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GE Aerospace usa supercomputadoras para diseñar un motor de ventilador abierto sin carcasa, buscando satisfacer a Boeing y Airbus con eficiencia para alcanzar emisiones cero en 2050.
Los ingenieros de GE Aerospace, uno de los mayores fabricantes de motores de aviación del mundo, se han convertido en uno de los usuarios más activos de dos de las supercomputadoras más rápidas en los últimos tres años. El acceso a las máquinas del Departamento de Energía de Estados Unidos les ha ayudado a modelar el comportamiento de un nuevo concepto de motor que, según creen, podría ser pilar fundamental de la aviación comercial del futuro.
GE y su socio Safran, el fabricante francés de motores, trabajan en tecnologías para un diseño revolucionario denominado motor de ventilador abierto: un motor cuyas álabes giran al descubierto, en lugar de alojadas en una carcasa.
La empresa conjunta de ambos, CFM International, considera que el motor de ventilador abierto es la clave para impulsar la próxima generación de aviones de fuselaje estrecho, caballos de batalla de las flotas de las aerolíneas mundiales, usados para vuelos de corta y media distancia. Tanto Airbus como Boeing están explorando planes para los sucesores de sus familias de aviones: el A320 y el 737 Max.
Objetivo de emisiones cero
Hay mucho en juego para la industria: el cambio climático representa una seria amenaza para la aviación comercial y la próxima generación de aeronaves necesitará consumir significativamente menos combustible si la industria quiere alcanzar su objetivo de cero emisiones netas para 2050, a la vez que sigue expandiéndose.
No se espera que Airbus y Boeing pongan en servicio nuevos aviones hasta finales de la década de 2030, pero dados los largos tiempos de desarrollo necesarios, los fabricantes de motores luchan por encontrar maneras de lograr una mejora en la eficiencia de consumo de combustible. GE y Safran creen que el diseño de ventilador abierto ofrece el mayor potencial de reducción de consumo de combustible, con una mejora del 20%.
"La industria y el mundo requieren un cambio radical en el rendimiento del motor", afirma Arjan Hegeman, vicepresidente de futuro del vuelo de GE. "Se puede optar por perseguirlo mientras se evolucionan las arquitecturas [de motor] actuales, pero lo que puede conseguirse es muy limitado".
Los motores de ventilador abierto carecen de las góndolas convencionales, o carcasas, que rodean los ventiladores de los turbofán tradicionales, lo que se traduce en menos peso y resistencia, y permite ventiladores más grandes que ayudan a mejorar la eficiencia de consumo de combustible.
No son nuevos, ya que la propia GE probó diseños en la década de 1980, pero los retos técnicos, como el ruido, obstaculizaron el progreso.La supercomputación ha ayudado a GE a optimizar el diseño de las álabes del ventilador para reducir el ruido.
"La física es muy clara: un motor de ventilador abierto ofrece una reducción significativa del consumo de combustible en comparación con cualquier arquitectura de conductos convencional", aseguró Olivier Andriès, CEO de Safran, durante una visita a Londres en diciembre.
CFM está trabajando con Airbus en un prototipo de motor de ventilador abierto, y el mayor fabricante de aviones se prepara para realizar vuelos de prueba en un superjumbo A380 modificado a finales de esta década. Los vuelos servirán de base para una eventual decisión sobre la mejor manera de propulsar la próxima generación de aviones.
Ejecutivos de Airbus insisten en que el grupo aún no ha tomado una decisión definitiva sobre el tipo de motor elegido. También está en conversaciones con otros fabricantes de motores, como Rolls-Royce y Pratt & Whitney de RTX, sobre sus propuestas, centradas en diseños de ventilador cerrado más convencionales.
Rolls-Royce, que sólo fabrica motores para aeronaves de fuselaje ancho de mayor tamaño, espera comenzar las pruebas en tierra de un prototipo a escala reducida de su nuevo motor UltraFan en 2028. La compañía afirma estar en conversaciones con "todos los actores" y buscar "establecer alianzas sólidas para aprovechar esta oportunidad única".
Alan Newby, director de investigación y tecnología del grupo del Ftse 100, afirma estar "muy familiarizado con los motores de rotor abierto", pero ha llegado a la conclusión de que no son la tecnología adecuada para la próxima generación de aeronaves.
Importancia de la seguridad
A pesar de la eficiencia que promete el motor de rotor abierto, "si consideramos los requisitos de seguridad adicionales necesarios para los aviones equipados con estos motores, se anula gran parte de esa ventaja", añade.
Pratt & Whitney, por su parte, está trabajando en una segunda generación de motor turbofán con engranajes entubados para los próximos aviones de fuselaje estrecho. Rick Deurloo, presidente de motores comerciales, explica que P&W ha concluido que "los retos de instalación, integración, ruido e industriales asociados con una arquitectura de rotor abierto aumentarían el riesgo de ejecución general y reducirían el beneficio potencial en el consumo de combustible".
Expertos en aviación afirman que la industria necesita incorporar las lecciones aprendidas de los motores actuales, que se han visto afectados por problemas de durabilidad, lo que ha generado mayores costes de mantenimiento. Airbus anunció la semana pasada que preveía que el suministro de motores siguiese siendo limitado tras sufrir una grave escasez desde 2024.
"Para la próxima generación de motores, las aerolíneas dicen: queremos que mantengáis los costes de mantenimiento bajo control y ofrezcáis un 15% menos de consumo de combustible", señala Bjorn Fehrm, analista aeronáutico y económico de Leeham News and Analysis.
Hegeman (GE), cree que ya están incorporando estas lecciones con las primeras pruebas de durabilidad, incluyendo las de ingestión de polvo.
Para el ventilador abierto, CFM deberá abordar desafíos específicos en torno al diseño, incluida la seguridad, dada la ausencia de la carcasa del motor. Es probable que se añada blindaje al fuselaje del avión para reforzar las áreas susceptibles a daños por la rotura de un álabe del ventilador.
Si Airbus se asocia con CFM, influirá en el diseño del avión, como en torno a la ubicación de los motores. Airbus está estudiando diferentes instalaciones del motor de ventilador abierto, entre ellas una configuración tradicional montada en el ala y otra en la parte trasera del fuselaje.
Simplemente colgar los motores de ventilador abierto bajo el ala de una aeronave "convencional de tubo y ala" sería "difícil de lograr desde el punto de vista de la certificación y la eficiencia", explica Nick Cunningham, analista de Agency Partners. Cree que una solución sería un diseño con un "cuerpo de ala" más bien integrado, donde las alas se fusionan con el fuselaje, y montar los motores en la parte trasera. Esto abordaría los problemas de ruido y seguridad.
Tanto GE como Safran insisten en estar centrados en perfeccionar las tecnologías para un posible motor de ventilador abierto, más que estar listos para iniciar el desarrollo.
"La mayoría de las tecnologías que estamos desarrollando para el ventilador abierto también podrían aplicarse a un ventilador de conducto", afirma Andriès de Safran. Sin embargo, cualquier decisión dependerá de Airbus y Boeing, añade, ya que no pueden permitirse un retraso en términos de consumo de combustible.
Hegeman cree que la industria y los pasajeros aceptarán los motores de ventilador abierto una vez que los fabricantes puedan demostrar su seguridad y eficiencia: "Sí, parece diferente... pero creo que parece diferente por una razón. Es un producto diferente. No es comparable. Queremos que se convierta en el nuevo estándar de la industria".
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