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Un diseño de ala cerrada para unas aeronaves más eficientes

Durante mucho tiempo, las dobles alas separadas han sido la norma en el ámbito de la aeronáutica. Sin embargo, esto no significa que no existan alternativas. Así lo demuestra el proyecto PARSIFAL, que recupera una idea de cien años de antigüedad con la que se crearían aviones más eficientes con un ala… en forma de caja.

Transporte y movilidad

En 1924, el ingeniero alemán Ludwig Prandtl, considerado el padre de la aerodinámica, presentó al mundo su nueva idea: el ala cerrada. En comparación con los aviones convencionales de dos alas separadas que todos conocemos y hemos usado, se supone que el ala cerrada maximiza la eficiencia de la envergadura de los aviones. Cuanto más eficiente sea la envergadura, menos resistencia aerodinámica y consumo de combustible habrá. Casi cien años más tarde, y a pesar de muchos años de I+D extenso, los aviones de ala cerrada siguen sin ser una realidad. Sin embargo, sí se ha confirmado su beneficio potencial. Según algunos de los trabajos de investigación más recientes realizados por la Universidad de Pisa, el ala cerrada podría reducir el consumo de combustible por pasajero en un 22 %. «El “PrandtlPlane (PrP)”, al que la Universidad de Pisa denominó así en honor a Prandtl, puede actuar como un multiplicador de la fuerza en la búsqueda de tecnologías climáticamente neutras. Si puede reducir el consumo de combustible en casi una cuarta parte usando los sistemas de propulsión y los combustibles actuales, solo se puede imaginar lo beneficioso que será en sistemas híbrido-eléctricos o de propulsión por hidrógeno», comenta Vittorio Cipolla, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil e Industrial de la Universidad de Pisa y coordinador de PARSIFAL (Prandtlplane ARchitecture for the Sustainable Improvement of Future AirpLanes). PARSIFAL es un ejemplo del compromiso continuo de la comunidad investigadora para hacer realidad el sueño de Prandtl. De mayo de 2017 a julio de 2020, el equipo del proyecto evaluó el impacto que tendría introducir el «PrP» en aeronaves como el «Boeing 737» y el «Airbus A320», que se incluyen en la categoría C de los requisitos de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) para aeronaves.

Una evaluación exhaustiva de los beneficios

La evaluación del proyecto se llevó a cabo desde la perspectiva de la viabilidad técnica por medio de actividades de diseño y análisis de alta fidelidad centrados en la aerodinámica, la mecánica de vuelo, las estructuras, los sistemas de propulsión y estudios sobre su impacto. Estos últimos se centraron concretamente en cómo la sustitución de las alas convencionales por «PrP» podría afectar al CO2 y otras emisiones atmosféricas, al potencial de calentamiento global, a los niveles de ruido percibidos, a las operaciones en tierra y al retorno de la inversión para las compañías aéreas. A fin de garantizar una comparación precisa entre el diseño de ala cerrada y el estándar, el equipo del proyecto aplicó todos sus modelos de análisis a un marco de diseño multidisciplinar adecuado tanto para arquitecturas convencionales como para «PrP». «La configuración de ala cerrada nos permite generar más sustentación con el mismo límite de envergadura, lo que es un requisito necesario para transportar a una mayor cantidad de pasajeros por vuelo sin exceder los requisitos de clase de la OACI. La reducción estimada de combustible por pasajero y kilómetro, evaluada adoptando los mismos métodos de alta fidelidad a la arquitectura convencional y a la del “PrP”, va del 10 al 22 %, en función de los requisitos de la misión. Se están llevando a cabo análisis parecidos para el sector aeronáutico regional en el marco del proyecto de investigación italiano PROSIB, donde se combina el “PrP” con la propulsión híbrida-eléctrica», explica Cipolla. Además de un consumo de combustible menor, los socios de PARSIFAL observaron que el «PrP» reduciría el potencial de calentamiento global de los aviones clase C en aproximadamente un 17 % en 20 años. Es más, la mayor capacidad para transportar pasajeros de los aviones «PrP» (que cuentan con más de cien asientos adicionales) implica que se realizarán menos vuelos y que habrá menos ruido total. Los bolsillos de los pasajeros también saldrán ganando: según Cipolla, el coste por asiento disponible y kilómetro se reduciría hasta un 12 %. Aunque el proyecto ha finalizado, Cipolla y su equipo continúan investigando aspectos concretos del diseño relacionados con el «PrP». Al principio, esperaban que el primer «PrP» despegase en 2035. Sin embargo, tal como sucede en muchos otros ámbitos, es probable que la COVID-19 retrase los resultados.

Palabras clave

PARSIFAL, ala cerrada, Ludwig Prandtl, eficiencia del combustible, aeronave, aerodinámica, «PrandtlPlane»

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