Un grupo de investigadores del Instituto de Ciencias Tecnológicas de la universidad china de Wuhan han diseñado un prototipo de motor a reacción. Se basa en la utilización de aire y electricidad para producir plasma a alta temperatura y presión.
Una bola de acero
© Jau Tang y Jun Li / AIP
Una bola de acero puede quedar suspendida en el aire por la presión de un flujo de plasma eléctrico.
Convenientemente escalado, este motor de plasma eléctrico podría impulsar una aeronave del tamaño de un reactor. Su mayor ventaja es que no necesita combustibles fósiles, por lo que no habría emisiones de CO2.
"La motivación de nuestro trabajo es ayudar a resolver los problemas de calentamiento global provocado por el uso que los humanos hacemos de los motores de combustibles fósiles para alimentar nuestra maquinaria, como coches y aviones". Son palabras del autor Jau Tang, profesor de la Universidad de Wuhan. "No hay necesidad de combustibles fósiles en nuestro diseño y, por lo tanto, no hay emisiones de CO2 que causen efecto invernadero y calentamiento global."
Los motores de propulsión de los reactores generan un flujo de gases hacia atrás que, de acuerdo a la tercera ley de Newton, impulsa al avión hacia adelante. Para obtener estos gases, se utiliza una turbina que utiliza una mezcla de combustibles fósiles que contaminan la atmósfera.


Plasma, el nuevo combustible para la aviación

La premisa de esta innovadora investigación comienza por la sustitución de estos gases por plasma eléctrico, que puede generar el mismo efecto de propulsión pero sin ninguna emisión contaminante.

Junto con los sólidos, líquidos y gases, el plasma eléctrico es el cuarto estado fundamental de la materia. En el mismo, una cierta proporción de sus partículas están eléctricamente cargadas o ionizadas.

Al igual que los gases, el plasma no posee una forma o volumen definidos, excepto cuando está confinado en un contenedor. Aunque el plasma es el estado de agregación más abundante en el Universo, en la Tierra existe de manera natural solamente en ciertos estratos de la atmósfera, como la ionosfera. Es ahí, en este plasma, en el que se produce por ejemplo el mayor espectáculo eléctrico de la Tierra, las auroras polares.

Sin embargo, el plasma eléctrico también se puede crear. Un ejemplo de combustible de reactor de plasma fue el de la sonda espacial Dawn, que utilizó un "propulsor de iones" con un plasma de xenon. Pero tiene un problema. Estos plasmas no pueden superar la fricción de la atmósfera de la Tierra por lo que no son lo bastante potentes para su uso en viajes aéreos. El equipo investigador, liderado por Jau Tang, profesor de la Universidad de Wuhan, ha creado un motor de plasma eléctrico (reactor de plasma) que comprime el aire a alta presión y lo ioniza utilizando microondas. Es decir, utiliza una fuente eléctrica y reemplaza el xenon por aire inyectado, mucho más potente.

Prototipo de motor de plasma en laboratorio

Para las pruebas del motor de plasma eléctrico se utilizó un magnetrón, dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microondas. Éstas pasan a través de un circulador, utilizado para absorber las microondas reflejadas y dirigirlas hacia un sintonizador que optimiza la potencia en una cámara de ionización de aire. Un generador de llama genera un flujo de plasma que pasa a través de un tubo de cuarzo.
Diagrama esquemático de un prototipo de propulsor de plasma aéreo
© Jau Tang y Jun Li / AIP
Diagrama esquemático de un prototipo de propulsor de plasma aéreo. Este dispositivo consiste en una fuente de alimentación de microondas, un compresor de aire, un guía-ondas y un generador de llama.
El prototipo logrado de motor de flujo de plasma levanta una esfera de acero de 1 kg sobre un tubo de cuarzo de 24 milímetros de diámetro. El aire a alta presión es convertido en un un flujo de plasma que pasa a través de la cámara de ionización de microondas. A una conveniente escala (los fenómenos eléctricos son completamente escalables), la correspondiente propulsión es comparable a la de un motor comercial a reacción. Debemos recordar que los fenómenos eléctricos son completamente escalables.

Incrementando el número y la escala de estos propulsores, cada uno con una fuente de microondas de alta potencia, el diseño del prototipo se puede expandir al tamaño necesario para hacer volar un avión reactor. Los autores están trabajando en la mejora de la eficiencia del dispositivo y lograr su objetivo final. Según aseguró Tang, en una publicación abierta y disponible en la revista "AIP Advances":

"Nuestros resultados demuestran que tal motor a reacción basado en un plasma aéreo de microondas, puede ser una alternativa viable a los motores convencionales de combustible fósil."
Fuentes consultadas:

- Electricity and air, the "fuels" of this plasma engine capable of flying a jet
- Plasma Jets May One Day Propel Aircraft