Siglo XXI: El renacimiento de los dirigibles

Los habitantes de Maine (EEUU) que hayan mirado al cielo últimamente habrán tenido una visión del futuro… aunque pensaran que vieran algo de un pasado lejano. Y es que los ingenieros de la compañia Science Applications International (SAIC) han estado probando en la zona un nuevo tipo de vehículo del tipo más-ligero-que-el-aire.

A primera vista, el vehículo Skybus 80K tiene la misma forma alargada y oblonga que los dirigibles cuyos principios de funcionamiento no han cambiado desde 1800. Pero esta nave, uno de los vehículos comerciales y militares actualmente en desarrollo, realmente rompe con la tradición. A diferencia de sus primos los dirigibles de siglos pasados, estos nuevos vehículos están diseñados para elevar grandes cargas, permanecer en vuelo durante semanas o meses sin aterrizar y para navegar sin pilotos. Y todo eso gastando menos combustible que un avión tradicional o un avión no tripulado actual. Por ejemplo, el avión no tripulado Predator UAV puede transportar 340Kg de carga en una misión típica de 40 horas. El SkyBus 1500E, que puede llevar piloto o navegar autónomamente, puede llevar 3 veces más carga y permanecer en el aire hasta 21 días.

Un dirigible vuela principalmente mediante el principio de Arquímedes, que describe la fuerza de flotación que sufre un cuerpo sumergido en un fluido más denso que él mismo. Es decir, un dirigible opera más cómo un submarino que como un helicóptero. Mientras que estos últimos deben generar el 100% del empuje necesario para volar del flujo de aire sobre sus alas (o rotores), en un dirigible se usa un gas no inflamable como el Helio para conseguir el empuje vertical.

Cuando el gas desplaza un volumen de aire que pesa más que toda la nave (incluyendo el combustible y la carga), el dirigible comienza a flotar. El empuje resultante es lo que se llama la fuerza de flotabilidad estática del dirigible. Por ejemplo, para elevar 1Kg (estando a nivel de mar), se necesita aproximadamente 1 metro cúbido de Helio. Los dirigibles pesan considerablemente más que eso, por supuesto; el recientemente estrenado Skybus llega hasta 1600 kg sin carga.

Los ballonets

El gas va dentro de la superficie externa del dirigible, una inmensa bolsa de un tejido que es aerodinámico, ligero y fuerte. Dentro de esa superficie externa hay una o más bolsas más pequeñas, llamadas ballonets que contiene aire normal y corriente. En tierra, bombas eléctricas llenan los ballonets hasta que la presión del Helio que rodea los ballonets excede la presión atmosférica por un pequeño margen, de unos 480 pascales:



(Fuente)

Los ballonets ocupan entre un 25 y un 50% del total del volumen del dirigible. Expulsando una cantidad controlada de aire hacia el exterior por medio de válvulas deja espacio para que el Helio se expanda conforme la nave se eleva.

Al ascender la nave, la presión atmosférica va decreciendo, lo que causa que el Helio dentro del dirigible se vaya expandiendo continuamente. Una vez que todo el aire ha sido expulsado de los ballonets, el dirigible no puede subir más a menos que expulse el Helio. Este punto se conoce como la altitud de presión del dirigible. Para descender, el dirigible debe usar bombas eléctricas para bombear aire nuevamente en los ballonets. El sistema que controla el gas debe estar constantemente controlando que la presión del Helio permanezca ligeramente por encima de la de la atmósfera circundante para preservar la forma aerodinámica.

Fuentes de energía regenerativas

Si todo lo que un dirigible hiciese fuese subir y bajar, la combinación de gases y ballonets sería suficiente. Pero la nave también necesita energía eléctrica (para los sistemas electrónicos a bordo) y propulsión para navegar a su destino. Casi todos los dirigibles usan motores a gasolina, aunque cada vez más los ingenieros optan por sistemas de propulsión y energía alternativos.

Una idea es un sistema regenerativo basado en incorporar células fotoeléctricas y células de combustible, en el que Hidrógeno se usa como combustible resultando en electricidad y vapor de agua. La energía solar puede usarse para volver a separar el vapor de agua en sus componentes, y el hidrógeno así generado puede volver a utilizarse en la célula de combustible.

Aplicaciones militares

Un ambicioso proyecto de los militares norteamericanos es el Army’s Long Endurance Multi-Intelligence Vehicle, o LEMV, que será capaz de portar 1100Kg hasta una altura de 6000 metros por hasta 21 días sin repostar. Su primera misión será en Afganistán a finales de 2011 o en 2012. Las compañías encargadas de su construcción será finalmente Northrop Grumman y Hybrid Air Vehicles.

Para operar en la ligera atmósfera a tanta altitud durante tanto tiempo, un dirigible debe ser muy ligero (al menos en comparación con otros capaces de vuelos más bajos) y disponer de un sistema de propulsión que no requiera mucho Oxígeno. Para estos vehículos se está considerando usar motores eléctricos acoplados a baterías de Ion-Litio, células de combustible y células fotoeléctricas dispuestas en enorme superficie superior del dirigible. En cualquier caso, se necesitarán motores más ligeros que los estándares en aviación actual.

En resumen, estamos en una época interesante para los dirigibles. Estos gigantes aún están lejos de estar explotados al máximo, y aunque algunos piensen que pasó el tiempo de estos Leviatanes del aire, en realidad sus días acaban de comenzar.


Este artículo es una traducción (libre) de: http://spectrum.ieee.org/aerospace/aviation/airships-for-the-21st-century/

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Publicado en: Novedades tecnológicas, Opinión

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