Aeronavata: memoria descriptiva y técnica
AERONAVATA. EUPT TERUEL/UZ.
MEMORIA DESCRIPTIVA Y TÉCNICA
· Objetivo o finalidad del proyecto:
Se propone construir y experimentar varios prototipos para el transporte de cargas por terrenos dificiles y pequeñas carreteras, basado en sustentación sobre colchón de aire, y empleando como fuente de energia un dispositivo de pila de combustible.
Los aspectos principales que nos interesan son la portatibilidad del dispositivo, que nos lleva a trabajar con materiales flexibles para hacerlo plegable, y la obtención de un bajo nivel de contaminación acustica, que nos obliga a rechazar el motor de explosión y utilizar pilas de combustible. En la industria de la automoción se han probado pilas ligeras para ciclomotores con una potencia de entre uno y cuatro kilowatt. Con este rango se pueden conseguir sustentaciones amplias de hasta una tonelada de carga. El vehiculo resulta asi un interesante demostrador de las posibilidades del hidrogeno como fuente energetica.
Se pretende asimismo sustituir el ventilador de bombeo de aire por una serie de minicompresores laterales que optimizan el uso de la superficie; dado que la compresión necesaria no es la habitual en maquinas neumaticas, se propone una linea de investigación y desarrollo de bombas basadas en rotores, aunque es posible considerar otras alternativas a lo largo del diseño.
No se incorpora en esta fase del proyecto ningun metodo de tracción. En algunos casos, para desplazamientos de pocos metros, bastara con que el operario efectue este desplazamiento; y en otros bastara con que guie el deslizamiento provocado por la propia inclinación del terreno. Para el transporte en largas distancias se preven puntos de enganche de los aerodeslizadores entre si, asi como con una tractora que controle, si es necesario, el impulso del conjunto. Notese que la union de varios dispositivos aumenta la capacidad de sustentación, lo cual a su vez facilita el desplazamiento conjunto.
Los usuarios potenciales de esta tecnologia seran empresas que operen en zonas de dificil acceso, como la explotación de bosques o la industria turistica de montaña. Con una tractora y una retenedora, no es dificil construir un tren de pasajeros para actividades turisticas o deportivas, desde el recorrido por una via verde hasta el descenso de un rio de bajo cauce, aprovechando las populares caracteristicas mixtas del colchon de aire. Por otro lado, cualquier trabajo en un suelo no apto para ruedas se puede beneficiar de este vehiculo.
Dadas las caracteristicas de los destinatarios, es necesario limitar en lo posible el uso de materiales de sustitución o reparación dificultosa. El punto más debil es quizas la propia fuel cell, aunque se compensa por las posibilidades de generación local del combustible. La superficie y falda del colchon podrian reemplazarse por textiles locales en caso de necesidad, y si se emplea metanol o otro fuel liquido, hasta el deposito de plástico podria ser puede ser reemplazado por un odre de cuero. En cuanto al bombeo de aire, el uso de varios compresores por máquina hace que una averia no anule completamente las funcionalidades. .
· Descripción del proyecto:
Descripción técnica y especificaciones funcionales.
Se pretende diseñar un aparato con las siguientes caracteristicas.
- Superficie util de transporte de diez metros cuadrados.
- Consumo entre 1 y 4 KWatts, suministrados por pila de combustible.
- Sustentacion entre 250 Kg y 1,0 Tm, segun prototipo y requisitos del terreno.
- Bombeo de aire mediante ventilador o compresores electricos, segun prototipos.
- Material base plastico o textil, sin nervadura o esqueleto rigido.
- Nivel de ruido por debajo de 45 dB.
En cuanto al sistema de bombas, se pretende diseñar una bomba con un flujo de 1m^3/seg para una potencia consumida de 250 Watt. Se experimentara con montajes rotores (tipo Wankel y similares) y otros sistemas alternativos a la turbina/ventilador;aunque no pretendemos poder alcanzar cotas espectaculares de supresión de ruido, uno de los objetivos laterales del proyecto sera clasificar las diferentes fuentes de este.
Aparatos y equipos utilizados describiendo sus funciones y aplicación concreta.
Se empleará material propio de la Universidad para la simulación previa por ordenador de los flujos de aire en bombas y colchon. También se recurrirá al equipo de laboratorio propio de la escuela para las medidas físicas, particularmente niveles de ruido y datos de consumo de energia electrica.
Dependiendo de costes, se optara entre construir o adquirir un dispositivo de medida de flujo de aire.
Sera necesario el alquiler de material o la subcontratación de trabajo artesano externo para la realización de diversas tareas menores, especialmente el cosido y sellado de los elementos del colchon.
Otros trabajos de construcción, particularmente el prototipado, mecanizado y montaje de los elementos de bombeo, pueden ser subcontratados internamente a la propia Universidad, a traves de los servicios de asistencia a la investigación.
La mayor parte del coste del proyecto no deriva del instrumental sino del material fungible que se emplee para la construcción de los prototipos: plasticos de alta resistencia, textiles, cuero, elementos electricos, etc.
Metodología de desarrollo y plan de trabajo.
El plan de trabajo se basa en el desarrollo evolutivo de tres prototipos y sus correspondientes periodos de pruebas. La construcción tiene módulos bien diferenciados, y ello permite bien probar distintos dispositivos sobre un mismo prototipo, bien aprovechar el desmantelamiento de uno para la construcción de la siguiente etapa.
El proyecto tiene una duracion de dos años. Los periodos de pruebas tienen una cronologia sujeta a condiciones climaticas. Podemos hacer pruebas de aire libre durante los veranos de 1993 y 1994, y las experiencias cubiertas o de laboratorio deberan concentrarse durante el final de 1993 y principios del 94.
Con estas limitaciones, se plantean los siguientes diseños.
-El prototipo cero se enfoca en el diseño de la superficie y falda del colchon, asi como en la determinación de la altura adecuada para la cortina de aire. Así, este prototipo recibira externamente o por baterias el suministro de energia electrica y utilizará como inyectores tanto ventiladores como bombas de aire comerciales.
Su periodo de pruebas sera el verano de 1993.
-El prototipo uno se enfoca en la cuestion de inyección de aire. Utilizara sistemas de bombeo distribuido, y en su versión final sera alimentado mediante pila de combustible.
Su periodo de pruebas sera el invierno de 1993 a 1994.
-El prototipo dos estudia la integración y control de todos los componentes del sistema. Utilizara una pila ligera de combustible, cargada sobre el propio vehiculo, y se basara en el sistema de inyeccion de aire diseñado durante la fase anterior.
Su periodo de pruebas sera en verano de 1994, en terreno abierto, y sera el prototipo básico de exhibiciones a final de proyecto.
Las tareas necesarias para cada prototipo se realizaran durante el semestre correspondiente.
-Durante la primavera de 1993 se decidira el o los materiales base para el colchón y se negociara su compra.
-En los meses de Mayo y Junio se procedería al montaje de cero.
-En los meses de Julio y Agosto se procederia a las pruebas externas.
-Simultaneamente comenzaria la fase de diseño de los mecanismos de bombeo.
-En Octubre de 1993 comenzaría la fabricación de los elementos del prototipo uno. Este aprovecharía en parte el colchon del prototipo cero.
-En invierno de 1993 se negociaria el proveedor de la pila de combustible portatil, entre los tres o cuatro disponibles en el mercado, o entre los diseñados por otros laboratorios de I+D.
-En Febrero de 1994 comenzaria la construcción del prototipo dos. Se montaria un nuevo colchon partiendo de cero, a partir de la experiencia adquirida.
-Entre Enero y Marzo de 1994 finalizarian las pruebas del prototipo uno.
-En Julio de 1994 se terminaria el prototipo dos. A esta terminación le seguiria un periodo de pruebas y demostraciones, y
-en el otoño de 1994 se presentarian los resultados en ferias industriales.
Dentro de lo posible, la ingenieria aparejada a cada prototipo se ofrecerá para la colaboración por parte del alumnado de la escuela, via proyectos de fin de carrera.
· Novedad tecnológica del proyecto:
El apostar por la mera sustentación es una novedad significativa en el campo de los aerodeslizadores. Quizas el unico ejemplo reseñable es el reciente SkyMetro diseñado por Poma/Otis para el aeropuerto de Zurich, que aprovecha un diseño rigido y encajonado para soportar 92 pasajeros en un vagon, tirado por cables, de 13 x 3’75 metros y una carga total de 422 Kg/m2 (para comparación: un LCAC militar llega a sustentar 489 Kg/m2). En contraste con el SkyMetro, nuestro diseño esta preparado para ser plegado y transportado, asi como para actuar básicamente sin tractora: su campo de actuación es completamente distinto.
Renunciar al motor de explosión es una apuesta significativa que hasta ahora no ha intentado ningun sistema de este tipo, debido probablemente a la novedad de los sistemas de hidrogeno: de hecho, a fecha de hoy hay solo dos fabricantes dentro de nuestros requisitos, estando el resto aun sin iniciar la comercialización de sus respectivas fuel-cells. La innovación en este capitulo es pues altamente relevante.
No existe, que nosotros sepamos, ningun dispositivo aerodeslizador que apueste por la flexibilidad como alternativa al desmontaje; quizas aqui tambien el haber renunciado a la propulsión nos permite ser más imaginativos con el diseño y acercarnos más literalmente al concepto de “alfombra voladora”, basandonos en los propios canales neumaticos para redistribuir la presión de la superficie de carga.
El mercado para un producto de este tipo no deja de ser un mercado reducido a zonas muy especiales, pero el alto nivel de innovación que introducimos daría a las empresas fabricantes, si las hubiere, una ventaja sustancial con la competencia. El diseño estaría al alcance incluso de alguna de las pymes de las zonas de producción y prueba del prototipo.
Posibilidad de patentes y publicaciones.
La invención del colchon de aire ha superado ya los cincuenta años, pero la I+D en esta area no se puede considerar completa, quizas porque la empresa fundadora de esta tecnologia reenfocó sus esfuerzos al ya terminado tunel del Canal de la Mancha (hoy en dia no hay aerodeslizadores cruzando el canal). Ello hace que si bien no son patentes básicas, cada uno de nuestos prototipos es susceptible de ser protegido como modelo de aplicación, dadas sus novedades técnicas.
La investigación en esistemas de bombeo derivaracon toda probabilidad un dispositivo patentable, ya que el rango de aplicación que buscamos no se corresponde a un producto normal de mercado.
El estudio de las fuentes de ruido podría ser objeto de publicación en alguna revista de ingenieria.
Adecuación a los planes de I+D+I
Dentro del programa nacional de Automoción, enmarcamos este proyecto en la Acción Estrategica sobre vehiculos de transporte publico y especiales, punto 11.3. Respecto a los criterios del programa, la propuesta cubre a nuestro entender los puntos 1, 2, 3, 6, 9, 11, 12 y 15 en diversa medida.
Además el proyecto tiene relacion lateral con los objetivos 12.1.5, 12.3.1 y 12.3.3 del Programa Nacinal de Energia, con algunos puntos del P.N. de Diseño y Producción industrial, quizas más especialmente con el área 2.3.1 de material movil ferroviario.
La tecnologia empleada, por último, permitiría definir el proyecto dentro de los marcos de la acción horizontal de apoyo al sistema de garantias.
· Difusión y transferencia de tecnología.
Se realizaran actividades de difusión in-situ durante las pruebas de verano del segundo año, tanto en la provincia de Huesca –Benasque (hogar fisico de barrabes.com), Ainsa, y alrededores- como en nuestro emplazamiento de Teruel. Se enfocara esta actividad en la captacion de posibles comercializadores y en la discusión de ideas de utilización.
Por otra parte planeamos mostrar los prototipos y filmaciones de las pruebas en alguna de las actividades de difusión organizadas por la Sociedad Española del Hidrogeno, como muestra de las posibilidades innovadoreas del uso de pilas de combustible. Las filmaciones de las pruebas estaran tambien accesibles online desde la página de difusión del proyecto.
En cuanto a los aspectos de transferencia de la tecnologia, se presentara el producto a empresas regionales, especialmente a aquellas que tienen cierta experiencia con vehiculos ultraligeros –existen dos fabricantes de tales aviones en la region- y otras que pudieren tener habilidades afines a las del proyecto, especialmente en la cuestión de bombas de aire con baja contaminacion acustica.
Asimismo consideramos la presentación en las ferias de maquinaria y generales, durante octubre del 2004.
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· Fomento de participación en PM y otros programas:
Si bien esta acción no esta coordinada internacionalmente, los prototipos resultantes, de ser implementados, implican tecnologias de varios paises. Mencionamos particularmente el sistema ligero de pilas de combustible, que es resultado de una empresa mixta alemana-estadounidense.
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· Otros aspectos:
Durante el periodo del proyecto, se espera el desarrollo paralelo, en nuestra Escuela, de interfaces avanzados de ordenadores, mediante reconocimiento de gestos. Un prototipo 3 podria beneficiarse de estos, permitiendo al navatero controlar remotamente la inyección de aire.
MEMORIA ECONÓMICA
Nos referimos a la descripción y desglose de los hitos del proyecto, en el documento original de solicitud. En todo caso debemos aclarar que los costes del material que se debe adquirir a empresas externas de tecnologia es aproximado, y susceptible de cambio segun negociación u oportunidad.
· Aclaraciones citadas en la memoria:
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