miércoles , 13 diciembre 2017
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Aviones del Futuro

Cómo Lucirán Los Aviones Comerciales en el 2050

La industria aeronáutica ha pronosticado un aumento de siete veces en el tráfico aéreo para el 2050 y un aumento de cuatro veces en las emisiones de gases de efecto invernadero a menos que se hagan cambios fundamentales. Pero ¿qué tan “fundamentales” serán estos cambios y cuál será su efecto en los aviones que utilizamos?

Boeing Dream Lifter despegue

El siguiente paso crucial para asegurar que la industria aeronáutica se vuelva más verde, o ecológicamente amigable, es la electrificación completa de los aviones comerciales. Esto significa cero emisiones de CO2 y NOx y la energía para suplementar las aeronaves debe provenir de centrales eléctricas, las cuales son a su vez, son alimentadas por fuentes de energía sostenible. La principal barrera tecnológica que debe superarse es la densidad energética de las baterías; es decir la cantidad de energía que se puede generar de una batería de un cierto peso.

Contaminación de los aviones

El director ejecutivo de Tesla, Elon Musk ha dicho que una vez que las baterías sean capaces de producir 400 vatios-hora por kilogramo, con una relación de celda/célula de potencia a la masa total de entre 0,7-0,8, entonces podremos considerar la posibilidad de un avión transcontinental eléctrico.

Elon Musk

Teniendo en cuenta que las baterías de iones de litio eran capaces de alcanzar densidades de energía de 113Wh / kg en 1994, 202Wh / kg en 2004 y ahora son capaces de aproximadamente 300Wh / kg, es razonable suponer que alcanzarán los 400Wh / kg en la próxima década.

Batería de litio del futuro

Otro aspecto es la caída exponencial en el costo de los paneles solares, que ya se han convertido en la forma más barata de generar energía en la mayoría de los Estados Unidos. La reducción esperada del 70% en el coste de las baterías de iones de litio para 2025 y el rápido aumento del costo del combustible a reacción basado en queroseno, significará que habrá una disparidad grande y creciente en los costos requeridos para mantener las aeronaves. Esto favorecerá en gran medida la electrificación de la industria aeronáutica. Las razones por las cuales la transición va a ser lenta no son de índole tecnológico, sino que están arraigadas a fuerzas políticas económica y políticas las cuales tienden a mantener el statu quo.

Biocombustibles Mientras Esperamos:

Si se considera que la vida útil promedio de los aviones de pasajeros y de carga es de alrededor de 21 y 33 años respectivamente, incluso si todas las aeronaves nuevas fabricadas a partir de mañana fueran totalmente eléctricas, la transición de las aeronaves con combustibles fósiles duraría de dos a tres décadas.

Biocombustibles y el futuro

Mientras tanto, los biocombustibles ofrecen reducciones de las emisiones de carbono entre 36-85%, dependiendo la variabilidad del tipo de tierra utilizada para cultivar los cultivos combustibles. Puesto que cambiar de un combustible a otro es relativamente sencillo, se trata de una opción tentadora que vale la pena perseguir antes de eliminar completamente los motores de combustión.

Aviones y biocombustible

A pesar de que una mezcla de combustible contendiendo biocombustible-keroseno fue certificada en 2009, la industria aeronáutica no tiene prisa para implementar el cambio. Hay pequeños obstáculos tecnológicos y problemas relacionados con la ampliación de la producción de biocombustibles a niveles industriales.

Avion siendo disenado

La adopción de cualquier nueva tecnología aeronáutica -desde la investigación, hasta el diseño de bocetos, las pruebas y la integración completa- suele ser un proceso de una década. Dado que el motor de combustión se eliminará a mediados de siglo, parecería más económico y ecológico innovar en otras áreas: diseño de fuselaje, investigación de materiales, diseño de propulsión eléctrica y control de tráfico aéreo.

Prototipo de aun avión futurista

Como podemos ver, estamos viviendo en un mundo de cambio exponencial en la tecnología. Necesitamos salir de nuestro pensamiento cotidiano lineal, para concebir plenamente y hacer uso de lo que tenemos para dar forma al futuro.

Por ejemplo, en términos del coste de la potencia computacional, la tecnología informática está avanzando más cada hora que en sus primeros 90 años. Con esto en mente, podemos proyectar que el equivalente de una computadora de $ 1.000 USD hoy, en el 2023 será más poderoso que el potencial intelectual de un ser humano y, para el 2045, superará la capacidad intelectual equivalente a todos los cerebros humanos combinados.

desarrollo capacidad almacenamiento

La miniaturización de la electrónica digital durante el último medio siglo ha seguido una tendencia exponencial similar. Si analizamos por ejemplo el tamaño de las puertas de los transistores, estas han sido reducidas desde aproximadamente 1.000 nanómetros en 1970 a 23 nanómetros hoy en día. Con el advenimiento de los transistores de grafeno, mostrando gran potencial, se espera que caiga aún más a unos 7 nanómetros para 2025. En comparación, un glóbulo rojo humano es de aproximadamente 6.200-8.200 nanómetros de ancho.

Globulo rojo y un micro mecanismo

Juntando este aumento, en la potencia computacional y la disminución en el tamaño de los circuitos, y añadiendo el progreso alcanzado en la tecnología de impresión en 3D, en algún momento de la próxima década podremos producir computadoras integradas lo suficientemente poderosas como para controlar un avión en tiempo real, con la misma eficiencia que nuestras neuronas controlan muchos aspectos de nuestra fisiología. Es decir, las aeronaves del futuro tendrán interconexiones inalámbricas de dispositivos digitales de nano-escala.

Alas de avión plegable

El uso de un “sistema nervioso” digital, biológicamente inspirado, con receptores dispuestos sobre los sensores del avión, monitorearía parámetros tales como temperatura, los estados del flujo de aire, etc. mejorando drásticamente la eficiencia energética.

Cortar la Cola

Una vez que se construyan los aviones eléctricos, el siguiente paso sería integrar un sistema de propulsión estabilizado con una especial de cardán o gimbal, que puede proporcionar empuje en cualquier dirección. Esto eliminará la necesidad de los elevadores, timones y superficies de control de cola, que requieran los diseños actuales, pero que añaden una masa y una resistencia significativas.

Avion prototipo de Boeing y Nasa

Las alas que se están diseñando hoy en día, ya están cerca de su límite en cuanto a eficiencia aerodinámica, pero todavía no le hacen justicia a lo que la naturaleza ha logrado en las aves. Las plantillas de diseño de aeronaves tienen un siglo de antigüedad – limitadas por las limitaciones del día, pero la tecnología ha cambiado desde entonces.

Futuro de las alas de aviones

Ya no necesitamos construir alas como estructuras rígidas con superficies de control discretas. Podemos recurrir al mundo natural para la inspiración, No hay duda de que la imaginación de la naturaleza es mucho mayor que la de los hombres.

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