Diferencias en altura de vuelo
Los aviones de reacción vuelan a mayor altura porque a esas altitudes el aire es menos denso, lo que permite un vuelo más eficiente en términos de consumo de combustible. Al haber menos resistencia, los motores de reacción pueden funcionar de manera óptima, permitiendo a las aeronaves recorrer largas distancias a altas velocidades. En contraste, los aviones de hélices, que dependen de motores turbohélice o motores de pistón, no están diseñados para alcanzar grandes altitudes. Estos motores son más eficientes en aire más denso, por lo que se mantiene un vuelo más bajo, lo que a su vez reduce el tiempo de ascenso y descenso en rutas cortas.
Eficiencia energética según el tipo de motor
La eficiencia energética de un avión varía según el tipo de motor y la distancia del trayecto. Los aviones de reacción son más eficientes en vuelos largos porque una vez alcanzada la altitud de crucero, consumen, proporcionalmente al ascenso, mucho menos combustible por kilómetro recorrido. Por ejemplo, un avión comercial a reacción, como un Airbus A320 o un Boeing 737, suele alcanzar su altitud de crucero entre 10.000 y 12.000 metros (33.000-39.000 pies) en un rango de 15 a 25 minutos después del despegue. En términos de distancia, esto suele estar entre 100 y 160 kilómetros (60 a 100 millas) desde el aeropuerto de origen.
Motor a reacción en el hangar de mantenimiento de Iberia en Madrid. Foto: Iberia
El ascenso es la fase más intensiva en cuanto a consumo de combustible debido al esfuerzo necesario para elevar la aeronave hasta su altitud de crucero y los motores a reacción no funcionan en sus rangos más eficientes. Se estima que el ascenso consume aproximadamente entre el 20% y 30% del combustible total de un vuelo de corta distancia, como sería uno de 1.000 km.
Por lo tanto, en rutas cortas, los aviones de hélices, como los turbohélices, son más eficientes, aunque también más lentos. Estos aviones son especialmente efectivos en vuelos de menos de 1.000 kilómetros, ya que el consumo de combustible es menor y pueden despegar y aterrizar en pistas más cortas, ahorrando tiempo y costes operativos.
Motor de un avión ATR de Binter en su hangar de mantenimiento en Canarias. Foto: Diego Gómez
Por ejemplo, un ATR 72 con una capacidad de 68 a 78 pasajeros tiene una altitud máxima de crucero de 7.620 metros (25.000 pies). La velocidad de crucero es de 510 km/h y puede realizar entre 1.500 y 1.600 km, consumiendo unos 800 o 1.000 litros por hora.
En cambio, un Embraer E170, con motores a reacción, con una capacidad similar de 70-80 pasajeros, mantiene una altitud máxima de crucero de 12.500 metros (41.000 pies) a una velocidad de 902 km/h. Puede realizar aproximadamente 2.400 km sin repostar, gastando unos 2.500 a 3.000 litros por hora.
¿A partir de qué distancia es más eficiente cada tipo de motor de avión?
En general, los aviones de hélices son más eficientes para distancias menores a los 500-1.000 kilómetros. Este rango les permite maximizar su rendimiento y reducir costos operativos. Sin embargo, cuando se trata de vuelos más largos, superiores a los 1.500 kilómetros, los aviones de reacción, como los Airbus A320 o Boeing 737, se vuelven más rentables debido a su mayor velocidad y eficiencia a grandes altitudes.
El equilibrio entre ambos tipos de motores permite a las aerolíneas optimizar sus flotas para adaptarse a la demanda de diferentes rutas. Las aerolíneas regionales tienden a preferir los turbohélices para rutas cortas y aviones de reacción para vuelos más largos, garantizando así la mejor relación entre eficiencia, velocidad y costes operativos en cada trayecto.
¿A qué se debe la diferencia eficiencia entre unos motores y otros?
Los motores a reacción pueden funcionar eficientemente en altitudes donde el aire es menos denso debido a su diseño y funcionamiento. A diferencia de los motores de hélice, que dependen en gran medida de la densidad del aire para generar empuje mediante las hélices, los motores a reacción comprimen el aire y lo mezclan con combustible para producir una explosión controlada que genera empuje. Esta gran capacidad de compresión les permite operar en condiciones de baja densidad, como las que se encuentran a grandes altitudes.
A continuación, explicamos algunos de los factores clave que permiten a los motores a reacción funcionar eficientemente a estas alturas:
Los motores a reacción están equipados con compresores que succionan grandes cantidades de aire y lo comprimen a alta presión antes de que se mezcle con el combustible. Incluso en altitudes más elevadas, donde el aire es menos denso, los compresores pueden comprimir el aire lo suficiente para mantener una mezcla adecuada de aire y combustible, garantizando una combustión eficiente.
Funcionamiento eficiente a bajas temperaturas. A grandes altitudes, la temperatura disminuye significativamente, lo que en principio mejora la eficiencia del motor. A temperaturas más bajas, el rendimiento térmico del motor aumenta, lo que significa que puede generar más empuje con la misma cantidad de combustible.
Menor resistencia del aire. A mayores altitudes, la menor densidad del aire también reduce la resistencia aerodinámica que el avión debe superar. Aunque los motores necesitan aire para la combustión, la menor resistencia a estas alturas permite que los aviones mantengan velocidades más altas con menor esfuerzo, lo que se traduce en un ahorro significativo de combustible en comparación con volar a altitudes más bajas.
Los motores a reacción están diseñados para funcionar de manera más eficiente a altas velocidades y a gran altitud. Las velocidades más altas permiten que el flujo de aire a través del motor sea mayor y compense, así, la menor densidad del aire por la altura. Esto mantiene el motor en su rango óptimo de operación, en el que consume menos combustible, en relación con el empuje obtenido.
La velocidad del sonido, una limitación para los turbohélice
El tamaño de las hélices y la velocidad del sonido son factores clave que influyen en los límites de velocidad de los aviones turbohélice.
Las puntas de la hélice viajan más rápidas que el centro.
El tamaño de las hélices tiene un impacto significativo en la eficiencia aerodinámica de los aviones turbohélice. Las hélices más grandes pueden generar un mayor empuje a bajas velocidades, lo que las convierte en una opción ideal para vuelos de corta distancia.
Sin embargo, a medida que la velocidad aumenta, el flujo de aire sobre las hélices se vuelve más complejo, lo que puede dar lugar a problemas de arrastre. Además, las hélices tienen un límite de velocidad debido al efecto de la velocidad del sonido.
Cuando un avión se aproxima a la velocidad del sonido, las puntas de las hélices pueden alcanzar velocidades supersónicas, generando ondas de choque que aumentan significativamente el arrastre, provocan vibraciones y llevan a una pérdida de eficiencia.
Por esta razón, la velocidad máxima a la que suelen volar los aviones turbohélice se mantiene normalmente por debajo de una velocidad del sonido de 0,6 a 0,7, es decir, entre 600 y 700 km/h. El diseño y el tamaño de las hélices también afectan su rendimiento a distintas velocidades; aunque las hélices de paso variable pueden ajustarse para optimizar el rendimiento en diferentes fases del vuelo, aún tienen límites en cuanto a la velocidad máxima que pueden alcanzar.
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