AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE Alumno: Sergio Gómez Esteban Director/a: Dra. Amparo Ribes Greus Roberto Teruel Juanes

justificación El combustible de un vehículo hay que almacenarlo, y el tamaño de los 'recipientes' (depósito o baterías) determina la cantidad de energía que puede albergar un vehículo, y este dato es aún más importante cuando hablamos de un avión, donde el peso a elevar es crítico. Observamos como el Metanol tiene 10 veces más de densidad energética que una batería de Litio. Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 2

objetivos Diseñar una UAV que permita estudiar el comportamiento de nuevas pilas de combustible en aplicaciones vehiculares, con el objetivo de aumentar la autonomía de los vehículos aéreos impulsados mediante sistemas de generación eléctrica. Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 3

Hitos del proyecto - Dimensionado del tamaño de la UAV y selección de la electrónica adecuada para esas dimensiones y requerimientos energéticos. - Programación y configuración del variador de velocidad (ESC). - Elegir, instalar y configurar el eLogger. - Diseñar y programar la unidad de control de Alimentación (ACU). - Dimensionar la pila de combustible. Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 4

Dimensionado de la UAV - Envergadura de las Alas: 2500mm Superficie de las Alas: 71.25dm2 Longitud del fuselaje: 1653 mm Carga Alar: 112g/dm2 Airfoil (perfil del Ala): Modern F3b-F3f Peso en Orden de Vuelo (sin baterías): 8000g Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 5

Distribución de componentes Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 6

DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 7

Motor brushless CARÁCTERÍSTICAS BÁSICAS Electrónicamente conmutados Elevado Par Motor Altas Prestaciones Potencia/Peso - 540W / 181gr Rango de velocidades muy amplio 920KV x 18.5V = 17020rpm Duración en servicio muy elevada No producen chispas Ruido eléctrico muy bajo Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 8

Variador de velocidad (ESC) FUNCIONES Interpretar la señal que recibe del receptor Conmutar las fases en función de dicha señal Controlar la descarga de las baterías Entregar la potencia en función de lo programado previamente con el programa Castle Link Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 9

Castle link Programa para configurar la respuesta del esc Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 10

eLogger Medida y almacenamiento de: La Tensión instantánea La Intensidad Instantánea Las RPM instantáneas del motor La temperatura de hasta tres sensores El consumo instantáneo en miliamperios hora Visualizar la señal del acelerador del receptor Guardar los datos GPS captados por la antena GPS Mostrar las mediciones instantáneas en una pantalla LCD Estudiar todos los datos almacenados a través de la aplicación “Data Recoder” Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 11

Data recoder Programa para analizar los datos adquiridos por la telemetría Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 12

Diseñar y Programar la ACU Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 13

Dimensionar la pila de combustible Especificaciones finales de nuestra pila de combustible DMFC Superficie de cada celda : 10 x 10 cm Numero de celdas en Serie: 31 Grosor medio de las celdas: 0.5cm Tensión teórica en Vacío: 26.35V Intensidad Máxima en máximo rendimiento: 15.5A Tensión Mínima en máximo rendimiento: 11 V Potencia en punto de máximo rendimiento: 170,5W Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 14

15 Conclusiones finales Se ha demostrado que en un prototipo planeador se puede instalar un motor alimentado con pilas de combustible de metanol con dimensiones y peso pequeño en proporción a las dimensiones de la UAV. Uno de los retos alcanzados ha sido integrar en la electrónica del prototipo, la unidad de control de alimentación, las prestaciones y la seguridad, lo que requiere el control de un gran número de parámetros. La elección del variador de velocidad del motor ha sido crítica para asegurar la durabilidad de las pilas de combustible. Se optó por un sistema Blogger, más económico que la telemetría, porque era suficiente para monitorizar, de forma adecuada, las variables requeridas en condiciones de vuelo. Se han definido y optimizado los parámetros requeridos para fabricar la pila de combustible necesaria para la UAV elegida. Sergio Gómez Esteban AMPLIACIÓN DE LA AUTONOMÍA DE VUELO DE UNA UAV MEDIANTE PILAS DE COMBUSTIBLE 15

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