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DCADE

Convertidor de diamante y detección de fallos de arco para operaciones a gran altitud

  • Sector:
    Aeronáutica
  • Convocatoria:
    Programa de investigación e innovación H2020 de la Unión Europea
  • Financiación:
    Clean Sky 2
  • Consorcio:
    Skylife Engineering, IRT Antoine de Saint-Exupéry, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), DiamFab y Universite Grenoble Alpes.
  • Estado:
    En proceso

Los antecedentes

Skylife Engineering coordina un proyecto europeo destinado a investigar una nueva tecnología basada en semiconductores de diamante que permitirá resolver algunos de los principales desafíos de la electrificación de las aeronaves por los problemas técnicos que pueden derivarse de las operaciones con electricidad a gran altitud. 

La preocupación por los efectos del cambio climático tiene también impacto en la industria aeronáutica. En consecuencia, existe una demanda creciente por una aviación limpia, basada en el empleo de aviones sin emisiones contaminantes. Así, adquieren cada vez mayor importancia las aeronaves eléctricas, con el objetivo de llegar a cero emisiones de dióxido de carbono. La Comisión Europea trata de avanzar con esta orientación mediante programas como Clean Sky 2, en el que se engloba este proyecto. 

Los avances que se han producido en los últimos años en relación con los semiconductores de potencia están impulsando la aplicación en la industria de la propulsión eléctrica. Está previsto que la cantidad de energía que gestione el sistema eléctrico aumente en la próxima década. De este modo, se pasará de una cantidad reducida de megavatios para aviones pequeños a otra mayor de varias decenas de MW para aviones de larga distancia. Esta tecnología para administrar esta cantidad de energía es bien conocida en el caso de las redes eléctricas de distribución terrestre típicas. Sin embargo, los conceptos y componentes no se pueden aplicar directamente a la aeronáutica. El problema en este caso es el tamaño/peso que se requiere y el hecho de que se vuele a gran altitud. Esto implica que existe una menor presión y densidad del aire. 

La evolución del sistema de gestión de energía eléctrica de las aeronaves hacia una mayor potencia es fundamental en los próximos años. En este contexto, el proyecto DCADE pretende evaluar el empleo de tecnologías potenciales que permitirán disponer de convertidores de mayor voltaje que mantendrán la densidad de potencia y las técnicas de detección del arco eléctrico de modo que aumente la seguridad en los sistemas. 

DCADE se centrará en dos tecnologías: la electrónica de potencia y la distribución de electrónica de potencia. El proyecto desarrollará dos demostradores. El primero se implementará en la sede de Skylife Engineering en el Parque Científico y Tecnológico Cartuja. El otro se llevará a cabo en las instalaciones de IRTSE en Toulouse (Francia). 

El proyecto

DCADE está financiado con fondos de la Unión Europea dentro del programa Clean Sky 2 y tiene como fin último avanzar hacia una aviación más limpia gracias al desarrollo de aviones más eléctricos y, en consecuencia, cero emisiones. 

El objetivo general de DCADE es la evaluación de tecnologías y componentes potenciales de sistemas eléctricos para aplicaciones aeronáuticas que permitirán convertidores de mayor voltaje manteniendo la densidad de potencia y las técnicas de detección de arco que aumentarán la confiabilidad y seguridad de los sistemas de distribución de aire acondicionado de gran altitud, alta potencia y alto voltaje. 

Este proyecto, dotado de casi 1,26 millones de euros, implementará el uso de tecnologías en el desarrollo de sistemas de distribución de energía eléctrica a gran altitud. Cuenta también con la participación de las entidades francesas IRT Antoine de Saint-Exupéry, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) y DiamFab. 

IRT Antoine de Saint-Exupéry es la entidad encargada de avanzar en la detección de arcos en sistemas de distribución de potencia de alto voltaje para las aeronaves. En el ámbito de la electricidad las fallas de arcos se refieren, de forma simplificada, a descargas eléctricas a través de un espacio de aire o gas entre conductores, lo cual puede suponer riesgos de seguridad. 

Por su parte, DiamFab y el CNRS están trabajando en desarrollar un semiconductor basado en diamante que pueda ser utilizado para la conversión de potencia eléctrica. Los semiconductores son dispositivos que contribuyen al manejo eficiente de energía y ayudan a transformar y controlar voltajes y corrientes eléctricas de niveles significativos en equipos convertidores de electrónica de potencia. Los investigadores estiman que los semiconductores de diamante pueden presentar mejores prestaciones que la tecnología que se utiliza actualmente, basada en carburo de silicio (SIC) o nitruro de galio (GaN). 

Skylife, compañía encargada de la coordinación, intenta demostrar equipos de conversión de electrónica de potencia mediante la utilización de los semiconductores de diamante que serán producidos por el CNRS y DiamFab. En este sentido, la misión principal de Skylife es demostrar que esta tecnología se puede utilizar para su incorporación en convertidores de electrónica de potencia.  

Galería de imágenes

La solución

Los principales retos que tiene este proyecto están orientados a la aplicación de esta tecnología a gran altitud. En estos casos, la subida de voltaje puede conllevar de forma más fácil la aparición de arcos eléctricos. Es preciso, por tanto, recurrir a la disipación forzada para la correcta gestión de los elementos térmicos, dado que el calor puede afectar al funcionamiento de los semiconductores y tiene un papel muy significativo en electrónica de potencia. Sin embargo, esta tarea resulta más complicada en las circunstancias de un vuelo que en tierra. La idea es buscar soluciones tecnológicas a estos dos problemas.  

La tecnología de transistores basados en diamante para controlar el flujo de corriente eléctrica es muy novedosa y presenta ventajas técnicas en relación con la de semiconductores utilizada generalmente en la actualidad. Entre estas mejoras podrían citarse la mayor tensión de ruptura o voltaje mínimo para que una parte no conductora o aislante de corriente eléctrica comience a serlo y menores pérdidas de energía.  

En la actualidad, con el impulso que se le está dando a la electrificación de las aeronaves, el funcionamiento de este tipo de sistemas a gran altitud representa un desafío novedoso. Hay que tener en cuenta la baja presión y la densidad del aire a esa distancia de la tierra. Al mismo tiempo, no deben perderse de vista en ningún caso las características particulares de los estrictos requisitos de seguridad y fiabilidad. El proyecto DCADE desarrollará tecnologías de electrónica de potencia y de distribución de energía eléctrica para la detección de arcos que darán respuesta a estos retos, al tiempo que investiga el potencial de los semiconductores basados en diamante. 

Beneficios obtenidos

Los beneficios obtenidos a través de esta solución son significativos: 

  • Aviación más limpia: El proyecto DCADE contribuirá al desarrollo de aviones más eléctricos y, en última instancia, a una aviación con cero emisiones contaminantes, lo que ayudará a abordar preocupaciones sobre el cambio climático. 
  • Tecnología de semiconductores de diamante: La investigación de semiconductores de diamante ofrece ventajas técnicas, como mayor tensión de ruptura y menores pérdidas de energía en comparación con los semiconductores tradicionales, lo que puede mejorar la eficiencia de la electrificación de aeronaves. 
  • Distribución de energía a gran altitud: El proyecto busca resolver desafíos técnicos relacionados con la distribución de energía eléctrica a gran altitud, lo que permitirá un mejor rendimiento de sistemas eléctricos en vuelo. 
  • Aumento de la seguridad: Se investiga la detección de arcos eléctricos en sistemas de distribución de alta tensión, lo que mejoraría la seguridad de las aeronaves eléctricas. 

¿Por qué Skylife?

Skylife Engineering destaca en el proyecto DCADE gracias a su experiencia, especialización y compromiso con la aviación sostenible, su capacidad para liderar la innovación y su historial en colaboraciones estratégicas. La misión de la empresa es lograr alta tecnología con impacto positivo, de ahí su preocupación por la creciente demanda global de una aviación más limpia y respetuosa con el entorno.


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Skylife Engineering S. L. es una empresa andaluza que desarrolla innovación tecnológica con una alta especialización en ingeniería aeroespacial aplicada a la industria de la aviación y otros sectores, con el objetivo de ofrecer soluciones con un impacto positivo en la sociedad.

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