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Construcción y prueba de motores eléctricos aeronáuticos

5 nov 2018

Para obtener piezas a partir del hierro utilizaron una cortadora de corte de plasma y a algunas de esas piezas les dieron un tratamiento térmico para aumentar su dureza y resistencia (foto Eduardo Calderón).

La aeronáutica y astronáutica en Costa Rica es muy incipiente, declaró el Ing. Calderón, pero con estas investigaciones se dan los primeros pasos en el desarrollo de la expertise necesaria para que empresas a generan trabajo en estas aéreas lleguen al país y encuentren que hay profesionales con la capacidad de resolver problemas aerodinámicos (foto Eduardo Calderón).

Los responsables de este proyecto diseñaron sus propios engranajes para hacer funcionar los motores eléctricos, para poder contar con prototipos de ultraligeros con mejor rendimiento y ecoamigables (foto Eduardo Calderón).

Para el desarrollo de este proyecto se han utilizado diferentes máquinas o dispositivos tecnológicos que están en diferentes laboratorios de la EIM, como en el Laboratorio de Materiales, Laboratorio de Transferencia de Calor (prueban prototipos aerodinámicos en el túnel de viento), Laboratorio de Metalurgia, Laboratorio de Mecatrónica (impresoras y scanners 3D para diseñar y crear piezas), Laboratorio de Procesos de Manufactura, y Hangar de Simulación Aerodinámica (foto Laura Rodríguez).

Los estudiantes Daniel Chacón y Gabriel Villegas ensamblan el motor eléctrico aeronáutico para ultraligeros, el cual es diseñado y construido en la Escuela de Ingeniería Mecánica de la UCR (foto: Laura Rodríguez).

Los motores eléctricos fueron probados en el Laboratorio de Investigación en Robots Autónomos y Sistemas Cognitivos (ARCOS-Lab) de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, además en el Centro de Investigación en Ciencias del Movimiento Humano (CIMOHU) se han analizado diferentes posturas aerodinámicas para el piloto, y el Instituto de Investigaciones en Ingeniería (INII) también ha colaborado con este proyecto (foto Eduardo Calderón).

El motor eléctrico se puede accionar a control remoto, pero la idea es que sea un piloto el que viaje y conduzca el ultraligero para variar el plan de vuelo cuando así se necesite, acción que no se puede lograr con un vehículo aéreo no tripulado, que es programado previamente para que cumpla ciertas tareas (foto Eduardo Calderón).

El diseño de los ultraligeros incluye la construcción del chasis (hecho de aluminio y fibra de carbono), que es la parte central del aparato a la que se le adapta una malla protectora circular con un tubo de aluminio que le da forma y se le puede instalar cualquier tipo de motor (foto Eduardo Calderón).

Al chasis se le realizaron varias pruebas simuladas digitalmente para conocer la presión que podía experimentar en el aire y obtuvieron datos sobre los esfuerzos mecánicos que existen en ciertas configuraciones geométricas cuando se les aplica diferentes tipos cargas, así como las temperaturas que pueden soportar; de esa forma llegaron a concebir la forma particular del chasis para montar allí el motor eléctrico (foto Eduardo Calderón).

El parapente y el ala delta que se utilizan para este estudio fueron donados a la Escuela de Ingeniería Mecánica por parte del prof. Calderón (foto Eduardo Calderón).

Para volar parapentes y alas delta se necesita que existan condiciones meteorológicas favorables, por lo que el Ing. Calderón aseguró que han colocado estaciones de monitoreo en Caldera, Dominical, Jaco, Rivas de Pérez Zeledón, y en La Pastora de Turrialba, para documentar y caracterizar zonas de vuelo; de esta forma elaborarán una guía sobre sitios idóneos para llevar a cabo esta práctica en el país (foto Eduardo Calderón).

El viento puede comportarse de dos formas: regular (laminar) o irregular (turbulento), y para evaluar el desempeño de estructuras como edificios, puentes o perfiles aerodinámicos como las costillas de alas delta, en la Escuela de Ingeniería Mecánica los estudiantes pueden utilizar un túnel de viento para poder hacer este tipo de pruebas o simulaciones con maquetas e identificar su comportamiento para perfeccionar, en este caso, la forma de las alas para un vuelo más eficiente; aparecen en la foto (en orden usual): Brynner Arguedas López, Edgardo Rivera Mattey, Daniel Chacón García, Carlos Campos Ramírez y Gabriel Villegas Campos (foto Laura Rodríguez).

Para la evaluación del desempeño de algunas de las piezas del motor eléctrico se utilizaron impresoras 3D: primero hicieron el modelado de la pieza por medio de un software y después la enviaron a imprimir, de esta forma pueden elaborar el perfil de un ala o de una hélice, el siguiente paso es probarla y comprobar que esa estructura sea capaz de resistir y que no se quiebre; asimismo, con un escáner 3D se copia digitalmente el objeto para estudiarla y hacerle pruebas en computadora (foto Laura Rodríguez).

Estudiantes de Ingeniería Mecánica quienes trabajan en el proyecto de ultraligeros montan el motor de turbina en la estructura para realizar pruebas de desempeño del mismo (foto Laura Rodríguez).

Este prototipo pertenece a un trabajo final de graduación de la Licenciatura en Ingeniería Mecánica que se basó en la conceptualización de un fuselaje aerodinámico adaptable al ala delta y que utilice un motor eléctrico; esta tesis se llama: Diseño de un fuselaje tándem (para dos personas) tipo triciclo para ultraligero eléctrico (foto Eduardo Calderón).


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