Motor eléctrico Fraunhofer IISB no projecto AMBER (Clean Aviation): 1000 cv em 94 kg

Motor eléctrico Fraunhofer IISB no programa Clean Aviation

Desenvolvimento Fraunhofer IISB no âmbito do programa Clean Aviation aponta para a aviação e para sistemas híbridos com células de combustível a hidrogénio

O novo motor eléctrico concebido pelo Instituto Fraunhofer de Sistemas Integrados e Tecnologias de Dispositivos (Fraunhofer IISB) foi projectado para disponibilizar 1000 cavalos de potência com apenas 94 kg, num volume comparável ao de uma botija de gás de 12,5 kg. Com estes valores, atinge uma densidade de potência de 8 kW/kg, bem acima do que é habitual em motores de veículos eléctricos (2–4 kW/kg) e também superior ao de motores aeronáuticos avançados (5–6 kW/kg).

Para contextualizar a ordem de grandeza, o Tesla Model S Plaid recorre a três motores para chegar a cerca de 1020 cavalos de potência, enquanto aqui se obtém praticamente o mesmo nível de potência com um único motor.

Soluções de concepção e gestão térmica do motor

Para alcançar esta combinação de potência e massa, o Fraunhofer IISB adoptou uma arquitectura com quatro enrolamentos trifásicos do tipo hairpin: em vez de fio redondo flexível, os condutores são barras (calhas) rígidas de cobre dobradas em forma de “gancho” (em U). Esta opção permite inserir mais cobre no mesmo espaço, elevando a corrente e a potência, ao mesmo tempo que favorece o arrefecimento e reforça a robustez mecânica.

O calor é removido através de arrefecimento directo por pulverização de óleo, o que melhora a dissipação térmica e ajuda o motor a sustentar níveis de potência mais altos sem sobreaquecimento. A própria compacidade do conjunto torna-o particularmente adequado para aplicações aeronáuticas, onde massa e espaço são factores críticos.

Outra novidade relevante é a utilização de aço NO15 com apenas 0,15 mm de espessura, aproximadamente metade do que é comum na maioria dos motores eléctricos. A redução de espessura diminui as correntes parasitas, baixa as perdas por aquecimento e melhora a eficiência, sobretudo a regimes elevados. De acordo com a especificação do protótipo, o motor consegue operar a cerca de 21 000 rpm.

Arquitectura modular, redundância e enquadramento do projecto AMBER

O motor encontra-se dividido em quatro secções independentes; cada uma integra o seu próprio enrolamento, inversor e sistema de controlo. Esta modularidade aumenta a fiabilidade: caso uma secção falhe, as restantes continuam em funcionamento, uma característica especialmente importante em aviação.

O desenvolvimento decorreu no âmbito do projecto AMBER, integrado na iniciativa Clean Aviation da União Europeia, orientada para criar sistemas híbridos eléctricos com células de combustível a hidrogénio para aeronaves regionais. O objectivo do projecto passa por reduzir as emissões de dióxido de carbono na aviação em pelo menos 30% face aos níveis de 2020. Entre os participantes incluem-se também a Avio Aero, com o turboélice Catalyst, e a GE Aerospace; ainda assim, o Fraunhofer IISB desenvolveu o motor integralmente, do conceito à validação, cumprindo normas aeronáuticas.

Apesar de um motor de 94 kg com 1000 cavalos de potência ser um resultado notável, transformar um protótipo de laboratório em equipamento aeronáutico certificado continua a ser um processo exigente. Em paralelo, permanece em aberto a questão de saber se as células de combustível a hidrogénio conseguirão garantir um funcionamento fiável em rotas regionais.

Ainda assim, num sector em que os avanços costumam ser medidos em décadas, este motor representa um feito de engenharia relevante.