Desafios

O hidrogênio tem o potencial de reduzir significativamente o impacto da aviação nas mudanças climáticas. Pode ser criado a partir de fontes renováveis ​​e libera zero dióxido de carbono. As células fotovoltaicas produzem aproximadamente 3 vezes mais energia por unidade de massa do que o combustível de aviação convencional. Ele também tem mais de 100 vezes a energia das baterias de íon-lítio. Isso o torna uma ótima fonte de energia para aeronaves.

De acordo com a Airbus, armazenar o excesso de hidrogênio em uma aeronave apresenta várias dificuldades. Comparado ao querosene, o hidrogênio fornece menos energia por volume, mas mais energia por massa.  Sendo assim, 3.000 litros de gás hidrogênio fornecem a mesma quantidade de energia que um único litro de querosene, fato que pode o tornar inviável para aviação.

Os fabricantes de automóveis usam uma técnica que poderá ser de grande valia para o setor aeronáutico. Eles pressurizam o hidrogênio a 700 bar, que quebra os 3.000 litros necessários para um tanque de 6 litros. 

Peso e volume são vitais na criação de aeronaves. Reduzir a temperatura para -253 graus celsius a fim de melhorar ainda mais a situação é uma saída. Assim, o hidrogênio pode ser transformado em estado líquido, o que aumenta sua densidade de energia. Imagine um exemplo da seção anterior: os mesmos 3.000 litros de gás se transformariam em quatro litros de hidrogênio líquido, armazenando a mesma quantidade de energia que um litro de combustível de aviação (querosene).

Como seriam os tanques de armazenamento de hidrogênio?

Para manter uma temperatura baixa no armazenamento, é necessário um reservatório muito peculiar: dois tanques sobrepostos com vácuo entre eles e um material específico, como MLI (Multi-Layer Insulation). Isso minimiza a transferência de calor por radiação entre os dois tanques e os materiais utilizados.

Muitas indústrias já utilizam tanques de hidrogênio líquido criogênico, como a aeroespacial. Ao estudar os prós e contras desses sistemas, a Airbus aprendeu sobre como gerenciar derramamentos de combustível, instalar sistemas criogênicos, construir o tanque interno e muito mais.

Atualmente, existem diferenças significativas entre a aviação e o voo espacial. Cada um tem requisitos de segurança exclusivos. Um exemplo é a necessidade de aviões comerciais manterem os tanques de hidrogênio líquido para até 20.000 pousos e decolagens sem danos significativos.

A Airbus se dedica a manter uma indústria de aviação livre de poluição. Como parte disso, a empresa está pesquisando e desenvolvendo novas tecnologias para armazenamento de hidrogênio líquido para futuros aviões.  Várias novas instalações foram abertas recentemente na Europa para trabalhar nos tanques de armazenamento do avião conceito ZEROe.

Soluções a longo prazo

Empresas do setor aeroespacial pretendem fornecer opções de voo com emissão zero para voos comerciais no longo prazo. Dessa forma, um tanque de armazenamento de hidrogênio líquido metálico provavelmente será usado até que novas opções sejam desenvolvidas.

A Airbus está testando materiais compósitos em seu centro de pesquisa em Stade, na Alemanha. Isso permite criar tanques de peso mais leve e menor custo em comparação com os metais tradicionais.

No momento, criar soluções para aeronaves comerciais que atendam às necessidades dos tanques criogênicos é incrivelmente difícil. Isso ocorre porque a adaptação da tecnologia de tanques criogênicos para aeronaves comerciais envolve muitas disciplinas de engenharia. Os engenheiros da equipe de engenharia de armazenamento e distribuição da Airbus precisam trabalhar juntos para criar ideias.

Até 2025, a Airbus espera iniciar os testes de voo em aeronaves que incluem um tanque criogênico de hidrogênio funcional.

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O rotor de uma turbina eólica é composto pelas pás e pela estrutura em que elas são conectadas, o cubo. O objetivo deste artigo é explicar a razão das turbinas eólicas modernas terem 3 pás.

Análise comparativa

Primeiramente, para realizarmos essa análise, vamos comparar os cenários mais próximos do padrão de 3 pás: turbinas com 2 e 4 pás. Os resultados dessa comparação levam a conclusões semelhantes aos demais cenários (turbinas com menos de 2 pás e turbinas com mais de 4 pás).

O cenário com 4 pás é rapidamente tirado da jogada a partir de uma análise de “custo vs performance”. Cada pá apresenta um custo bastante relevante e o incremento de uma pá ao cenário padrão acaba levando a um custo total elevado frente o aumento marginal na performance da turbina.

Com relação ao cenário com 2 pás, essa turbina consegue atingir a performance de uma turbina de 3 pás se aumentarmos a corda (“espessura”) de suas pás em cerca de 50%. Com isso, a vantagem desse cenário com respeito ao custo acaba sendo prejudicada.

Outra forma de alcançar a performance de um aerogerador padrão com uma turbina de 2 pás seria aumentar a velocidade de rotação do rotor. Contudo, ao girar o rotor mais rápido, temos um maior ruído causado pela turbina, sendo esse um ponto negativo e que buscamos sempre minimizar. Além disso, devido ao aumento na força centrífuga, são necessários alguns reforços na turbina, os quais geram mais custos.

Logo, a turbina eólica com 3 pás consegue gerar mais energia, a uma velocidade de rotação menor, que uma com 2 pás e apresenta uma melhor relação “custo vs performance” que a opção com 4 pás, sendo assim o padrão adotado pelo mercado para os aerogeradores de grande porte.

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