Hace unos días, un Airbus A350-1000ULR de Qantas hizo historia al completar un vuelo de 24 horas y 24 minutos sin aterrizar, desde Melbourne (Australia) hasta Toulouse (Francia). Recorrió 23.076 kilómetros cruzando el Pacífico, Norteamérica y el Atlántico, en lo que será el vuelo comercial sin escalas más largo del mundo. Y en esta hazaña increíble hay algo que me parece impresionante: sus dos motores Rolls-Royce, dos auténticas obras maestras de la ingeniería.
Rolls-Royce Trent XWB-97: un motor potente, eficiente y super fiable
El protagonista de la historia es el Airbus A350-1000ULR MSN 707, desarrollado para los vuelos directos de Qantas entre Australia, Londres y Nueva York. No llevaba un motor experimental creado para batir el récord, sino dos Rolls-Royce Trent XWB-97, uno de los motores más modernos y eficientes a día de hoy. Hay más de 650 en servicio actualmente y son los mismos que utiliza el A350-1000 convencional. La diferencia de la versión ULR es que añade un depósito trasero adicional de 20.900 litros de combustible, lo cual aumenta todavía más su autonomía.
Cada Trent XWB-97 genera 97.000 libras de empuje, equivalentes a unos 431 kN o aproximadamente 44 toneladas-fuerza. Para verlo muy gráficamente: si pudiéramos orientarlo hacia arriba, tendría fuerza suficiente para mantener suspendido en el aire un objeto de 44 toneladas. Pero el avión tiene dos motores, así que suman 862 kN de fuerza para poner en el aire un avión de 74 metros que, cuando va completamente cargado, llega a pesar 324 toneladas en el momento del despegue.
Su pieza más visible es un ventilador de 118 pulgadas, prácticamente tres metros de diámetro, formado por 22 grandes álabes. Es un turbofán de alta derivación: por cada unidad de aire que atraviesa su núcleo caliente, por fuera pasan 9,6 impulsadas por el ventilador.
Este principio permite obtener empuje moviendo una enorme cantidad de aire sin tener que acelerar todo el flujo a una velocidad extrema. Así se reduce el consumo, el ruido y la energía desperdiciada en el chorro de salida.
En su interior hay, en realidad, tres máquinas concéntricas. El eje de alta presión, el intermedio y el de baja presión giran independientemente, permitiendo que cada compresor y cada turbina trabajen a la velocidad más eficiente. El pequeño compresor central puede girar muy rápidamente mientras el gigantesco ventilador delantero lo hace a un régimen inferior.
El XWB-97 es una evolución notable del XWB-84 del A350-900. Su ventilador gira aproximadamente un 6% más rápido, es más eficiente en el consumo, el núcleo se amplió para procesar más aire y el combustor y las turbinas trabajan a mayor temperatura.
En su interior hay gases a 1.700º C y, aun así, no se funde
Ahí aparece el mayor desafío de ingeniería. Los gases que alcanzan la turbina de alta presión pueden superar los 1.700 ºC, una temperatura superior al punto de fusión de las superaleaciones de sus álabes. Si no estuviesen protegidos de alguna manera, estas piezas se fundirían, pero lógicamente no lo hacen.
Para evitar que se derritan, Rolls-Royce combina superaleaciones, recubrimientos térmicos y álabes huecos atravesados por canales microscópicos. Por su interior circula parte del aire extraído del compresor y sale por pequeños orificios, creando una película protectora alrededor del metal. Una solución tan sutil como brillante. Este aire está a unos 700 ºC, que no es poco, pero sí es mucho más frío que los gases de combustión.
El sistema regula cuánta refrigeración necesita la turbina en cada momento. Desviar demasiado aire protegería mejor los componentes, pero reduciría la eficiencia, porque ese aire deja de aportar empuje. El motor tiene que mantenerse permanentemente en ese compromiso entre temperatura, consumo, durabilidad y empuje.
Capaces de trabajar 24 horas sin parar después de un esfuerzo épico
Esas 97.000 libras de empuje de potencia máxima se reservan solamente para el despegue. De hecho, EASA (Agencia de la Unión Europea para la Seguridad Aérea) limita ese régimen a cinco minutos, ampliables a diez si falla el otro motor. La parte más agresiva del vuelo es levantar el A350 con su enorme carga de combustible (150,8 toneladas) y ascender hasta la altitud de crucero.
Una vez estabilizado en crucero, el motor trabajó durante horas a un régimen considerablemente menos exigente -lo cual no deja de ser impresionante-. Además, conforme consumía combustible, el avión se hacía más ligero, necesitaba menos sustentación y se volvía más eficiente en el consumo de combustible.
Los motores se desgastan por las horas de funcionamiento, pero también por los ciclos térmicos. En cada despegue se calientan rápidamente y, tras el aterrizaje, vuelven a enfriarse. Los materiales se expanden y contraen, generando fatiga. Por eso, para ciertos componentes, un vuelo de 24 horas puede ser menos agresivo que seis vuelos de cuatro horas.
Para que te hagas una idea de la durabilidad de estos motores, Rolls-Royce llegó a simular con este motor el equivalente a más de 1.000 vuelos de ultralargo radio consecutivos. En esas pruebas, el Trent XWB fue sometido a impactos de aves, hielo, frío extremo, arena y ciclos acelerados de temperatura.
Un solo motor puede mantener el avión durante 6 horas
Aunque está diseñado para una durabilidad a prueba de bombas, podría fallar. En esa situación, en caso de perder un motor sobre el océano, el otro motor puede mantener el vuelo por sí solo durante 6 horas y 10 minutos, lo cual le permitiría desviarse más de 4.000 km.
En lenguaje más técnico, se dice que el XWB-97 tiene aprobación ETOPS de hasta 420 minutos, la más alta del mundo, aunque el Airbus A350 tiene certificación ETOPS-370. Esto indica los minutos que el avión puede volar con un solo motor operativo hacia un aeropuerto alternativo.
La proeza de estos motores no es que puedan funcionar más de 24 horas seguidas, sino que lo hagan después de levantar uno de los aviones modernos más grandes del mundo, y continúen funcionando un día entero teniendo en su interior un flujo de gases suficientemente caliente como para fundir sus propios álabes. Una auténtica proeza de la ingeniería y la ciencia.
