Un sistema de deshielo de aeronaves que ahorra energía
La formación de hielo en vuelo se produce cuando las gotas de agua de las nubes o la llovizna se congelan al chocar contra una aeronave. Por eso es tan importante que el fuselaje, y especialmente las alas y los escapes del motor, estén protegidos contra la formación de hielo. Tal y como explica el coordinador del proyecto InSPIRe, Helmut Kuehnelt, del Instituto Austriaco de Tecnología AIT: «Esto suele conseguirse de dos maneras. Ya sea mediante los procedimientos antihielo, en los que se impide la formación de hielo, o mediante los de deshielo, en los que se elimina el hielo una vez formado». Las grandes aeronaves de pasajeros suelen emplear sistemas térmicos antihielo que utilizan aire caliente purgado de los motores para evitar la formación de hielo. Sin embargo, estos sistemas tienen que estar alimentados continuamente, por lo que consumen mucha energía.
Los retos de la aplicación de la tecnología antihielo
De hecho, para las aeronaves de transporte regional más pequeñas, la limitada energía eléctrica disponible a bordo implica que la tecnología térmica antihielo no es viable. «Reconocimos la necesidad de un sistema de deshielo con una demanda mínima de energía, adaptado específicamente a las aeronaves de transporte regional, que además no requiriera demasiado mantenimiento», afirma Kuehnelt. Por ello, el equipo del proyecto InSPIRe se propuso diseñar y desarrollar un sistema electrotérmico integrado de protección contra el hielo de las alas (EWIPS, por sus siglas en inglés) de bajo consumo. El objetivo era demostrarlo a escala real en un iwt (túnel de viento engelante) (IWT, por sus siglas en inglés). «Queríamos demostrar que un sistema electrotérmico de deshielo podía proteger eficazmente contra el hielo, calentando repetidamente varias zonas sin necesidad de alimentarlas continuamente», explica Kuehnelt.
Demostración del concepto de deshielo de bajo consumo
Para lograrlo, se diseñó desde cero el nuevo concepto del EWIPS. En primer lugar, se realizaron análisis numéricos detallados del flujo de aire, la acumulación de hielo y el concepto de deshielo. A continuación, el borde de ataque del ala —la parte del ala que primero entra en contacto con el aire— se desarrolló específicamente para la aplicación de un prototipo de tecnología de capa calefactora. Esto permitió al equipo colocar las zonas de calefacción lo más cerca posible unas de otras, para reducir al mínimo los espacios sin calentar. La integración del calentador se validó con numerosas pruebas. También se desarrolló el «hardware» electrónico para la alimentación y el control del EWIPS. «Sin embargo, la fabricación del prototipo del borde de ataque, con fuente de alimentación integrada y sensores térmicos en miniatura, supuso un verdadero reto —señala Kuehnelt—. Tras un primer ensayo fallido, fue necesario desarrollar nuevas herramientas y procesos de fabricación». No obstante, el equipo del proyecto perseveró, y el método del EWIPS de bajo consumo de InSPIRe se demostró satisfactoriamente en el IWT del Centro Italiano de Investigación Aeronáutica (CIRA) hacia finales de 2022. «Los resultados demostraron un ahorro de energía del 25 % utilizando el concepto de InSPIRe en comparación con un sistema de deshielo tradicional, y un ahorro de energía estimado del 70 % en comparación con un sistema antihielo tradicional —añade Kuehnelt—. Esto también repercutirá en el consumo total de combustible y las emisiones de los aviones».
Ahorro de combustible operativo
La aplicación comercial final de esta tecnología de deshielo de bajo consumo podría ayudar a las compañías de transporte regional a conseguir importantes ahorros de combustible. El borde de ataque del prototipo demostró ser muy robusto, y el equipo capaz de superar los contratiempos iniciales para alcanzar sus objetivos. «Esperamos que estos resultados contribuyan a que en el futuro las aeronaves sean más eficientes desde el punto de vista energético y, por tanto, más limpias —afirma Kuehnelt—. Por supuesto, habrá que revisar algunos aspectos del proyecto para madurar más la tecnología y optimizar el sistema para las aeronaves». La tecnología del EWIPS de bajo consumo de la que es pionero InSPIRe también podría resultar atractiva para otras aplicaciones aeronáuticas, como otras aeronaves de pasajeros y drones de mayor tamaño. «Podrían existir oportunidades de mayor alcance para aprovechar estos resultados», concluye Kuehnelt.
Palabras clave
InSPIRe, aeronave, deshielo, térmico, EWIPS, aeronáutica, flujo de aire, electrotérmico
