 250 km/h en un avión eléctrico biplaza”, dice.
Soluciones integradas
También puede lograrse una mayor autonomía de vuelo en ACS reduciendo el peso de la aeronave. Cuanto más liviana, menos energía es necesaria para su sostenimiento. Éste es un asunto en el que la empresa concentra su atención, dice Zaramella. El Sora-e tiene 8 metros de envergadura (de un extremo al otro de sus alas) y pesa 650 kilogramos, de los cuales 100 kg corresponden tan sólo a la batería, y 26 kg al motor. La estructura está construida en un compuesto a base de fibra de carbono, lo cual de por sí le garantiza un peso reducido. Los componentes estructurales que se emplean son nacionales, desarrollados con base en estudios de materiales compuestos. Para un nuevo modelo de avión eléctrico, dice Zaramella, ACS ya estudia la aplicación de innovaciones en materiales compuestos carbonosos que constituyen el objetivo del desarrollo de dos proyectos inscritos en el Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) de la FAPESP, y que lleva adelante la empresa Multivácuo Aeroespacial, encabezados por el profesor Jossano Marcuzzo, de la Facultad de Tecnología de São José dos Campos (Fatec-SJC).
Celso Novais, de Itaipú Binacional, dice que las soluciones en materiales desarrolladas por ACS están siendo seguidas de cerca por el CPDM-VE. “ACS ha sido muy eficiente para hallar alternativas en materiales que reducen el peso de la aeronave sin que esto implique una pérdida de su resistencia mecánica. Ya estamos analizando la factibilidad de esas soluciones en otros vehículos”, dice Novais. Por ahora, el equipo del proyecto de vehículos eléctricos de Itaipú se encuentra abocado al desarrollo de un ómnibus eléctrico híbrido, que funcionará con etanol y baterías de sodio, para utilizarlo durante los Juegos Olímpicos de 2016, en Río de Janeiro. “Actualmente, los chasis de los autobuses se fabrican en hierro, para garantizar la resistencia a los esfuerzos mecánicos, lo cual los torna pesados. Pero si comprobamos la factibilidad del uso del material compuesto que se aplicó en el Sora-e para la producción del chasis, tendremos un ómnibus más liviano que requerirá menos combustible”, dice el ingeniero.
Republicar