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Dec 13, 2023

El generador de microturbina FusionFlight concentra energía en un paquete muy pequeño

Por Mike Brezonick22 de diciembre de 2022 Una de las búsquedas perdurables para los ingenieros es una

Por Mike Brezonick22 de diciembre de 2022

Una de las búsquedas perdurables de los ingenieros es simple: cómo entregar la mayor potencia en el paquete más pequeño y liviano. Ahora, una empresa de Texas ha desarrollado un sistema generador que puede generar 8 kW y ocupa aproximadamente el mismo espacio que una caja de herramientas.

Lanzado a fines del año pasado, el generador de microturbina ARC de FusionFlight se concibió originalmente esencialmente como una fuente de energía alternativa para drones. Pero quedó claro para el director ejecutivo de la compañía, Alex Taits, que su alta relación potencia/peso y sus dimensiones compactas lo hacían adecuado para muchos otros lugares.

"Originalmente, el ARC se desarrolló para grandes drones eléctricos para reemplazar las pesadas baterías de litio", dijo Taits. "Esto permite que los drones aprovechen la alta densidad de energía del combustible de queroseno y aumenten en gran medida el alcance y la resistencia.

"Más tarde quedó claro que el ARC también tiene excelentes aplicaciones como unidad de energía auxiliar (APU) para grandes aviones que funcionan con combustible o como fuente de energía de emergencia durante desastres naturales".

El generador ARC se basa en una microturbina de dos etapas que tiene una velocidad operativa máxima de 130 000 rpm, una velocidad de entrada demasiado alta para que la maneje cualquier alternador.

"El ARC utiliza dos métodos para reducir las rpm", dijo Taits. "Primero, la turbina de segunda etapa se desacopla de la primera, lo que proporciona una reducción significativa. A partir de ahí, se utiliza una caja de cambios de última generación para reducir las rpm a su valor final. El combustible líquido circula a través de esta caja de cambios para mantenerlo fresco durante la operación".

La caja de cambios da salida a un alternador trifásico sin escobillas, liviano y de alto rendimiento que, junto con la electrónica de potencia, entrega 8 kW de potencia de 25 a 84 V CC a dos conexiones de terminales M6. Para requisitos de mayor potencia, se pueden conectar en paralelo múltiples generadores, dijo la compañía.

Además, FusionFlight ofrece varios tipos de módulos electrónicos externos, incluidos reguladores e inversores reductores y elevadores para impulsar diferentes tipos de cargas de CA, como dispositivos domésticos estándar. El inversor también se puede acoplar con un cargador y usarse como un extensor de rango para vehículos eléctricos, dijo Taits.

La unidad incorpora un motor de arranque sin escobillas alimentado por una batería compacta de fosfato de hierro y litio. Una vez que el ARC ha alcanzado la velocidad de operación, la batería se recarga usando un circuito de cargador incorporado.

Los componentes del ARC están empaquetados en una carcasa de aluminio y fibra de carbono que mide 20,7 pulgadas de largo, 10,6 pulgadas de ancho y 6,61 pulgadas de alto (510 mm x 270 mm x 168 mm) y pesa 20,7 libras (9 kg) .

El generador ARC no tiene su propio tanque de combustible integral, sino que utiliza un módulo de combustible integrado que incorpora bombas y puertos de suministro y retorno que extraen combustible de los tanques de combustible remotos del usuario. "Esto nos permite construir un generador muy compacto que es altamente adaptable para una variedad de aplicaciones", señaló Taits.

FusionFlight también ofrece tanques de combustible que varían en tamaño de 5 a 105 gal. (20 a 400 L). La unidad puede operar con una variedad de combustibles líquidos, incluidos diésel, queroseno y Jet-A, mezclados con un 5 % de aceite turbo para la lubricación interna.

La microturbina ARC no tiene controles integrales, sino que se puede acceder a todas las funciones operativas a través de una aplicación o control remoto con cable (vea el video de FusionFlight a continuación). "La aplicación Bluetooth controla todos los aspectos de la turbina", dijo Taits, "incluida la secuencia de arranque automático, el estrangulamiento, el enfriamiento automático y todas las demás funciones, como el cebado de combustible y el diagnóstico".

Uno de los aspectos más notables del ARC es que genera emisiones de sonido significativas: 100 dB(A). "El nivel de sonido es ciertamente alto", señaló Taits. "Pero las aplicaciones originales para el ARC involucraban principalmente aviones, por lo que no fue un gran problema. Usarlo en casa durante un corte de energía parece poco probable debido al ruido, pero actualmente estamos desarrollando formas de mitigar el nivel de ruido y explorando varios caminos que incluyen conductos de entrada/escape, así como cancelación activa de ruido"

La unidad también produce una cantidad significativa de calor durante el funcionamiento. "Los tubos de escape especialmente diseñados en realidad mezclan el escape de la turbina con el aire atmosférico para bajar las temperaturas a aproximadamente 500 º C (932 º F)", dijo Taits. "Todavía hace demasiado calor para que alguien lo toque, pero dado que el ARC se puede ejecutar de forma remota, no creemos que esto represente un problema de seguridad.

"También proporcionamos soluciones de conductos de escape personalizados para cumplir con las aplicaciones específicas y los requisitos de seguridad del cliente".

Las ventas del generador de microturbina ARC se manejan directamente a través de FusionFlight desde su sede en Dallas.