El papel de los sistemas de tanques de hidrógeno eficientes en la revolución de la aviación sostenible

Se requieren materiales especializados, paredes más gruesas y un aislamiento adecuado para minimizar la entrada de calor a través de los tanques de hidrógeno.

Recientemente, Simple Flying destacó la importancia del hidrógeno como alternativa al combustible para aviones comerciales. Simple Flying también exploró los desafíos asociados con el almacenamiento y el uso de hidrógeno como fuente de energía. Si bien es difícil determinar si las ventajas del hidrógeno superan los desafíos, se han realizado investigaciones técnicas para identificar soluciones únicas para el almacenamiento de hidrógeno.

El combustible de hidrógeno puede ser un candidato ideal para aviones de corta y media distancia debido a su mayor densidad de energía (tres veces) que el combustible para aviones. El hidrógeno no emite dióxido de carbono ni óxido de nitrógeno cuando se genera a partir de energías renovables.

Los motores de turbina de gas convencionales pueden modificarse para utilizar hidrógeno líquido (LH2) como combustible para la combustión. El aire presurizado del compresor de alta presión se puede mezclar con hidrógeno líquido atomizado antes de encenderse en la cámara de combustión.

Uno de los desafíos más importantes de LH2 es su densidad volumétrica. El hidrógeno es significativamente más liviano que el combustible para aviones y requiere cuatro veces más volumen de almacenamiento en el avión que el combustible para aviones. El almacenamiento a bordo de hidrógeno líquido ha sido un desafío para los fabricantes de aeronaves.

Se requieren cilindros criogénicos para almacenar LH2 manteniendo el volumen al mínimo. Los tanques criogénicos almacenan hidrógeno a temperaturas de congelación profunda (aproximadamente -420 grados F/-250 grados C).

El peso requerido de hidrógeno puede ser solo alrededor de un tercio del combustible para aviones, pero la necesidad de un volumen mucho mayor aumenta el peso estructural de la aeronave. Como resultado, se necesita un sistema de tanque de almacenamiento eficiente para lograr la sustentabilidad del hidrógeno en la aviación. Cabe señalar que, a diferencia del combustible para aviones, los cilindros de hidrógeno pueden tener un diámetro demasiado grande para caber en las alas de los aviones.

Además, con el combustible para aviones almacenado en los tanques de las alas, el centro de gravedad de la aeronave se gestiona de manera eficiente durante todo el vuelo. El centro de gravedad puede ser otro desafío con el uso de tanques LH2.

Los tanques de almacenamiento deben estar fabricados con materiales especializados para soportar temperaturas extremas. Además, los tanques deben tener paredes gruesas y proporcionar suficiente aislamiento entre chimeneas para minimizar la entrada de calor a través de las paredes del tanque. La fuga de calor puede hacer que el LH2 hierva y absorba el calor circundante necesario para mantener el LH2 a temperaturas de congelación. Los fabricantes de tanques criogénicos tienen como objetivo mantener la condición de evaporación por debajo del 1% por día.

La forma de los tanques debe ser lo más parecida a una esfera posible para minimizar las pérdidas de diseño. Una esfera expone la menor superficie por masa sostenida de LH2. Para mantener el centro de gravedad, los tanques de LH2 de igual tamaño deben colocarse de manera que no afecten el momento de cabeceo o basculamiento de la aeronave.

Se pueden colocar pilas de tanques esféricos en la sección delantera de la aeronave (justo detrás de la cabina en la cubierta inferior) y en la sección trasera (justo delante del plano de cola). Una técnica de matraz de vacío con aislamiento adicional en la parte superior garantizará que se minimice la condición de ebullición de LH2. Si el tanque pierde el vacío, las capas de aislamiento contienen la entrada de calor dentro del sistema.

El tanque puede contener una mezcla de LH2 y gas hidrógeno (H2). La presión de H2 se controla a través de la válvula de regulación a medida que las bombas y las válvulas dirigen el LH2 al sistema de combustión. Vale la pena mencionar que el LH2 debe convertirse a la forma gaseosa en un intercambiador de calor antes de usarse en el sistema de turbina.

¿Qué piensa sobre el diseño del sistema del tanque de hidrógeno a bordo del avión propulsado por hidrógeno? Cuentanos en la sección de comentarios.

Escritor - Omar es un entusiasta de la aviación que tiene un Ph.D. en Ingeniería Aeroespacial. Con numerosos años de experiencia técnica y de investigación en su haber, Omar tiene como objetivo centrarse en las prácticas de aviación basadas en la investigación. Además del trabajo, a Omar le apasiona viajar, visitar sitios de aviación y observar aviones. Con sede en Vancouver, Canadá