¿Que tamaño pueden alcanzar los motores?

Los motores de los aviones han recorrido un largo camino, evolucionando desde los primeros motores Classic hasta el avanzado CEO (Current Engine Option), y ahora el NEO (New Engine Option) mucho más moderno. Cada generación refleja el impulso de la industria aeroespacial por la eficiencia, la fiabilidad, el rendimiento y el cuidado medioambiental.

CLÁSICOS

• Motores de primera generación que impulsan aviones de pasajeros antes de importantes mejoras en la eficiencia del combustible.
• Centrado en la fiabilidad probada, pero menos eficiente y más ruidoso.
• Relaciones de derivación más bajas, mayor consumo de combustible y mayores emisiones.

CEO (Current Engine Option)

• Motores estándar en aviones más nuevos antes de las actualizaciones al NEO.
• Ofrece una mayor eficiencia de combustible, empuje y mantenimiento en comparación con los motores clásicos.
• Reducción moderada del ruido y mejoras de emisiones, lo que equilibra el costo y el rendimiento.

NEO (New Engine Option)

• Motores de última generación diseñados para la máxima eficiencia y rendimiento.
• Cuenta con altas relaciones de derivación, funcionamiento más silencioso, menor consumo de combustible y emisiones reducidas.
• Utiliza materiales avanzados, aspas de ventilador aerodinámico y tecnología moderna para una fiabilidad a largo plazo.

Ya sea la fiabilidad atemporal de los clásicos o la tecnología avanzada de los NEO, ambos representan hitos en la ingeniería aeroespacial.

¿Que tamaño pueden alcanzar los motores?

Los motores a reacción cada vez son más grandes. Pueden ser enormes, con el actual soporte récord del GE9X, que propulsa al Boeing 777X, con un diámetro de ventilador de más de 3,35 m y una altura mayor que una persona, mientras que el potente GE90 (Boeing 777) tiene un diámetro de ~ 3,42 metros, casi tan ancho como un fuselaje 737, con un tamaño limitado por la eficiencia, la resistencia del material y la física de la velocidad de la punta del ventilador, aunque los ingenieros tratan siempre de ir más allá para un mejor rendimiento, utilizando tecnología como los turboventiladores con engranajes planetarios.

Ejemplos y dimensiones clave:

• GE9X (Boeing 777X): Más grande por diámetro de ventilador (más de 3,35 m), con 16 palas de fibra de carbono.
• GE90 (Boeing 777): Famoso por su tamaño completo, casi tan ancho como un fuselaje 737.
• Rolls-Royce UltraFan: un nuevo diseño de turboventilador con engranajes, que demuestra una eficiencia avanzada, capaz de entregar un gran empuje a través de su caja de engranajes.

¿Por qué tan grande?

• Eficiencia: los ventiladores más grandes mueven más aire de manera más eficiente, mejorando el ahorro de combustible y reduciendo el ruido.
• Relación de derivación: los ventiladores más grandes permiten que más aire evite el núcleo, mejorando el rendimiento, especialmente en condiciones polvorientas como Oriente Medio.
• Potencia: Los motores más grandes generan un empuje inmenso, crucial para los aviones pesados de larga distancia.

Límites físicos

• Velocidad de la punta del álabe del ventilador: una limitación importante es evitar que las puntas de la pala del ventilador alcancen velocidades supersónicas, lo que causa ineficiencia y daños; esto limita la velocidad de rotación (RPM).
• Peso y estructura: Equilibrar el tamaño inmenso con el peso y la integridad estructural es un desafío de ingeniería constante.

El futuro

Los ingenieros están constantemente innovando con nuevos diseños como turboventiladores de engranajes (UltraFan) para hacer que los motores sean aún más grandes y eficientes, superando las limitaciones de tamaño anteriores a través de soluciones de ingeniería inteligentes.

Debajo se aprecia la evolución de los álabes del ventilador. Existe una tendencia a incrementar la anchura de estos (la cuerda).

Generaciones de álabes de ventilador para motores de aviones de pasajeros de pasillo único de CFM. Fuente: CFM

Evolución de álabes de ventilador de cuerda estrecha a ancha para el RB211. Fuente: Rolls-Royce.

La mejora en la eficiencia de estos nuevos motores se basa principalmente en dos cosas:

• Mayores relaciones de presión de la turbina. Mientras que los primeros turborreactores alcanzaban relaciones de tan solo 3,14:1, los turbofán civiles más recientes funcionan a 50:1.

• Mayores relaciones de derivación. El primer turbofán tenía una relación de derivación de 0,3:1, mientras que los más modernos funcionan a 11:1.

Si bien el mismo número de álabes más delgados ayudaría a aumentar la eficiencia, nunca sería suficiente para absorber la enorme potencia proporcionada por la turbina. Al igual que en un ala, que necesita un área determinada para producir la sustentación deseada, los ventiladores del motor necesitan suficiente área para generar empuje. Dado que el diámetro del motor no puede crecer indefinidamente, toda esa área debe estar dentro del diámetro de un ventilador dado. 

Un ventilador más grande tendría velocidades de punta más altas, y si bien los ventiladores grandes actuales ya funcionan a velocidades supersónicas en las puntas, la eficiencia disminuye si una mayor parte del ventilador funciona a velocidad supersónica. Además, el tamaño y la resistencia del carenado aumentarán, lo que reducirá las ganancias de un ventilador más grande. Por último, el ventilador debe caber debajo de un ala.

La relación entre el área de todos los álabes del ventilador y el área del disco del ventilador se denomina factor de actividad o solidez. Con el mismo factor de actividad, un ventilador con más álabes, pero más delgados, tendrá mayor resistencia a la fricción, ya que el número de Reynolds de dichos álabes será menor que el de un ventilador con menos álabes y más anchos.