UAVs con pilas de combustible: una forma de aumentar la autonomía

A día de hoy los vehículos aéreos no tripulados (UAV – Unmanned Aerial Vehicle) presentan dos problemas en lo que a energía se refiere. Por un lado se encuentra la corta duración de los vuelos debido al agotamiento de las baterías que emplean para la generación de electricidad. Pero es que además estas baterías requieren de largos periodos para su recarga, con lo que si se quiere retomar inmediatamente el vuelo, habrá que contar con baterías extras para poder sustituirlas rápidamente. Se están investigando diversas formas de sortear estos problemas, como podría ser el uso de paneles solares en aquellos casos que resulte viable. Pero como no podía ser de otra forma, nosotros vamos a hablar de cómo las pilas de combustible podrían ayudar a resolver estas dificultades.

En este post vamos a centrarnos en los UAVs de ala rotatoria, multicópteros, dejando los de ala fija para otro momento. Actualmente los multicópteros que emplean baterías son capaces de mantenerse en vuelo durante la escalofriante cifra de ~25 min, pasado ese tiempo deben volver a base y recargar sus baterías o someterse a un intercambio de las mismas. Esto limita mucho su utilidad así como las misiones que pueden realizar. El objetivo que se persigue con el uso de las pilas de combustible es extender el rango de actuaciones aumentando la autonomía y reducir el tiempo necesario para la recarga a unos 3 minutos. Si bien, en general será necesaria una pequeña batería pues las pilas de combustible no pueden diseñarse para los picos de potencia, ya que en ese caso aumentaría notablemente su peso. La pila de combustible, o bien se diseña para alimentar el UAV en vuelo estacionario o para recargar de forma continua la batería, dependiendo del caso. Además, las baterías presentan una mejor respuesta a los cambios de carga eléctrica.

Tres ejemplos de UAVs de ala rotatoria con pila de combustible.

El primero de ellos es el cuadricóptero denominado Hycopter de la empresa Horizon Energy Systems. Empleando una pila de hidrógeno es capaz de permanecer en vuelo a punto fijo casi 4 horas, y si se le equipa con una carga de pago de 1 kg, como puede ser una cámara, puede mantenerse en vuelo durante dos horas y media. La mejora en cuanto a autonomía es notable, pero es aún más sorprendente la forma que tiene de almacenar el hidrógeno. Y es que es cuanto menos ingeniosa, nada de utilizar un depósito aledaño o cosas así. El hidrógeno lo almacenan en estado gaseoso a 350 bares, ahí es nada, en la propia estructura del UAV. Dicha estructura, que al mismo tiempo hace funciones estructurales y de almacenamiento, está fabricada mediante un material compuesto de fibra de carbono de 5 mm de espesor. Todo esto les permite contar con unos 120 gramos de hidrógeno. Este es el equivalente a la energía almacenada en 3 kg de baterías de litio, según la propia empresa, que también lo mismo este número está un poco a la alza. Como hemos dicho antes, el Hycopter emplea un sistema híbrido de pila de combustible junto con baterías de polímero litio (LiPo), pesa 5 kg y es capaz de transportar una carga de pago de 1 kg. Este UAV está todavía en fase de pruebas, pero esperemos que en breve vea la luz.

Hycopter de Horizon Energy Systems

Hycopter de Horizon Energy Systems

En el CES 2016 que se celebró en Las Vegas entre el 6 y el 9 de enero la empresa británica Intelligent Energy presentó su prototipo de cuadricóptero híbrido de autonomía extendida mediante pila de combustible de hidrógeno. Durante los vuelos de prueba, Intelligent Energy acopló una cámara al cuadricóptero que consiguió grabar una imagen estable y sin interrupciones, lo cual tiene un carácter crítico a nivel comercial. En sus ensayos probaron dos tipos de configuraciones: una en la que el sistema se alimentaba únicamente mediante la pila de hidrógeno y otra híbrida junto con una batería. Ambas configuraciones resultaron ser satisfactorias. Sin embargo, a nivel comercial la configuración híbrida es más atractiva pues puede ser acoplada a UAVs de terceros funcionando como extensores de autonomía. De hecho, según Intelligent Energy, este sistema híbrido puede aumentar la autonomía de vuelo hasta unas dos horas y se recarga en 3 minutos con hidrógeno comprimido, en lugar de tener que esperar entre 40 minutos y una hora que requieren las baterías convencionales.

UAV híbrido pila de combustible/batería de Intelligent Energy

UAV híbrido pila de combustible/batería de Intelligent Energy

El tercero de los ejemplos es el H2QUAD 400 de EnergyOR, el cual en junio del año pasado logró el record de permanencia en vuelo de un UAV de ala rotatoria, 3 h 43 min 48 s, todo gracias a su pila de combustible de hidrógeno PEM. Este cuadricóptero esta diseñado para responder de forma fiable y segura bajo las condiciones climáticas más adversas. De hecho, este multicóptero ha llegado a grabar durante 2 h con una cámara 4K utilizando un gimbal de tres ejes para estabilizarla, muestra de sus grandes capacidades.

H2QUAD 400 de EnergyOR

H2QUAD 400 de EnergyOR

Estos UAVs de ala rotatoria resuelven dos de los problemas más importantes que presenta actualmente esta tecnología, su limitada autonomía y su tiempo de recarga. Con ellos se abren aún más sus posibles aplicaciones, como es el tan ansiado reparto de paquetería por parte de Amazon, la inspección de plataformas offshore, cartografía de terrenos, misiones de búsqueda y rescate, fotografía aérea de alta calidad, control de cosechas, etc. Se espera que la venta de UAVs con fines civiles crezca de forma drástica durante los próximos años y las pilas de combustible podrían jugar un importante papel en el sector y ser partícipes activos de ese crecimiento.

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