EDUARDO CESARTúnel de viento del CTA: pruebas con un modelo a escala reducida del jet 170EDUARDO CESAR
Embraer ha dado un nuevo paso para afirmarse como una de las cuatro mayores fabricantes de aviones del mundo, al inaugurar, en junio pasado, la primera etapa de su unidad industrial en la ciudad de Gavião Peixoto, en la región de Araraquara, a 300 kilómetros de la capital paulista. En la decisión que llevó a la elección del sitio pesaron fuertemente dos factores: la inexistencia de un tráfico aéreo importante en la región, lo que facilita la realización de pruebas aeronáuticas, y la cercanía de las universidades e institutos de investigación de São Carlos, Campinas, São José dos Campos y São Paulo. El contacto con dicho centros está presente a lo largo de la historia de 33 años de la empresa, caracterizada siempre por el desarrollo de tecnología y la formación de personal. Al comienzo de las operaciones, en 1969, el Instituto Tecnológico de la Aeronáutica (ITA) y el Centro Técnico Aeroespacial (CTA), creados en la década de 50, fueron los grandes formadores de ingenieros y proveedoresde asesoría tecnológica para Embraer.
La empresa trasladará a la nueva unidad, desde su sede ubicada en São José dos Campos, el montaje de los jets ejecutivos Legacy y de los aviones militares AMX y Super Tucano ALX, al margen de la modernización de los cazas F-5 de la Aeronáutica. También se prevé que en dicha planta se ensamblen los cazas supersónicos Mirage 2000, en caso de que la empresa, que mantiene un acuerdo con las francesas Dassault, Snecma y Thales, gane la licitación de la Fuerza Aérea Brasileña (FAB).
Al lado de las instalaciones de la nueva fábrica, Embraer construyó la más extensa pista de aterrizaje y despegue del hemisferio sur. La misma ya está siendo utilizada en las pruebas del flamante modelo de la empresa: el EMB-170, un jet comercial de 70 plazas, que levantó vuelo por primera vez en febrero de este año. Con 5 kilómetros (km.) de extensión (la del Aeropuerto Internacional de Cumbica, en São Paulo, tiene 3.700 km.), esta pista sirve de apoyo a los vuelos y es esencial para las pruebas en las que los aviones deben despegar y aterrizar con carga máxima, frenar en la pista y abortar despegues. “Además, alrededor de la pista solamente hay matorrales y plantaciones, lo que disminuye los riesgos de accidentes en tierra, en caso de que un avión deba hacer un aterrizaje de emergencia fuera del área prevista”, dijo Satoshi Yokota, vicepresidente ejecutivo industrial de Embraer el día de la inauguración.
Este nuevo emprendimiento de Embraer está vinculado a un acuerdo con el gobierno del estado, que cedió por 35 años un terreno de 17,5 millones de m2, incluida el área fabril de 3 millones de m2, mas la pista y las áreas de estacionamiento de aviones y de reforestación. Dicho acuerdo, suscrito por el gobernador Mário Covas en junio de 2000, también comprendió la instalación de la infraestructura de redes de agua, luz, alcantarillas y carreteras que van hasta los portones de la fábrica. Embraer prevé invertir hasta 2005, 150 millones de dólares en Gavião Peixoto, y contratar 3 mil empleados durante los próximos diez años.
Un polo de asociaciones
En el acuerdo que el gobierno del estado selló con Embraer, está implícita la transformación de la región en un polo de desarrollo aeronáutico. Para colaborar en la implementación de dicho polo y dar continuidad a las alianzas entre los centros de investigación y Embraer, la FAPESP creó en el año 2000 (lea en Pesquisa FAPESP nº 55) un programa especial llamado Asociación para la Innovación en Ciencia y Tecnología Aeroespacial (Picta, sigla en portugués). El mismo funciona en los mismos moldes del programa Asociación para la Innovación Tecnológica, que financia proyectos entre universidades, institutos de investigación y empresas. En total, la Fundación destina 18 millones de reales por año al Picta.
Desde 2001, tres proyectos entre Embraer y el ITA fueron aprobados, y uno en asociación con el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe). El primero, iniciado en junio de 2001, prevé la construcción de un laboratorio de ensayos aerodinámicos, también llamado túnel de viento, en el ITA, en São José dos Campos. Y también la modernización del túnel de viento ya existente en el CTA, en la misma ciudad, y nuevos equipamientos para el túnel de la Universidad de São Paulo (USP), ubicado en São Carlos.
Los túneles de viento constituyen una herramienta esencial para la fabricación de nuevos aviones. Son éstos los que determinan buena parte de las características aerodinámicas de las aeronaves. En lugar de realizar pruebas con modelos a escala real, lo que sería sumamente costoso, se simulan en el túnel las diversas fases de vuelo. “Para ello utilizamos un modelo en escala reducida y geométricamente idéntico a la aeronave, y lo sometemos a una corriente de aire, simulando el movimiento de éste en torno al avión. Los resultados obtenidos suministran la mejor configuración del perfil aerodinámico de la aeronave y del ala, especialmente de los dispositivos de sustentación como losslats, flapes, ailerons y winglets (componentes del ala y de la cola que ayudan a la navegabilidad y al control del avión), afirma Olympio Achilles de Faria Mello, ingeniero del CTA y coordinador del proyecto, con conclusión prevista para mayo de 2004.
Cuando el túnel del ITA esté listo y los otros dos ya remodelados, Embraer podrá realizar hasta un 90% de los ensayos de vuelo a baja velocidad de sus nuevas aeronaves en Brasil. Son vuelos que llegan hasta los 500 kilómetros por hora (km./h) y se producen en el despegue o antes del aterrizaje. Por ahora, buena parte de esos ensayos se hace en el exterior, lo que ocasiona demoras en los proyectos y altos costos.
“Los nuevos laboratorios dotarán de mayor agilidad a Embraer, y harán que el país domine una tecnología de punta en el área de proyectos aeronáuticos”, afirma el ingeniero del CTA. “Con ellos, será posible reducir los plazos de desarrollo de nuevos proyectos y, al mismo tiempo, obtener resultados confiables”. Los ensayos transónicos, aquéllos que se concretan entre los 500 km./h y los 1.200 km./h (la velocidad del sonido), que simulan vuelos a gran velocidad, continuarán haciéndose en el exterior, porque el único túnel transónico existente en el país, ubicado en el CTA, es de dimensiones reducidas. “Un túnel de esos de porte industrial costaría cerca de 80 millones de dólares”, informa Mello.
Simulaciones numéricas
El segundo proyecto del Picta-PITE también está asociado a las simulaciones de deslizamiento de aire para la definición del perfil aerodinámico de nuevas aeronaves. Pero, en este caso, además de los túneles de viento, la herramienta utilizada es la mecánica de los fluidos computacional – o Computational Fluid Dynamics (CFD). Este sistema consiste en una sofisticada herramienta que permite efectuar simulaciones numéricas de los movimientos de aire producidos en torno a un avión. Por ahora, pocas son las empresas que utilizan esta tecnología en el país. Embraer y Petrobras (en el estudio de los movimientos de agua sobre los cables y oleoductos en las plataformas submarinas), son las únicas, probablemente.
“En Embraer, la CFD será una herramienta abocada fundamentalmente a la fase de concepción de nuevos aviones. En el túnel de viento y en los ensayos en vuelo buscaremos comprobar las tendencias obtenidas por medio de las simulaciones en CFD”, afirma Guilherme Lara de Oliveira, ingeniero de Embraer y uno de los coordinadores del proyecto. “Realizar esas primeras simulaciones en un túnel de viento sería muy caro y demorado”, dice el ingeniero.
Según Oliveira, Embraer domina actualmente la metodología de análisis de la CFD, pero dispone de herramientas limitadas para trabajar. La intención de los investigadores es desarrollar una tecnología calibrada para las necesidades actuales y futuras de la empresa. Los beneficios serán innumerables: desde la disminución de costos en el ciclo de desarrollo de productos hasta la independencia tecnológica y la seguridad de las informaciones en áreas estratégicas de acceso restringido. Esto implica mayores garantías de confidencialidad de los proyectos de la empresa. Embraer contará con el núcleo de CFD en actividad dentro de tres años, período previsto para el fin del proyecto iniciado en enero de este año. El equipo responsable del proyecto cuenta con la participación de alrededor de 50 investigadores, coordinados por ingenieros del CTA y de Embraer.
Vuelo preciso
El tercer proyecto prevé el desarrollo de una tecnología que optimizará los ensayos en vuelos para la certificación de los aviones de la empresa. Se trata de un sistema GPS (Global Positioning System) Diferencial – un sistema global de posicionamiento integrado por 24 satélites que indican la posición de latitud y longitud, también llamado DGPS. Con éste, al realizar vuelos de prueba, los pilotos de la empresa recibirán en la cabina informaciones precisas sobre el posicionamiento de la aeronave y no tendrán dificultades para recorrer trayectorias previamente definidas, condición fundamental para el éxito de los ensayos. El DGPS tiene como base dos receptores GPS, uno ubicado en el avión y otro en una base fija en el suelo, que corrige las señales enviadas por los satélites, reduciendo el margen de error del sistema de 30 a 3 metros, o menos.
El uso del DGPS le reportará enormes beneficios a Embraer, al reducir los costos de ensayos y horas de vuelo necesarias para la homologación de sus aeronaves. “La hora de vuelo para la certificación es mucho más cara que la de un vuelo común, en función de la parafernalia que involucra, tanto a bordo como en tierra, para las mediciones, telemetrías, antenas, procesamientos en computadoras y análisis posteriores al vuelo”, dice el ingeniero aeroespacial del Inpe Hélio Koiti Kuga, coordinador del proyecto.
Con ello, se estima que el DGPS permitirá una disminución de las horas de trabajo requeridas para el análisis de datos de vuelo de aterrizaje y despegue, así como una reducción significativa de las repeticiones de ensayos de ruido, necesarias para la homologación de los aviones. Por ejemplo, en los ensayos de ruido, la aeronave debe efectuar por lo menos dos pasadas sobre el local en el que se realizan las mediciones sonoras. Actualmente, sin el auxilio del DGPS, buena parte de esos vuelos se pierde, pues el piloto no logra la precisión necesaria. El nuevo sistema, a su vez, realizará los cálculos necesarios para que el piloto haga la pasada con perfección, poniendo a disposición los datos en un display ubicado en la cabina del avión.
Este proyecto se inició en marzo de este año y se concluirá en septiembre de 2003. Cuando esto suceda, Embraer se equiparará con sus competidoras, principalmente la canadiense Bombardier, que parece usar un sistema similar. “El GPS diferencial aporta enormes mejoras para los fabricantes, y por eso esta tecnología no se la transfieren entre uno y otro. Cada empresa desarrolla su propio sistema DGPS”, afirma el ingeniero Hélio Kuga, que cuenta con la colaboración de otros tres investigadores en su equipo, además de los ingenieros y técnicos de Embraer.
Modelos matemáticos
Los investigadores responsables del cuarto proyecto tienen un enorme desafío por delante: reproducir en una simulación numérica todos los parámetros relacionados con el comportamiento del avión en vuelo. Es el llamado modelado dinámico, es decir, la determinación de los parámetros y de las derivadas aerodinámicas de estabilidad y de control de las aeronaves, a partir de ensayos en vuelo. Con esos modelos matemáticos, Embraer dispondrá de más datos de sus aeronaves y podrá reducir el número de ensayos, y acelerar el desarrollo de sus proyectos aeronáuticos.
“El modelado dinámico define características relacionadas con la calidad de vuelo y el desempeño del avión”, afirma el profesor Elder Hemerly, del ITA, uno de los coordinadores del proyecto. “Esto hará posible una mejora de calidad y una reducción de tiempo en el proyecto de diversos sistemas aeronáuticos, tales como el piloto automático, el amortiguador de derrape, el simulador de vuelo y los sistemas para el aumento de la estabilidad”, dice Hemerly.
Todos los proyectos de investigación de Embraer dentro del Picta-PITE tienen el objetivo de dotar a la empresa de herramientas para la concepción de los proyectos de aviones y para las pruebas previas a la operación comercial. No existe, por lo tanto, por lo menos en este momento, una preocupación por parte de la empresa en desarrollar piezas más sofisticadas en Brasil. Al igual las ensambladoras extranjeras de automóviles que actúan en Brasil, Embraer busca partes y sistemas para sus aviones en cualquier parte del mundo. Según Yokota, el grado de nacionalización de partes y sistemas de los aviones de Embraer es variable, pero no supera el 40%. “Debemos conocer todos los sistemas y partes del avión, pero su producción no necesariamente debe hacerse acá. Importamos muchos componentes, pero el producto final, el avión, es brasileño. Nuestros ingenieros lideran los equipos que se encargan de la concepción de los proyectos de las aeronaves”, dice Yokota.
Para Yokota, algunas partes del avión, como los motores, probablemente siempre serán importadas. Esto se debe a que existen tres grandes fabricantes de turbinas en el mundo: General Electric (GE), Rolls-Royce y Pratt&Whitney. Para brindar soporte técnico a sus clientes, estos fabricantes cuentan con servicios de mantenimiento en varios lugares del planeta. Obviamente, el costo de ese servicio técnico no es nada desdeñable.
Embraer concretó 16 asociaciones de riesgo con empresas del exterior para el desarrollo de componentes y sistemas para su nueva familia de jets. De esta manera, en vez de que Embraer se haga cargo integralmente de los costos de concepción de todos los componentes de un nuevo modelo de avión, una parte o incluso todos los gastos referentes al desarrollo de ciertas piezas de la aeronave son solventados por esos proveedores socios. “Si el socio externo va a ganar dinero o no dependerá del éxito de la transferencia de tecnología. No es una transferencia por contacto, se da por la práctica, en la cual cuenta mucho la aptitud del receptor”, comenta Maurício Botelho, director presidente de Embraer. En síntesis, si el nuevo avión es un éxito comercial, todo el mundo gana. Embraer venderá más aeronaves, y su socio, producirá más componentes para la empresa brasileña. Si es un fracaso, todo el mundo pierde.
Mercado externo
No por casualidad, además de ser la mayor empresa exportadora de Brasil (ventas por 2.897 millones de dólares en 2001), Embraer es también la segunda mayor importadora (compras equivalentes a 1.843 millones de dólares el año pasado). En términos de importación, la empresa solo se ubica atrás de Petrobras. El mercado externo responde por el 98% de la facturación de la compañía. La internacionalización empezó en la década del 80, cuando el EMB-120, el Brasilia, un turbohélice para 30 pasajeros, se convirtió en el primer avión de Embraer en entrar directamente en operación comercial en el exterior, en 1985, antes de ser entregado a alguna compañía brasileña. A partir de la segunda mitad de los años 90, Embraer puso en el mercado una línea de pequeños jets destinada a la aviación regional. De las más de 600 unidades vendidas del ERJ-145 (un jets para 50 plazas), apenas 15 vuelan en los cielos brasileños.Esa capacidad para proyectar y armar aviones a precios competitivos es, con seguridad, uno de los motivos del éxito de Embraer, lo que hace de ésta la cuarta industria de aviones comerciales del mundo, solamente atrás de la estadounidense Boeing, la europea Airbus y la canadiense Bombardier.
Privatizada en 1994, Embraer invierte actualmente entre un 7% y un 8% de su facturación bruta en investigación y desarrollo, un alto porcentaje para una empresa nacional que invierte en tecnología, índice que normalmente se ubica entre el 3% y el 4%. En valores, la inversión de Embraer en ese terreno gira en torno a los 220 millones de dólares anuales. Por ese esfuerzo y por la capacidad de montaje demostrada por la empresa, Yokota se enorgullece al decir que, entre los más de 11 mil empleados de Embraer, hay 3 mil ingenieros.
La importancia de Embraer depende en gran medida de la coyuntura política y económica mundial. La crisis en la aviación comercial después de los atentados terroristas perpetrados en Estados Unidos en septiembre del año pasado afectó también a la empresa de São José dos Campos, que vio disminuir el número de pedidos. De un total de 161 aviones entregados en 2001, se registrará una reducción a 135 este año. Un resultado que no parece asustar a la empresa. Según Botelho, las perspectivas de ventas son grandes; en China, por ejemplo, en donde la empresa tiene oficinas. También anima el anuncio realizado al final de junio, de un pedido de la italiana Alitalia de seis jets ERJ-145, seis EMB-170 y seis EMB-190, un jet de 90 plazas aún en fase de elaboración en la empresa, y con su primera entrega prevista para 2005.
Los proyectos
1. Desarrollo de Tecnología de Ensayos Aerodinámicos y Bi y Tridimensionales para el Proyecto de Aeronaves de Alto Desempeño (nº 00/13769-0); Modalidad
Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Olympio Achilles de Faria Mello – ITA; Inversión R$ 1.894.300,00 y US$ 948.479,42 (FAPESP) y R$ 3.704.000,00 (Embraer)
2. Aplicaciones Avanzadas de Mecánica de los Fluidos Computacional para Aeronaves de Alto Desempeño (nº 00/13768-4); Modalidad Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador João Luiz Filgueiras de Azevedo – ITA; Inversión R$ 1.665.000,00 y US$ 1.150.000,00 (FAPESP) y R$ 3.572.800,00 y US$ 105.000,00 (Embraer)
3. Desarrollo de un Sistema GPS Diferencial para el Posicionamiento y el Guiado de la Aeronave en Tiempo Real (nº 01/08751-8); Modalidad Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Hélio Koiti Kuga – Inpe; Inversión R$ 67.935,00 y US$ 218.117,00 (FAPESP) y R$ 583.586,00 (Embraer)
4. Identificación de Derivados de Estabilidad y Control de Aeronaves vía Filtrado No Lineal y Optimización Aleatoria: Algoritmos y Aplicaciones a Datos de Ensayo en Vuelo (nº 01/08753-0); Modalidad Asociación para la Innovación Tecnológica (PITE); Coordinador Luiz Carlos Sandoval Góes – ITA; Inversión
R$ 121.995,00 y US$ 195.525,05 (FAPESP) y R$ 908.237,50 (Embraer)
