Análisis de la implementación de sistemas de Pila de Combustible en vehículos aéreos no tripulados: optimización de sistemas y simulación de misión

Abstract

[ES] El alcance de este estudio pretende analizar la aplicación de las pilas de combustible (FC) en la planta motriz de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y el impacto económico y medioambiental asociado. Comienza con la evaluación de los sistemas actuales de FC adaptados a las aplicaciones de los UAV. De este modo, se establecen los requisitos de potencia y consumo que deben tenerse en consideración para adaptarse a una misión teórica. A partir de ahí, se realiza un análisis paramétrico del sistema FC para mostrar el efecto de la altitud en el rendimiento de la planta motriz, lo que permite establecer una estrategia de control para optimizar el funcionamiento del sistema de FC adaptado a cada altitud. A continuación, el modelo del sistema de FC se integra en un entorno virtual para generar un modelo completo del UAV propulsado por FC. Con los resultados obtenidos, se establecerá y simulará un plan de misión de vuelo que describa en profundidad la aplicación de la tecnología objeto de estudio. Por último, se realizará un análisis de los costes operativos, para mostrar la viabilidad de las tecnologías implementadas en la reducción de las emisiones desde el pozo hasta el tanque, en función de las diferentes vías de producción de hidrógeno.

[EN] The extent of this study aims to analyze the application of Fuel Cells (FC) in the powerplant of unmanned aerial vehicles (UAV) and the economic and environmental impact that can be achieved. It starts with the evaluation of current FC systems adapted to UAV applications. This will establish the power and consumption requirements that must be considered in order to fit a theoretical mission. From there, a parametric analysis of the FC system is done to show the effect of altitude on the powerplant performance, thus allowing to establish a control strategy to optimize the FC system operation at each altitude. Then, the FC system model is integrated into a virtual environment in order to generate a complete FC-powered UAV model. At this point and with the obtained results, a flight mission plan will be established and simulated to describe thoroughly the application of the investigated technology. Lastly, an operational cost analysis will be conducted, to show the viability of the technologies implemented in a reduction of the emissions from well to tank, in terms of the different Hydrogen production pathways.

[CA] Aquest estudi té com a objectiu fonamental l'anàlisi de l'aplicació d'una pila de combustible com a model propulsiu d'un vehicle aeri no tripulat, atenent al seu torn l'impacte econòmic i mediambiental que aquest tindria. Comença amb l'avaluació del sistema de pila de combustible adaptat a l'entorn d'una aeronau. Això determinarà els requeriments de potència i consum que hauran de ser considerats per a ajustar-se a una missió teòrica. D'ací, es realitzarà un estudi paramètric del sistema de pila de combustible per a veure l'efecte de l'altitud en les prestacions d'aquesta, i fixar les seues condicions d'operació òptimes. Més tard, s'integrarà el model de pila en conjunt amb el model de l'avió no tripulat de manera que s'obtinga un model uniforme del vehicle amb la seua planta propulsiva. Amb això completat, se simularà una missió que represente les prestacions de l'aeronau per a demostrar l'aplicabilitat de la tecnologia estudiada. Finalment, es realitzarà una anàlisi dels costos d'operació, per a demostrar la viabilitat d'aquest sistema com a manera de reduir les emissions del pou al depòsit en vehicles aeris, avaluant els costos per a diferents produccions d'hidrogen.