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Energía

Un motor a reacción más eficiente con piezas más ligeras e impresas en 3D

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El uso de componentes compuestos e impresos en 3D hará que los reactores utilicen un 15 por ciento menos de combustible.

  • por Kevin Bullis | traducido por Francisco Reyes
  • 22 Mayo, 2013

Imagen: CFM pone a prueba las aspas del ventilador compuestas del nuevo motor LEAP. Están montadas en uno de los motores más antiguos de la empresa.

Una nueva generación de motores desarrollados por el mayor fabricante de motores a reacción del mundo, CFM (una colaboración entre GE y la compañía francesa Snecma), permitirá a las aeronaves utilizar un 15 por ciento menos de combustible, cantidad suficiente para ahorrar alrededor de 1 millón de dólares (0,77 millones de euros) al año por avión, y reducir significativamente las emisiones de carbono.

El primero de estos nuevos motores, llamado LEAP, contará con una tecnología que nunca antes se ha utilizado en un motor a reacción de producción a gran escala: materiales compuestos cerámicos con un peso mucho menor al de las aleaciones de metales que van a reemplazar, y capaz de soportar temperaturas muy elevadas. El motor también utilizará piezas producidas a través de la impresión en 3D, un nuevo tipo de fabricación con el que se pueden producir formas complejas que serían difíciles o imposibles de realizar con las técnicas convencionales de fabricación. Estas tecnologías podrían en última instancia ser utilizadas para fabricar más piezas del motor, abriendo paso a nuevos avances en cuanto a eficiencia, señala Gareth Richards, director del programa LEAP para GE Aviation.

A pesar de que la construcción de la primera máquina comenzó hace menos de dos semanas, la empresa ya tiene pedidos para fabricar 4.500. Serán utilizadas en el Airbus A320neo, el Boeing 737 Max, y un nuevo avión de China, el Comac C919. Además de ahorrar dinero, el motor va a ayudar a los fabricantes a cumplir con actuales y futuras regulaciones destinadas a reducir las emisiones de dióxido de carbono y contaminantes, como por ejemplo los óxidos de nitrógeno (NOx) responsables de la niebla tóxica.

Una de las innovaciones clave es el uso de materiales compuestos de matriz cerámica desarrollados por GE. La cerámica puede soportar altas temperaturas, pero normalmente es demasiado frágil para su uso en motores. Los investigadores de GE han desarrollado una forma de reforzarla con fibras de carburo de silicio, lo que las hace tan resistentes como el metal.

La cerámica reducirá la cantidad de energía utilizada para enfriar las piezas del motor. Los motores actuales funcionan a temperaturas que en realidad son más altas que el punto de fundido de las aleaciones de níquel metal utilizadas en su interior; para evitar la fundición, el motor desvía aire de un compresor en el interior del motor a través de pequeños orificios en las piezas, creando una capa protectora de refrigeración. El compuesto de cerámica no requiere este enfriamiento, por lo que en su lugar el aire se puede utilizar para generar empuje.

En el motor LEAP, los materiales compuestos de matriz cerámica reemplazarán solo algunas de las piezas de aleación de níquel. Pero en el futuro podrían ser utilizados en más piezas del motor, lo que reduciría aún más las pérdidas producidas por la refrigeración. Este cambio también podría permitir que los motores funcionasen a temperaturas más altas, por lo que sería posible obtener más empuje a partir de una cantidad dada de combustible. Por otra parte, los compuestos podrían usarse para crear motores más ligeros. Las piezas hechas de estas materias pesan un tercio de lo que pesan las de aleación de níquel.

El motor también contará con piezas impresas en 3D capaces de mejorar la eficiencia del motor y bajar las emisiones. El sistema es más sofisticado y potente que el tipo de impresoras 3D de escritorio sobre el que ha recaído la atención recientemente. En lugar de depositar materiales, utiliza un láser para convertir polvo de metal en formas sólidas, capa a capa. El método simplifica la fabricación del tipo de boquillas de combustible (producidas con una forma precisa) que sirven para ayudar a que el motor funcione a altas temperaturas sin producir óxidos de nitrógeno

Otro fabricante de motores, Pratt & Whitney, está desarrollando su propio motor avanzado capaz de reducir el consumo de combustible en un 15 por ciento. Los compradores del Airbus A320neo pueden elegir entre el motor de Pratt & Whitney o el de CFM. Sin embargo Pratt & Whitney sigue un enfoque muy diferente a la hora de mejorar la eficiencia. En lugar de utilizar compuestos, usa engranajes que ayudan a que las diferentes piezas del motor se muevan a velocidades óptimas.

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