Un avión solar no tripulado diseñado por estudiantes consigue volar casi 6 horas seguidas

Los estudiantes, que forman el ‘Trencalòs Team’ del ETSEIAT de la UPC, han logrado un reto tecnológico en el ámbito aeronáutico. Han desarrollado tecnología para hacer volar el Solar Endeavour UPC, el primer avión en España construido por estudiantes que funciona con energía solar fotovoltaica. El objetivo principal del proyecto era la incorporación eficaz de células solares en las alas y el diseño del Sistema de Gestión de Energía (SGE), una tecnología diseñada con éxito en muchos países y no disponible ni en Cataluña ni en todo el Estado, que es esencial para el funcionamiento de un avión solar.

Finalmente, después de 18 meses de trabajo extraacadémico y por iniciativa propia, los estudiantes han construido un avión solar que han hecho volar durante casi 6 horas consecutivas en el aeroclub Sedis, en la Seu d'Urgell (Lleida), gracias a la energía del sol. La colaboración universidad-empresa ha sido clave para lograr el reto. GTD Sistemas de Información, una de las principales valedoras del proyecto, ha asignado un ingeniero para el apoyo técnico.

El Solar Endeavour ha conseguido volar durante 5:48 h gracias a una gestión inteligente de la energía. El motor se alimenta a través de dos fuentes energéticas: las baterías y el panel solar. Durante las horas de máxima insolación (10 a 18 horas), el panel solar es capaz de suministrar más de la mitad de la energía necesaria para que el avión se pueda mantener en vuelo estable, alargando la vida de las baterías. Por lo tanto, a pesar de que el sol no es una fuente de energía constante, gracias a este sistema el avión es capaz de volar siempre, con las baterías que se cargan cuando hay buenos niveles de insolación.

Realizar una correcta y eficiente gestión de todas las situaciones durante el vuelo, como por ejemplo el ascenso y el descenso, los cambios térmicos, las descendencias, el fuerte viento o la bajada de la intensidad solar, es muy complejo. Se necesita un sistema inteligente, el Sistema de Gestión de Energía (SGE), que garantice la potencia y la maniobrabilidad que el piloto necesita en todo momento para controlar la nave correctamente, desde la cabina de pilotaje terrestre.

De hecho, una de las dos máximas dificultades del proyecto consistía en garantizar la autonomía energética del Solar Endeavour UPC. Por eso, el equipo tuvo que crear un Sistema de Gestión de Energía (SGE) propio, que se adaptara al diseño de la aeronave y que distribuyera la energía que proporcionan las células solares y las baterías para alimentar el motor, estableciendo una estrategia de gestión de energía para maximizar la autonomía del avión. El SGE no es un producto comercial disponible en el mercado, puesto que sus especificaciones son muy concretas y exigentes para el caso de un avión solar. De este modo, en este proyecto se ha desarrollado un SGE exclusivo, con un algoritmo de control propio para maximizar la autonomía de la aeronave. Se ha diseñado el circuito electrónico y se ha implementado el circuito con componentes de alta calidad y eficiencia, siguiendo los estrictos requerimientos de operación. El SGE es uno de los pilares del proyecto y no sólo ha dado como fruto un sistema aplicado a este prototipo de avión solar, sino que ha propiciado el diseño de una arquitectura escalable a cualquier tipo de aeronave solar.

Otra de las principales dificultades con que se enfrentaban los estudiantes fue la adaptación de las células solares a las alas; un reto técnico de gran complejidad debido a la enorme fragilidad del silicio monocristalino, que es el material con el cual están fabricadas las células. Es imprescindible que la interferencia entre las células solares y el perfil aerodinámico del ala sea mínima, de aquí a que esta tecnología sea crítica para el éxito de los aviones solares. Y es que un espesor excesivo o un acabado superficial rugoso podrían provocar desprendimientos del flujo de aire sobre el ala y el avión perdería el control.

En un avión solar, las células solares se colocan sobre las alas y, ocasionalmente, en la cola, para aprovechar toda la superficie posible y poder acumular el máximo de energía posible. Este hecho implica que las células solares se tengan que adaptar y fijar en una superficie curva y aerodinámica del ala. Las células solares tienen un espesor de 2 décimas de milímetro y no son nada flexibles, de forma que es muy difícil adaptarlas sin romperlas. El panel construido por los estudiantes ha sido un éxito, pues han conseguido que el conjunto de las células solares con su recubrimiento de protección tengan un espesor inferior a 1 milímetros, y esto permite que el avión vuele correctamente.

El Solar Endeavour dispone de un sistema de telemetría y control a distancia proporcionado por la empresa CATUAV. Este sistema incluye una cámara de vídeo a bordo, instrumentación para la asistencia al pilotaje del avión, y un sistema GPS para la navegación. El sistema tiene un alcance máximo de 15 kilómetros y ha permitido hacer volar el avión con mucha seguridad, a la vez que proporciona datos en tiempo real a la base de control terrestre para la toma de decisiones durante el vuelo.

Los aviones solares son la plataforma perfecta para aumentar las capacidades de los aviones no tripulados. De hecho, con la gran expansión que han experimentado los Unmanned Aerial Vehicles (UAV), se ha visto como las capacidades de estas aeronaves son limitadas debido a la poca autonomía que tienen en aplicaciones civiles de bajo coste. Este tipo de avión, combinado con las tecnologías del vuelo solar, puede tener la capacidad de volar durante días sobre una zona, con aplicaciones como la prevención de incendios forestales, el control de tránsito o las comunicaciones en zonas aisladas o misiones científicas. El proyecto Solar Endeavour quiere ser un claro ejemplo del potencial que estas tecnologías pueden aplicar en entornos civiles.

Los estudiantes de la asociación Trencalòs Team de la ETSEIAT que participan en el Solar Endeavour UPC son Joaquim Crees Prados, Carles Felip Aragón, Josep Fernández Coll, Marta Marimon Mateu, Ignacio Pedrosa Lojo, Arnau Pons Lorente y Xavier Serena Alòs. Este proyecto se enmarca dentro del programa Inspire de promoción de talentos emprendedores, que impulsa el ETSEIAT de la UPC.

Para conseguir su sueño, los estudiantes han contado con la ayuda de varias empresas. Así por ejemplo, GTD Sistemas de Información S.A. es la principal impulsora y patrocinadora del proyecto, la cual ha designado un ingeniero como tutor de la relación emprendida-universidad. El fabricante de láseres Rofin Iberia ha facilitado el servicio de corte de células solares con un láser de altas prestaciones. Estas células fotovoltaicas de alto rendimiento son cortesía de la empresa Heliene, S.L. El Centro Tecnológico de Manresa-CTM ha patrocinado el área de gestión de energía solar del proyecto. Airtech Vacuum Solutions ha facilitado consumibles de trabajo con composites. Finalmente, la empresa CAT UAV ha proveído un sistema de telemetría y control remoto, con el cual se puede pilotar un avión de estas características como si se tratara de un avión tripulado. También han apoyado al proyecto el Club Sedis de la Seu d'Urgell y el Centro Internacional de Métodos Numéricos a la Ingeniería.

Ficha técnica del Solar Endeavour