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» » La potencialidad del viento iónico


Referencia: news.MIT.edu .
por Jennifer Chu, 02 abril 2013

Los propulsores movidos por el viento iónico pueden ser una alternativa eficaz frente a las tecnologías convencionales de propulsión atmosférica.

Cuando una corriente pasa entre dos electrodos, uno más delgado que el otro, se crea un viento entre ellos. Si se aplica suficiente voltaje, el viento resultante puede producir un empuje sin ayuda de motores o combustible.

Este fenómeno, llamado propulsión electrohidrodinámica o, más coloquialmente, el "viento iónico", fue identificado por primera vez en la década de 1960. Desde entonces, el viento iónico ha estado limitado en gran parte a proyectos de ciencia y experimentos de sótano, los aficionados han publicado cientos de videos instruyendo sobre la construcción de "ionocrafts", unos vehículos ligeros hechos de madera de balsa, papel de aluminio y cables, que se elevan y planean con el aumento de voltaje.

A pesar de esta riqueza de información, ha habido pocos estudios rigurosos de sobre el viento iónico como sistema de propulsión viable. Algunos investigadores han teorizado que los propulsores iónicos, utilizados como propulsión a chorro, serían extremadamente ineficientes, necesitando grandes cantidades de electricidad para producir el suficiente empuje para propulsar un vehículo.

Ahora, los investigadores del MIT, han llevado a cabo sus propios experimentos y han descubierto que los propulsores iónicos pueden ser una fuente mucho más eficiente que los motores de propulsión a chorro convencionales. En sus experimentos, encontraron que el viento iónico produce 110 newtons de empuje por kilovatio, frente a los 2 newtons por kilovatio de un motor de jet. El equipo ha publicado sus resultados en Proceedings of the Royal Society.

Steven Barrett, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica en el MIT, prevé que el viento iónico podrá ser utilizado como un sistema de propulsión para pequeños aviones ligeros. Además de su eficiencia, relativamente alta, los propulsores iónicos son silenciosos e invisibles en el infrarrojo, ya que no emiten ningún calor, que son rasgos ideales para un vehículos de vigilancia.

"Podemos imaginarnos todo tipo de beneficios tanto militares como de seguridad al tener un sistema de propulsión silencioso sin señal infrarroja", señala Barrett, que fue co-autor del documento publicado, junto al estudiante graduado Kento Masuyama.

Abriendo huecos

Un propulsor iónico básico consta de tres partes: un electrodo de cobre muy delgado, llamado emisor, un tubo más grueso de aluminio, conocido como colector, y un espacio de aire en medio. Un típico marco ligero que soporta los cables, conectado a una fuente de alimentación eléctrica. Cuando se aplica voltaje, el gradiente de campo despeja los electrones de las más cercanas moléculas de aire. Estas recién ionizadas moléculas son repelidas fuertemente por el cable de la corona, y fuertemente atraídas por el colector. Como esta nube de iones se mueve hacia el colector, choca con las moléculas neutras del aire circundante, empujándolos a todo lo largo y creando un viento, o empuje.

Para medir la eficiencia de un motor iónico, Barrett y Masuyama construyeron una configuración similar simple, y colgaron el artefacto bajo una escala digital suspendida. Aplicaron decenas de miles de voltios, creando la suficiente atracción de corriente para alimentar una bombilla de luz incandescente. Entonces alteraron la distancia entre los electrodos, y registraron el empuje de propulsión para que el dispositivo se levantara del suelo. Barrett dice que el dispositivo era más eficiente en la producción de un empuje menor, aunque sea contraintuitivo, de lo que era deseable.

"Es un tanto sorprendente, pero si uno tiene un chorro de alta velocidad, eso deja a su paso una carga de energía cinética desperdiciada", explica Barrett. "Así que es mejor un chorro de tan baja velocidad como se que pueda, pero sin dejar de producir el suficiente empuje". Y añadió que, un viento iónico es una buena manera de producir un chorro de baja velocidad sobre un área grande.

Consiguiendo despegar

Barrett reconoce que existe un gran obstáculo a la propulsión iónica del viento: la densidad de empuje, o sea, la cantidad de empuje producido por área dada. Los propulsores iónicos dependen del viento producido entre los electrodos; cuanto mayor es el espacio entre los electrodos mayor será el empuje producido. Esto significa que para levantar un pequeño aircraft, su fuente de alimentación eléctrica requeriría un espacio de aire muy grande. Barrett prevé que los propulsores electrodinámicos para aviones abarcarían todo el vehículo.

Otro inconveniente es el voltaje necesario para despegar un vehículo de tierra: los modelos pequeños y ligeros de balsa requieren varios kilovoltios. Barrett estima que una pequeña embarcación, con la instrumentación a bordo y energía supletoria, necesitaría cientos o miles de kilovoltios.

"Los voltajes a conseguir podrían ser enormes", dice Barrett. "Pero creo que eso es un reto con probable solución". Por ejemplo, él dice que la energía puede ser suministrada por ligeros paneles solares o pilas de combustible. Señala que los propulsores iónicos también pueden resultar útiles para sistemas silenciosos de refrigeración de ordenadores portátiles.

Ned Allen, jefe científico de Lockheed Martin Corp., dice que mientras que los propulsores iónicos enfrentan serias desventajas, especialmente en las aplicaciones aeroespaciales, la tecnología "ofrece un potencial casi milagroso."

"La propulsión electrohidrodinámica es capaz de una eficacia mucho mayor que cualquier otro dispositivo de reacción de combustión, como un cohete o un dispositivo de propulsión a chorro", dice Allen. En parte, por esta razón, apunta Allen Lockheed Martin, está estudiando esta tecnología como un medio potencial de propulsión.

"La eficiencia es probablemente la cuestión número uno que a nivel global impulsa el diseño de aeronaves", dice Barrett. "Los propulsores iónicos son viables en la medida que son eficientes. Hay todavía muchas preguntas sin respuesta, y debido a que parecen tan eficientes, vale la pena investigar más."


- Imagen: Avión y esquema de ionización de partículas.
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