O papel dos sistemas eficientes de tanques de hidrogênio na revolução da aviação sustentável

Materiais especializados, paredes mais grossas e isolamento adequado são necessários para minimizar o influxo de calor através dos tanques de hidrogênio.

Recentemente, a Simple Flying destacou a importância do hidrogênio como alternativa ao combustível de aviação em aeronaves comerciais. O Simple Flying também explorou os desafios associados ao armazenamento e uso do hidrogênio como fonte de energia. Embora seja difícil determinar se as vantagens do hidrogênio superam os desafios, a pesquisa técnica está em andamento para identificar soluções exclusivas para o armazenamento de hidrogênio.

O combustível de hidrogênio pode ser um candidato ideal para aeronaves de curta e média distância devido à sua maior densidade de energia (três vezes) do que o combustível de aviação. O hidrogênio não emite dióxido de carbono e óxido de nitrogênio quando gerado a partir de energia renovável.

Os motores de turbina a gás convencionais podem ser modificados para usar hidrogênio líquido (LH2) como combustível para combustão. O ar pressurizado do compressor de alta pressão pode ser misturado com hidrogênio líquido atomizado antes da ignição no combustor.

Um dos desafios mais significativos do LH2 é sua densidade volumétrica. O hidrogênio é significativamente mais leve que o combustível de aviação e requer quatro vezes mais volume de armazenamento na aeronave do que o combustível de aviação. O armazenamento a bordo de hidrogênio líquido tem sido um desafio para os fabricantes de aeronaves.

Os cilindros criogênicos são necessários para armazenar LH2, mantendo o volume no mínimo. Tanques criogênicos armazenam hidrogênio em temperaturas de congelamento (aproximadamente -420 graus F/-250 graus C).

O peso necessário de hidrogênio pode ser apenas cerca de um terço do combustível de aviação, mas a necessidade de um volume muito maior aumenta o peso estrutural da aeronave. Como resultado, é necessário um sistema de tanque de armazenamento eficiente para alcançar a sustentabilidade do hidrogênio na aviação. É digno de nota que, ao contrário do combustível de aviação, os cilindros de hidrogênio podem ter um diâmetro muito grande para caber nas asas da aeronave.

Além disso, com o combustível de aviação armazenado nos tanques das asas, o centro de gravidade da aeronave é gerenciado com eficiência durante o voo. O centro de gravidade pode ser outro desafio com o uso de tanques LH2.

Os tanques de armazenamento devem ser fabricados com materiais especializados para suportar temperaturas extremas. Além disso, os tanques devem ter paredes espessas e fornecer isolamento suficiente entre as chaminés para minimizar o influxo de calor através das paredes do tanque. O vazamento de calor pode fazer com que o LH2 ferva e absorva o calor circundante necessário para manter o LH2 em temperaturas de congelamento. Os fabricantes de tanques criogênicos visam manter a condição de ebulição abaixo de 1% ao dia.

A forma dos tanques deve ser o mais próxima possível de uma esfera para minimizar as perdas de projeto. Uma esfera expõe a menor superfície por massa retida de LH2. Para manter o centro de gravidade, tanques LH2 de tamanho igual devem ser colocados de forma que não afetem o momento de inclinação ou tombamento da aeronave.

Pilhas de tanques esféricos podem ser colocadas na seção frontal da aeronave (logo atrás do cockpit no convés inferior) e na seção traseira (logo à frente do tailplane). Uma técnica de frasco a vácuo com isolamento adicional na parte superior garantirá que a condição de ebulição do LH2 seja minimizada. Se o tanque perder o vácuo, as camadas de isolamento conterão o influxo de calor dentro do sistema.

O tanque pode conter uma mistura de LH2 e gás hidrogênio (H2). A pressão do H2 é controlada por meio da válvula reguladora, pois bombas e válvulas direcionam o LH2 para o sistema de combustão. Vale ressaltar que o LH2 deve ser convertido para a forma gasosa em um trocador de calor antes de ser utilizado no sistema de turbina.

O que você acha do projeto do sistema de tanque de hidrogênio a bordo da aeronave movida a hidrogênio? Conte-nos na seção de comentários.

Escritor - Omar é um entusiasta da aviação com Ph.D. em Engenharia Aeroespacial. Com vários anos de experiência técnica e de pesquisa em seu currículo, Omar pretende se concentrar em práticas de aviação baseadas em pesquisa. Além do trabalho, Omar tem paixão por viajar, visitar locais de aviação e observar aviões. Com sede em Vancouver, Canadá