Resumen de Desarrollos experimentales de sistemas basados en hidrógeno. Integración en plataformas móviles terrestres y aéreas
Fernando Isorna Llerena
- español
Esta Tesis está organizada en seis Capítulos según el siguiente orden:
El Capítulo 1 trata del Enfoque General de la Tesis, en el que se describe la estructura de la misma y un breve resumen de cada uno de los Capítulos que la integran, centrándose en las principales aportaciones. Además, se realiza un análisis del aporte científico que se ha producido con la realización de esta Tesis.
Capítulo 2, Objetivos y Metodología, se presentan los objetivos individuales necesarios para lograr el objetivo principal de la Tesis, presentar los desarrollos experimentales de sistemas basados en hidrógeno y ejemplos de integración en plataformas móviles terrestres y aéreas. Según la estructura de la Tesis, cada una de las aportaciones científicas incluidas en el Capítulo 4, tiene como finalidad dar respuesta a cada uno de los objetivos planteados.
Finalmente, se presenta la metodología de trabajo utilizada para lograr todos y cada uno de los objetivos propuestos.
En el Capítulo 3, Materiales, se detallan los sistemas más importantes utilizados para el desarrollo del presente trabajo.
Aparte de la descripción detallada de los bancos de ensayos comerciales que se han usado para la caracterización tanto de baterías como de pilas de combustible, cabría destacar el diseño y construcción de la plataforma terrestre de ensayos y la total transformación de la plataforma aérea donde se han integrado los sistemas eléctricos.
En el Capítulo 4, Resultados, se presentan el conjunto de contribuciones científicas que sustentan esta Tesis. En este sentido, se presentan tres artículos científicos publicados como primer autor en revistas de alto índice de impacto JCR, así como diferentes contribuciones a congresos internacionales, referentes al sector de las energías renovables y el hidrógeno.
En este contexto, el artículo 1 se estudia el efecto de un contaminante muy poco estudiado en pilas de combustible de polímero sólido de baja temperatura y sin casos encontrados en la literatura para alta temperatura. Este contaminante es el NH3.
A continuación, para demostrar la aplicación y ventajas del hidrógeno en sistemas de propulsión eléctricos, los artículos 2 y 3 presentan el diseño, desarrollo e implementación de diferentes plataformas móviles aéreas y terrestres.
En el segundo artículo se presenta un caso real y práctico de transformación de un sistema aéreo no tripulado de ala fija, utilizado como objetivo aéreo y propulsado por un motor de combustión interna, en un RPAS eléctrico. El principal motivo para llevar a cabo esta transformación es aumentar la autonomía de vuelo del RPAS para poder tomar medidas de los diferentes parámetros que afectan a este cultivo a gran escala. Este propósito se ha logrado aumentando la autonomía en casi un 50%.
Por otro lado, este presente trabajo es un paso intermedio para completar un RPAS propuesto de hidrógeno.
Por último, centrados en las aplicaciones terrestres, el artículo 3 tiene como objetivo demostrar una solución sostenible para la movilidad urbana basada en un vehículo eléctrico unipersonal propulsado por hidrógeno, que aporta grandes ventajas sobre el mismo vehículo alimentado por batería. Para demostrarlo, se han desarrollado ambos vehículos en versiones comparables, utilizando la misma plataforma, buscando que el peso total del vehículo eléctrico unipersonal sea el mismo en ambos casos. Han sido sometidos a pruebas experimentales que respaldan las características de una configuración basada en hidrógeno frente a la basada en batería, como mayor energía específica, más autonomía y menor tiempo de recarga de la primera.
En el Capítulo 5, Conclusiones Generales, se discuten las conclusiones más relevantes obtenidas en esta Tesis, y se enmarcan las líneas de investigación que han sido abiertas por el trabajo desarrollado, además de proponer estrategias y acciones en este sentido.
Finalmente, en el Capítulo 6, Otras contribuciones científicas, se presenta un conjunto de aportaciones científicas en las que el doctorando ha participado activamente como coautor durante la realización de la Tesis doctoral. Este compendio de trabajo incluye una serie de artículos de investigación publicados en revistas de índice de alto impacto JCR, así como contribuciones a los principales congresos nacionales e internacionales del sector de las energías renovables y el hidrógeno. Estas aportaciones complementan la actividad investigadora del doctorando, por lo que se incluyen en el conjunto de aportaciones que sustentan esta Tesis.
- English
This Thesis is organized in six Chapters according to the following order: Chapter 1 deals with the General Approach of the Thesis, which describes its structure and a brief summary of each of the Chapters that comprise it, focusing on the main contributions. In addition, an analysis of the scientific contribution that has been produced with the completion of this Thesis is carried out. Chapter 2, Objectives and Methodology, presents the individual objectives necessary to achieve the main objective of the thesis, present the experimental developments of hydrogen-based systems and examples of integration in land and air mobile platforms. According to the structure of the thesis, each of the scientific contributions included in Chapter 4, has the purpose of responding to each of the proposed objectives. Finally, the work methodology used to achieve each and every one of the proposed objectives is presented. In Chapter 3, Materials, the most important systems used for the development of this work are detailed. Apart from the detailed description of the commercial test benches that have been used for the characterization of both batteries and fuel cells, it is worth highlighting the design and construction of the ground test platform and the total transformation of the aerial platform where they have been integrated electrical systems. In Chapter 4, Results, the set of scientific contributions that support this thesis are presented. In this sense, three scientific articles published as first author in journals with a high impact index JCR are presented, as well as different contributions to international congresses, referents of the renewable energy and hydrogen sector. In this context, article 1 studies the effect of a not much studied pollutant in low temperature solid polymer fuel cells and without cases found in the literature for high temperature. This pollutant is NH3. Next, to demonstrate the application and advantages of hydrogen in electric propulsion systems, articles 2 and 3 present the design, development and implementation of different mobile aerial and land platforms. The second article presents a real and practical case of transformation of a fixed-wing unmanned aerial system, used as an aerial target and powered by an internal combustion engine, into an electric RPAS. The main reason for carrying out this transformation is to increase the flight autonomy of the RPAS in order to be able to take measurements of the different parameters that affect large-scale crops. This purpose has been achieved by increasing autonomy by almost 50%. On the other hand, this present work is an intermediate step to complete a hydrogen powered RPAS. Finally, focused on land applications, article 3 aims to demonstrate a sustainable solution for urban mobility based on a one-person electric vehicle powered by hydrogen, which provides great advantages over the same battery-powered vehicle. To demonstrate this, both vehicles have been developed in comparable versions, using the same platform, seeking that the total weight of the one-person electric vehicle is the same in both cases. They have undergone experimental tests that support the characteristics of the hydrogen-based configuration versus the battery-based one, such as higher specific energy, more autonomy and shorter recharge time of the first. In Chapter 5, General Conclusions, the most relevant conclusions obtained from this Thesis are discussed, and the lines of research that have been opened by the work developed are framed, in addition to proposing strategies and actions in this regard. Finally, in Chapter 6, Other scientific contributions, a set of scientific contributions is presented in which the doctoral student has actively participated as a co-author during the completion of the doctoral thesis. This compendium of works includes a series of research articles published in journals with the high impact index JCR, as well as contributions to the main national and international conferences of the renewable energy and hydrogen sector. These contributions complement the research activity of the doctoral student, which is why they are included in the set of contributions that support this thesis. es
