Más allá del reto que implica tratar de prolongar, mediante la generación fotovoltaica, la autonomía que de un modo natural tendría un planeador gracias a las térmicas ascendentes y a su propia aerodinámica, el objetivo principal de este proyecto siempre fue el estudio y desarrollo de la tecnología del vuelo solar. Por eso, para poder centrarnos en la tecnología y no en el avión, en vez de diseñar la nave (como antes hubo hecho con éxito el Trencalòs Team en el marco de la competición Air Cargo Challenge), optamos por adquirir un velero comercial ASG29 a escala 1/4, del que conservaríamos sólo el fuselaje y la mayoría de sus servosistemas, tras convertirlo primero en motovelero y finalmente en avión solar. Con la ventaja que otorga disponer de un planeador de eficiencia probada, pudimos centrarnos en el desarrollo de tres tecnologías clave:
Primer Avión Solar del Estado Español
Desde mediados de 2010 hasta septiembre de 2011 siete alumnos de las ingenierías Aeronáutica, Industrial, Eléctrica y Electrónica de la ETSEIAT (Terrassa), miembros del Trencalòs Team, nos embarcamos en el ambicioso proyecto estudiantil de diseñar y construir el primer avión propulsado por energía solar del Estado. El proyecto quedó al abrigo del programa Inspire 3 de la UPC, y recibió la mayor parte de su financiación de varias empresas del sector aeronáutico o solar, como GTD, Heliene o CatUAV. El esfuerzo realizado se vió recompensado tras lograr un vuelo contínuo de 5 horas y 48 minutos, varias veces la autonomía natural del avión a plena carga de batería.
La mayor parte del trabajo se llevo a cabo en el taller. Entre otras:
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Modificaciones en el fuselaje, sistemas electromecánicos y tren de aterrizaje.
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Fabricación de moldes, enmoldado y curación de las piezas hechas de materiales compuestos (fibras de vidrio, carbono y kevlar).
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Adaptación, instalación y puesta a punto de los sistemas de telemetría de audio y vídeo, control del avión y datos del GPS/SGE.
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Diseño del hardware y softare del SGE, además de la fabricación del prototipo.
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Instalación de las células fotovoltaicas, previamente cortadas a láser, y cobertura protectora con film de EVA y Tefzel.
Como ingeniero electrónico del equipo, el Sistema de Gestión de Energía fue mi principal cometido. Dicho sistema debía ser capaz de gobernar y optimizar los flujos de energía entre el panel fotovoltaico de 150W (las alas del avión), ell pack de baterías de 48Ah de Polímero de Litio, y el motor brushless de 950W, todo ello manteniendo una eficiencia superior al 92%, un peso y tamaño mínimos, y una instrumentación suficiente como para que los sistemas digitales pudieran registrar y almacenar datos sobre toda la generación y distribución de energía.
El SGE fue capaz de obtener la máxima potencia fotovoltaica mediante un algoritmo seguidor de MPP, instalado en un microcontrolador de 16 bits. Dicho algoritmo se encargaba de generar las consignas del cargador de baterías, basado en un DC/DC controlado digitalmente, y del motor de propulsión. Así, si el avión necesitaba ganar altura, toda o parte de la energía generada en los paneles era desviada al motor: si el motor requería menos energía de la producida, o no requería energía, el excedente generado alimentaba las baterías. Si el motor requería más energía puntualmente de la que el panel podía proporcionar, las baterías suplían la diferencia.
Además de las pruebas preliminares en el túnel de viento, el Solar Endeavour voló un total de 17 sesiones: 15 pruebas de vuelo en los aeródromos de Alcover, Calaf y La Seu d'Urgell, el vuelo de récord también en La Seu d'Urgell, y un último vuelo de exhibición en las cercanías de La Roca del Vallès. Durante dichas pruebas de vuelo se realizaron todo tipo de mediciones y ajustes. En la mayoría de ocasiones el avión salió airoso, pero en otras sufrimos accidentes, llegando incluso a dañar gravemente su estructura. Finalmente, el 17 de Septiembre de 2011 el Solar Endeavour logró un vuelo contínuo de casi 6 horas en el aeródromo de La Seu d'Urgell, superando en más de 5 veces su autonomía natural, y demostrando la viabilidad técnica de las tecnologías integradas.
Objetivo
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El proceso de adhesión de las frágiles células fotovoltaicas a la superfície curba de las alas, sin perjuicio en su aerodinámica.
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Un software enfocado al diseño de aviones solares basado en los conocimientos adquiridos sobre autonomía y balance energético.
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El Sistema de Gestión de Energía (SGE) que habría de gobernar el flujo energético con la máxima eficiencia.
Trabajo de Taller
Además, la naturaleza del proyecto exigió gran cantidad de ensayos eléctricos, electrónicos y mecánicos para realizar pruebas de rendimiento y caracterizar algunos de sus principales componentes, como las células fotovoltaicas, varios motores y otras tantas hélices, y por supuesto las baterías. Para ello nos vimos obligados a diseñar y construir diversas herramientas hechas a medida: un "Sol artificial" hecho con focos halógenos (6KW en total) y dimmers para controlar su potencia nos permitió caracterizar las células fotovoltaicas, un reóstato programable con refrigeración forzada nos permitió caracterizar las baterías en régimen de alta tasa de descarga, y una bancada magnética giratoria basada en el efecto de las corrientes de Focault nos permitió probar el rendimiento en carga, sin contacto y por tanto sin fricción, de los motores brushless.
Sistema de Gestión de Energía
Media
Enlaces y Descargas
Pruebas de vuelo y Vuelo de Récord
