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ingeniería aeronáutica

Un jet más eficiente

Con la perspectiva de empezar a operar en el mes de abril, el nuevo avión de Embraer registra un desempeño superior al esperado en las pruebas de certificación

Embraer

La compañía aeronáutica Embraer, que ocupa el tercer lugar como fabricante mundial de aviones comerciales, y es líder en el segmento de aeronaves de hasta 150 plazas, entregará en abril de este año el primer modelo de su nueva generación de jets E-Jets E2. Bajo la denominación comercial E190-E2, este avión se incorporará a la flota de la firma noruega Widerøe, la principal compañía aérea regional de Escandinavia. El jet, con capacidad para 114 pasajeros, registró una performance superior a la esperada durante su campaña de certificación, la fase que precede al inicio de su operación comercial. Las pruebas en vuelo revelaron que la nueva aeronave tiene mayor autonomía de vuelo, emite menos contaminantes y es más económica y silenciosa de lo que originalmente había especificado Embraer.

El buen desempeño obtenido por el modelo E190-E2 es el resultado del esfuerzo de investigación y desarrollo (I&D) que se realizó en los laboratorios de Embraer, de la experiencia de sus ingenieros para proyectar y desarrollar nuevas aeronaves y de las colaboraciones acordadas con científicos de universidades. “En los últimos 17 años, ninguna industria aeronáutica desarrolló tantos aviones como nosotros”, comenta Rodrigo Silva e Souza, vicepresidente de Marketing de la Embraer Aviação Comercial. “Durante el transcurso de ese período, creamos la primera generación de E-Jets para la aviación comercial, varios modelos de jets ejecutivos, como son los Phenom y los Legacy, el carguero KC-390 para el sector de defensa y, finalmente, los E2”.

De acuerdo con Embraer, el modelo E190-E2 arribará al mercado atestado de innovaciones –en el fuselaje, diseño de las alas, tren de aterrizaje, motores, interiores, aviónica, etc.–, lo que hace de él el jet de línea más eficiente y único en el mercado, categoría en la que están incluidos los tradicionales Boeing 737 y Airbus A320, aparte de los modelos de la familia C Series de Bombardier, rival de la brasileña en el mercado de la aviación regional. “Nuestro nuevo avión a chorro fue proyectado para una performance de consumo de combustible un 16% menor a la de la generación actual de E-Jets, pero superó esa meta y alcanzó un 17,3% menos, informa Souza. Según éste, con ese índice, el avión es alrededor de un 10% más económico que sus competidores directos, los jets canadienses C Series.

EmbraerLa reducción del consumo de combustible le otorga dos ventajas importantes al E190-E2 en el competitivo mercado aeronáutico: emite menos contaminantes y tiene una autonomía superior, es decir, logra volar distancias mayores. La compañía calcula que, con ese plus de 1,3% de reducción del consumo, cada jet evitará la emisión de alrededor de 1.700 toneladas de dióxido de carbono (CO2) a lo largo de 10 años. En cuanto a su autonomía, el modelo podrá llegar a destinos ubicados a 5.300 kilómetros (km) de distancia, frente a los 4.500 km que ofrece la generación actual de E-Jets. “Esa distancia adicional posibilitará a las compañías aéreas arribar a aeropuertos más distantes, elevando la capilaridad de su entramado de destinos”, resalta el ejecutivo de Embraer.

La mayor parte de la reducción proyectada del consumo en un 16% estuvo dada por la utilización de los nuevos motores Pratt & Whitney, más eficientes que los de la primera generación de E-Jets. Éstos son los responsables de un 69% de la mejora inicialmente proyectada, a la que le sigue el nuevo diseño de alas (un 22%) y el sistema fly-by-wire (un 9%). “Un aspecto fundamental para la reducción del consumo por encima de lo previsto, ese 1,3% adicional, fue el perfeccionamiento del fly-by-wire”, dice Silva. Con esa tecnología, el control de las piezas móviles en las alas y en la cola del avión (flaps, alerones, spoilers, slat y timón de profundidad) se efectúa por medio de comandos electrónicos computarizados. Esas piezas aerodinámicas, responsables junto con las alas de la sustentación del avión, son accionadas por el piloto para cambiar la dirección, el sentido y la altitud de vuelo.

La mejora del fly-by-wire del nuevo jet permitió una reducción del 20% en la superficie de empenaje (la parte final del fuselaje, ubicada en la zona trasera a la que se conoce como la cola del avión), minimizando la resistencia aerodinámica y reduciendo el peso. El fly-by-wire de los E-Jets E2 constituye la cuarta generación de su tipo que proyecta Embraer. Esta tecnología, que incrementó en forma significativa el nivel de automatización de los aviones, sustituyó al sistema tradicional de comando conformado por cables de acero y actuadores hidráulicos.

Embraer Línea de montaje en la fábrica de Gavião Peixoto (São Paulo): la empresa ya recibió 280 pedidos de las tres aeronaves de la familia E2Embraer

La cooperación con la FAPESP
La compañía también logró reducir por encima de lo planificado la emisión de ruido en el modelo E190-E2. Uno de los retos de la industria aeronáutica reside en proyectar y desarrollar aviones más silenciosos que operen en aeropuertos sin incomodar a los habitantes de su entorno. “En muchos aeropuertos de Europa y de Japón, la tasa de aterrizaje que pagan las compañías aéreas se multiplica por el factor de ruido. Así, un avión más silencioso puede tener un costo operativo menor”, explica Silva.

Para medir y tabular los niveles de ruido de las aeronaves, la Organización de la Aviación Civil Internacional (Icao, según su sigla original en inglés) estableció una métrica denominada EPNdB, una sigla en inglés que significa “ruido efectivamente percibido, en decibeles”. Este índice varía en función del porte del avión y tiene en cuenta el estruendo que el mismo produce durante el decolado, el vuelo en modo crucero y la aproximación para el aterrizaje. El avión a chorro de Embraer registró en los test 20 EPNdb de margen acumulado en relación con los límites establecidos por la Icao, 3 EPNdb más que lo proyectado. Cuanto mayor es el margen acumulado –o sea, la diferencia entre el índice alcanzado por el avión y el establecido por la Icao–, más silencioso es el jet.

Con el objetivo de reducir el ruido emitido por sus aviones, Embraer desarrolló un amplio trabajo de investigación. Con recursos aportados por el Programa de Apoyo a la Investigación en Colaboración para la Innovación Tecnológica (Pite) de la FAPESP, el proyecto intitulado “Aeronave silenciosa: Una investigación en aeronáutica” identificó y evaluó el ruido generado y propagado por la primera generación de E-Jets de la empresa. El estudio se enfocó en lo que se denomina ruido aerodinámico, generado por el flujo de aire que pasa por alrededor del ala y del fuselaje del avión.

Proyectos de investigación estudiarán cómo elevar el confort y reducir el ruido de los aviones

“Los conocimientos adquiridos a lo largo del estudio le sirvieron a Embraer para perfeccionar el proyecto aerodinámico de sus modelos E2”, dice el ingeniero Julio Romano Meneghini, de la escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), quien coordinó el proyecto Pite, que se ejecutó entre 2008 y 2011. “La investigación aportó varias herramientas nuevas de simulación numérica y generó una patente internacional relacionada con un sellado [una pequeña tira de material flexible] en la punta del flap. Ésta fue una de las soluciones que encontramos para reducir el ruido generado por un vórtice [flujo giratorio del aire] durante el aterrizaje y el despegue”.

Para el ingeniero André Gasparotti, gerente del programa de desarrollo tecnológico de Embraer, la escasa emisión de ruido del modelo E190-E2 responde, en gran medida, al esfuerzo de I&D de Embraer en los últimos 10 años, que incluye la labor patrocinada por la FAPESP. “El convenio con la Fundación permitió incrementar el conocimiento sobre el ruido y el confort de los pasajeros”, dice.

Otro proyecto Pite cuyos resultados se aplicaron en el E190-E2 analizó el bienestar de los pasajeros durante el vuelo y definió criterios de confort que serán usados como parámetros de proyecto y diseño en los nuevos jets de la compañía. “En el proyecto de investigación intitulado ‘Confort de cabina: Desarrollo y análisis integral de los criterios de confort’, estudiamos la influencia sobre el pasajero de diversos parámetros ambientales, tales como el ruido, la iluminación, temperatura, presión y vibración”, informa el ingeniero Jurandir Itizo Yanagihara, también de la Poli e investigador responsable del proyecto Pita. De acuerdo con Yanagihara, una característica importante de los E-Jets E2 es el diseño de la cabina, que recibió el aporte de herramientas desarrolladas en el proyecto.

Embraer Cabina de pruebas del E190-E2: el proyecto priorizó el confort de los pasajerosEmbraer

Cartera de pedidos
La nueva serie de aviones a chorro E2 de Embraer, cuyo desarrollo comenzó en 2013, consta también de otros dos modelos, el E195-E2 y el E175-E2. Hasta marzo de este año, la compañía recibió 280 pedidos de las tres aeronaves, además de 420 intenciones de compra. Si se suman los cuatro modelos de la primera generación de E-Jets (E170, E175, E190 y E195), la cartera se eleva a 1.800 pedidos firmes, de los cuales 1.400 ya fueron entregados.

La compañía aérea brasileña Azul será la primera en recibir el E195-E2, la mayor aeronave comercial proyectada y fabricada en el país. Con 41,5 metros (m) de longitud y 35,1 m de envergadura (la distancia de punta a punta de las alas), el avión tiene capacidad para transportar hasta 146 pasajeros. La entrega de la primera unidad está prevista para 2019. El “benjamín” de la familia, el modelo E175-E2, para 90 ocupantes, hará su estreno en 2021.

Proyectos
1. Aeronave silenciosa: Una investigación en aeroacústica (nº 06/52568-7); Modalidad Cooperación para la Innovación Tecnológica (Pite); Investigador responsable Julio Romano Meneghini (USP); Inversión R$ 3.741.069,33
2. Confort de cabina: Desarrollo y análisis integral de criterios de confort (nº 06/52570-1); Modalidad Cooperación para la Innovación Tecnológica (Pite); Investigador responsable Jurandir Itizo Yanagihara (USP); Inversión R$ 3.205.550,76

Artículos científicos
ILÁRIO, C. et al. Prediction of jet mixing noise with lighthill’s acoustic analogy and geometrical acoustics. The Journal of the Acoustical Society of America. v. 141, p. 1203­13. feb. 2017.
MENEGHINI, J. et al. Wake instability issues: From circular cylinders to stalled airfoils. Journal of Fluids and Structures. v. 27, p. 694­701. jul.-ago. 2011.

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