Los motores que van a cambiar los aviones: arquitectura abierta para ahorrar en combustible y ser mucho más silenciosos

Un solo motor de un avión de pasajeros moderno es una maquinaria tan perfecta como un reloj suizo: puede generar más potencia que la de varios miles de coches juntos, con cientos de piezas que giran a decenas de miles de revoluciones por minuto. Pero no hay que conformarse y para mejorarlo se necesitan cambios en su diseño, con el objetivo de hacerlos más potentes, eficientes y silenciosos.

La aviación supone en torno al 2,5% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, y por eso compañías como Airbus y CFM International llevan años trabajando en nuevas arquitecturas de motor dentro del programa RISE (siglas en inglés de Innovación Revolucionaria para Motores Sostenibles).

Un reciente memorando firmado por la autoridad de aviación civil de Singapur (CAAS) y ambas empresas aeronáuticas pretende marcar un antes y un después en cómo la industria ensaya estas tecnologías avanzadas antes de que lleguen a los vuelos comerciales.

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El elemento más sorprendente de RISE es el Open Fan (ventilador abierto), un tipo de motor a reacción en el que las aspas del ventilador delantero giran al descubierto, sin el carenado circular que rodea a los turbofanes tradicionales, lo que permite usar un ventilador de mayor diámetro y mover mucha más masa de aire a menor velocidad.

Esta innovadora arquitectura, en conjunción con otros avances, pretende lograr reducciones de alrededor de un 20% en consumo de combustible y emisiones de CO2 frente a los motores actuales más punteros.

Open Fan

RISE es una ambiciosa plataforma tecnológica diseñada para redefinir el motor de los aviones de pasillo único, liderada por la estadounidense GE Aerospace y la francesa Safran Aircraft Engines, las dos mitades de CFM International. Bajo ese marco operativo, el Open Fan es el símbolo más visible de una transformación más profunda en diseño, materiales, combustibles y operaciones.

En este diseño de motor abierto, las palas quedan al aire, como en una hélice, pero siguen movidas por una turbina a reacción. El objetivo es conservar la velocidad de crucero y el confort que ofrecen los reactores modernos, pero con un nivel de eficiencia cercano al de los aviones con turbohélices.

Desde el punto de vista físico, el objetivo es mover mucha más masa de aire a menor velocidad para conseguir más empuje con menos combustible. Al eliminar el carenado externo, el ventilador puede tener un diámetro mayor y alcanzar una relación de derivación muy alta, es decir, hacer pasar más aire por fuera del núcleo caliente del motor.

Esta arquitectura no es totalmente nueva: la industria ya exploró conceptos similares en los años 80, pero entonces quedaron aparcados por factores como el ruido o la complejidad de la fabricación a gran escala.

La gran diferencia hoy es la urgencia que impone el avance imparable del cambio climático, pero también las capacidades del diseño aerodinámico por ordenador y los nuevos materiales que permiten retomar la idea con más posibilidades de éxito.

Banco de pruebas

El Open Fan no llega solo. Forma parte del programa RISE, que CFM describe como un demostrador tecnológico para las próximas generaciones de motores comerciales. Se conforma así como un banco de pruebas a gran escala donde se pueden poner a prueba piezas que luego se incorporarán a productos futuros.

Uno de estos elementos es el núcleo compacto del motor o compact core. Se trata de un conjunto de compresor, cámara de combustión y turbina de alta presión rediseñado para ser más pequeño, más ligero y trabajar a temperaturas más altas gracias a aleaciones y recubrimientos avanzados.

Otro elemento clave es la hibridación eléctrica. El programa incluye la demostración de sistemas híbrido‑eléctricos de clase megavatio, pensados para ayudar al motor térmico en fases exigentes como el despegue o para recuperar energía en vuelo.

Las pruebas en tierra de un sistema híbrido eléctrico de motor de fuselaje estrecho. GE Aeroespace Omicrono

Todo esto se apoya en un uso intensivo de la supercomputación. Las simulaciones numéricas permiten optimizar la forma de las palas de los ventiladores, estudiar el flujo de aire alrededor del motor o analizar el impacto acústico con un nivel de detalle que habría sido imposible hace solo unos años.

RISE también se concibe desde el principio como una plataforma compatible con combustibles de aviación sostenibles (SAF) al 100 % y con futuras soluciones basadas en hidrógeno.

Menos consumo

El objetivo final del programa RISE es lograr “más de un 20%” de ahorro en consumo de combustible frente a los motores comerciales más eficientes que vuelan a día de hoy.

La mayor parte de esa mejora viene de la eficiencia propulsiva del Open Fan. Al mover más aire a menor velocidad se reduce la energía perdida en forma de estela y se optimiza el empuje generado por cada kilogramo de combustible quemado.

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Sin embargo, el programa también pretende aprovechar las mejoras relacionadas con la parte acústica. Aunque un ventilador sin carenado podría parecer más ruidoso, el diseño aerodinámico de las palas y su integración con el ala pueden conseguir que el nivel de ruido sea inferior al de los motores actuales.

De momento no hay fecha definitiva para la puesta en marcha de los primeros prototipos, pero Airbus ya trabaja con CFM para ensayar la integración del motor en aviones comerciales. La multinacional europea ya anunció en 2022 que utilizaría un A380 como laboratorio de vuelo para un demostrador de Open Fan "antes del final de esta década".

Ilustración de un Airbus A380 con un motor Open Fan Airbus / CFM Omicrono

A corto plazo, los siguientes pasos son la presentación de maquetas a escala y estudios aerodinámicos detallados. Los ingenieros del programa RISE deben analizar cómo afecta el flujo del Open Fan al ala, al fuselaje y a la estructura del avión, así como el impacto en vibraciones y el ruido en cabina.

En ese sentido, el reciente memorando firmado por CAAS, CFM y Airbus supone un paso crucial para sentar las bases de la futura integración de aviones con motores Open Fan en las operaciones diarias de un aeropuerto real.

El objetivo final es demostrar que la próxima generación de motores puede funcionar en la operativa diaria con los mismos niveles de seguridad y fiabilidad que los actuales, lo que abarcará posibles modificaciones de infraestructura, cambios en los procedimientos de rodaje y aproximación, o la necesidad de ajustes en la normativa.