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Investigación empresarial

Los vuelos del futuro

Embraer invierte en asociaciones para desarrollar desde biocombustibles hasta innovación en las cabinas

Léo RamosPartiendo de la izquierda, Alexandre Filogonio, Paulo Anchieta, Fernando Fernandez, Allan Pereira, Mauro Kern y Andrea Barp, en la sede, en São José dos CamposLéo Ramos

Embraer, empresa que ocupa el tercer lugar entre las fábricas de aviones comerciales del mundo, tan sólo detrás de las gigantes Boeing (Estados Unidos) y Airbus (Unión Europea), fue fundada para transformar ciencia y proyectos de investigación en productos tecnológicos. “El conocimiento forma parte del ADN de la empresa”, dice Mauro Kern, vicepresidente de ingeniería y tecnología de Embraer, donde comenzó a trabajar hace 30 años. “Durante la posguerra, la sensación era que la industria aeronáutica podría ser un gran incentivo para la tecnología en el país”, comenta el ingeniero mecánico graduado en la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS).

Lo primero que se hizo en ese sentido fue crear el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), mediante un convenio con el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), de Estados Unidos, para la capacitación de ingenieros aeronáuticos. Luego vino el Centro Tecnológico de Aeronáutica (CTA), que en las décadas de 1950 y 1960 desarrolló proyectos con el objetivo de formar una base de conocimiento tecnológico. Uno de esos proyectos fue el que posibilitó el inicio de la industria aeronáutica, en 1969: “Embraer se creó para producir el avión Bandeirante”, dice Kern. Ése fue el impulso para nuevos proyectos, tales como el del monomotor agrícola Ipanema, al final de los años 1960 y que se produjo en serie a partir de 1972. “El primer avión certificado en el mundo para volar con biocombustible y que se produce hasta los días actuales”.

Entre 1983 y 1984, Kern pasó seis meses en Italia dedicado al programa AMX, una línea de aviones militares desarrollada mediante un convenio con dos empresas italianas, y enfocada en la capacitación de la industria nacional en integración de sistemas. El ingeniero electrónico capacitado en el ITA Andrea Barp, del área de simulación y modelado de sistemas de Embraer, también pasó una temporada en Italia, en 1983, junto con otros jóvenes investigadores. “El grado de integración y la complejidad de los sistemas de a bordo en la aeronave, se consideraban avanzados para la época, principalmente en lo referente al software de a bordo”, dice. Los retos del grupo brasileño se superaron con mucho estudio, y el conocimiento adquirido en ese tiempo permitió que, cinco años después, Embraer produjera el software de a bordo para el avión AMX.

LÉO RAMOSLínea de montaje de jets comercialesLÉO RAMOS

En realidad, la empresa intentó ganar autonomía en todas las etapas de desarrollo y construcción de una aeronave. Por ejemplo, cuando Kern regresó a Brasil, fue enviado a una filial de la empresa creada para desarrollar competencia en trenes de aterrizaje e hidráulica aplicada. “Fui el primer ingeniero del cuerpo técnico de esa filial”, dice. Fueron varios programas de cooperación y desarrollo hasta 1996, cuando Embraer certificó el tren de aterrizaje del ERJ 145 (un jet regional con 50 asientos), el primero desarrollado íntegramente por la empresa. En 1999 Kern se trasladó a la casa matriz, donde se dedicó a los proyectos de las series Embraer 170 y 190, una línea de jets comerciales con capacidad entre 70 y 120 plazas. Inicialmente trabajó como jefe de ingenieros en el proyecto 190, luego asumió la dirección de los programas 170 y 190, y la vicepresidencia de la división de aviación comercial. Desde hace un año y medio, Kern es el vicepresidente de ingeniería y tecnología, una función que abarca a todos los programas aeronáuticos de la empresa.

Barp, quien trabajaba con aviones de defensa para uso militar, también fue convocado para el programa de jets regionales Embraer 170 y 190 en el año 2000. “Mi trabajo consistía en ayudar a realizar la integración de los modelos de simulación con los dispositivos de ensayos, que hasta entonces eran casi estáticos”, dice. Sin una simulación realista de las condiciones de vuelo, no podría prepararse la aeronave para su primer ensayo en el aire. En aquella época, Embraer delegaba en proveedores la responsabilidad de la integración y desarrollo del software de a bordo, que controla las conexiones de todo lo que hay en el avión, así como una serie de funcionalidades importantes para la competitividad del producto y de los servicios asociados, lo cual generaba dificultades en los desarrollos. En 2005, Barp comenzó a estudiar las causas fundamentales de esos obstáculos. Para revertir ese contexto, se enfocó en los métodos, procedimientos, herramientas y ambientes que extendieran el uso del modelo matemático y de la simulación de sistemas a lo largo de toda la cadena de valor en la fabricación de una aeronave, lo que incluye ensayos, certificación y soporte a los clientes.

En Embraer, el área de investigación y desarrollo (I&D) se divide en competitiva y precompetitiva. La competitiva se encargó, desde el año 2000, de la familia de jets comerciales 170, 175, 190 y 195, denominada E-Jets, con capacidad entre 70 y 120 asientos, el Legacy 600, que marcó el ingreso de la empresa en el mercado de la aviación ejecutiva, además de los Phenom 100 y 300, que son jets ejecutivos pequeños para hasta 11 ocupantes, y del Lineage 100, un jet ejecutivo con un interior de 120 metros cuadrados, con varios ambientes para los pasajeros. Actualmente se están desarrollando los Legacy 450 y 500, así como el KC 390, un avión de transporte militar, “el mayor de su categoría y el mayor que haya proyectado Embraer”, según Kern. “Cuenta con características de desempeño muy interesantes, tales como aterrizaje en pistas muy cortas y reabastecimiento en vuelo”, describe. En la elección de la carpeta de proyectos de desarrollo tecnológico hay una interacción muy intensa entre la aviación comercial, la ejecutiva y la de defensa y seguridad. En 2011, los ingresos netos de Embraer fueron de 9.800 millones de reales: un 63,6% corresponde al segmento de aviación comercial.

embraerTablero de mando del Legacy 450embraer

En cuanto al desarrollo precompetitivo, no existe un producto en vista, sino tecnologías que podrían utilizarse en futuros proyectos, como por ejemplo, la soldadura por fricción, un proceso que se realiza en estado sólido para producir soldaduras mediante rotación o movimiento de piezas bajo compresión. “Ese tipo de soldadura permite un alivio en el peso interesante para la industria aeronáutica”, dice Fernando Fernandez, ingeniero mecánico graduado en la Escuela de Ingeniería Industrial de São José dos Campos, con máster en el ITA, y que trabajó en esa tecnología durante el período entre 2003 y 2011. Por ahora, la soldadura por fricción tan sólo se utilizará en un pequeño tablero del avión Legacy 500, que para fin de año estará volando. Desde el año pasado, Fernandez analiza tecnologías “con un foco de aquí a 15 ó 20 años”.

Embraer cuenta con varios proyectos en colaboración con institutos de investigación, universidades y otras empresas. Uno de los ejemplos es el Centro de Ingeniería del Confort (lea más información en Pesquisa FAPESP, edición nº 194), un proyecto conjunto con las universidades de São Paulo (USP), Federal de Santa Catarina (UFSC) y Federal de São Carlos (UFSCar), con apoyo de la FAPESP y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep). El laboratorio del confort, con unos 300 metros cuadrados, tiene como objetivo mejorar el interior de las aeronaves y el nivel de bienestar de los pasajeros.

Para el proyecto financiado por la FAPESP, “Aeronave silenciosa: una investigación en aeroacústica”, un grupo formado por 70 investigadores de Embraer, de la USP, de la Universidad de Brasilia, de la UFSC y de la Universidad Federal de Uberlândia (UFU), desarrolla métodos y equipamientos para la supresión de ruidos. Los primeros debates que condujeron al proyecto comenzaron en 2003, con la participación de Allan Kardec Pereira, de 47 años, ingeniero aeronáutico graduado en la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG). En su posdoctorado en ingeniería mecánica en la Universidad Estadual de Campinas, estudió el acoplamiento entre vibración y ruido interno en aviones. Trabajó durante dos períodos en Embraer. El primero fue en 1989, en el área de desarrollo del producto. Al comienzo de la década de 1990, Pereira regresó a Minas Gerais, donde realizó un máster en el área de optimización en la UFMG, y luego un doctorado en la Unicamp en control de vibraciones. A su regreso a Embraer, en 2001, se desempeñó en las áreas de desarrollo de producto y luego en anteproyectos, encargándose de idear los primeros conceptos de un nuevo producto. “Trabajé en los primeros proyectos del Phenom 100 y 300, y del Legacy 500”, dice. En abril de este año, un proyecto desarrollado por la empresa en asociación con un consorcio de empresas portuguesas y el instituto de ingeniería industrial Inegi, ligado a la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Porto, obtuvo el Crystal Cabin Award en la categoría Conceptos Visionarios, un premio internacional a la innovación en interiores aeronáuticos. El proyecto, al que se le dio el nombre de Life, presenta un nuevo concepto para la aviación ejecutiva del futuro, con materiales tales como corcho y cuero, fibra óptica y diodos emisores de luz (LEDs).

Menos carbono
Embraer también participa en consorcios con otras empresas del sector e institutos de investigación para el desarrollo de nuevas tecnologías de manufactura, materiales compuestos, estructuras metálicas y sistemas de a bordo. “Tenemos proyectos en varios frentes y de varias naturalezas”, dice Kern. Uno de los frentes lo constittuyen los proyectos para el desarrollo de biocombustibles. Uno de ellos, en colaboración con las empresas estadounidenses Amyris y GE, con la participación de Azul Linhas Aéreas, se enfoca en la producción de biocombustibles para jets a partir del etanol de caña de azúcar. Otro, asociados con Boeing y con financiación de la FAPESP, tiene como objetivo identificar alternativas sostenibles para el desarrollo y la producción de biocombustibles destinados a la aviación comercial en Brasil.

Léo RamosTécnicos trabajando en las diferentes etapas de fabricación, tales como la instalación acústicaLéo Ramos

“Los biocombustibles generados a partir de fuentes renovables, más allá de constituir una alternativa al querosén de aviación extraído del petróleo, también contribuyen para reducir las emisiones de carbono”, dice Alexandre Tonelli Filogonio, graduado en ingeniería mecánica por la UFMG y con posgrado en ingeniería económica por la Fundación Dom Cabral, quien lidera un grupo dedicado al tema de los combustibles alternativos en el área de desarrollo tecnológico precompetitivo. Según los datos del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), la aviación comercial es responsable del 2% de las emisiones totales de anhídrido carbónico (CO2) generadas por las actividades humanas. El reto consiste en disminuir las emisiones de modo tal que, en 2050, éstas sean equivalentes a la mitad de lo que emitió el sector en 2005, según el compromiso asumido por la industria en abril de 2008 y que se ratificó en marzo de 2012. Un área destacada en Embraer es la de monitoreo del estado de aeronaves, coordinada por Paulo Anchieta, de 46 años, quien cuenta con una singular trayectoria profesional. Comenzó hace 26 años como técnico mecánico, luego fue trasladado al sector de ingeniería, donde preparaba datos matemáticos que los ingenieros utilizaban para evaluar las estructuras de los aviones. Graduado en un colegio técnico, Anchieta decidió estudiar matemática en la Universidad Salesiana de Lorena, en el interior paulista. “A partir de allí, tuve la oportunidad de ayudar a otros ingenieros en ciertos temas en los cuales ellos no tenían dominio”, dice.

El trabajo de monitoreo funciona como una herramienta preventiva de análisis de los componentes de los aviones, con el objetivo de evitar futuros contratiempos. La tecnología de administración de la salud de los sistemas, denominada PHM (prognostics and health management), fue elegida en 2009 como una de las 10 tecnologías más prometedoras para la aviación por el Instituto Estadounidense de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA).

La experiencia de Anchieta con aviones militares fue el pasaporte que lo llevó a recibir la invitación para trabajar en el proyecto de monitorización y salud de aviones comerciales. “La estructura de un avión militar se monitorea como si fuera un control de la salud en humanos”, compara Anchieta, quien estudió ingeniería mecánica en el turno de la noche de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) en Guaratinguetá para poder asumir funciones más compatibles con su conocimiento y experiencia.

La crisis económica de comienzos de la década de 1990, que desembocó en reducciones drásticas de personal en la empresa, se convirtió en un aprendizaje para Anchieta. “Tuve que cumplir varias funciones”. En esa época, solamente 30 personas estaban encargadas de todas las tareas de ingeniería relacionadas con el análisis estructural. Actualmente, de los más de 17 mil empleados, 4 mil se desempeñan en ingeniería, entre ingenieros y técnicos proyectistas aeronáuticos. En la misma década de 1990, incentivado por la empresa, Anchieta cursó varias materias de posgrado en el ITA, lo cual amplificó considerablemente su repertorio de conocimientos teóricos.

070-075_Embraer_201Al asumir el liderazgo del equipo de monitorización de la salud de aeronaves, Anchieta convocó a colaboradores para desarrollar innovaciones destinadas a la aviación comercial. En primera instancia se contactó con la Facultad de Ingeniería Mecánica de la UFU y la Facultad de Ingeniería de la Unesp en Ilha Solteira. La cooperación se extendió a la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro y la Escuela Politécnica de la Universidad Federal de Río de Janeiro, además de investigadores de la UFMG y del Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones (CPqD) de Campinas. Algunos proyectos ya se han concluido y rindieron frutos.

Detección precoz
La investigación conjunta con la Universidad Federal de Uberlândia condujo a un nuevo proyecto para desarrollar la seriación del sistema de monitoreo estructural. “Estamos desarrollando un sistema de software y hardware, que se basa en la denominada tecnología de impedancia electromecánica, para realizar el trabajo sensorial en los aviones”, dice Anchieta. A partir de los resultados de las vibraciones, los sensores indicarán si existen fallas, dónde se localizan, y la probable severidad de las mismas. El sistema se aplicará en primera instancia en los ensayos de fatiga en aeronaves. “Se ganará muchísimo, porque la detección de una grieta en su fase inicial evitará daños futuros con su propagación”. La próxima etapa consistirá en suministrar las condiciones para que el sistema de sensores sea calificado para la utilización en los vuelos, tanto de aeronaves militares como de aviones comerciales y ejecutivos.

En el mes de julio de este año, en el marco del European Workshop Structural Health Monitoring (SHM) en Dresde, Alemania, se llevó a cabo un congreso sobre esa tecnología y Anchieta obtuvo el premio anual, a instancias del profesor de astrofísica Fu-Kuo Chang, de la Universidad de Stanford. La elección del galardonado está a cargo de un comité internacional, en el cual participan 120 personas ligadas a las áreas académica, gubernamental e industrial, tales como la Nasa, la agencia espacial estadounidense, y centros de investigación norteamericanos, europeos, australianos y japoneses, además de profesionales que se desempeñan en Airbus, Boeing y Bombardier.

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