¿Por qué los aviones utilizan queroseno (combustible para aviones)?

Hoy en día damos por sentado que los aviones a reacción queman queroseno. Pero en los primeros días de la aviación, los aviones funcionaban con la misma gasolina que un automóvil. ¿Por qué el menú cambió tan completamente? Esta historia no es sólo una historia de tecnología de combustibles-es una saga de compensaciones entre seguridad, rendimiento e ingeniería-.

Parte 1: La era del pistón (1903-1940): el breve reinado de la gasolina
El primer vuelo de los hermanos Wright utilizó gasolina. Todos los primeros aviones utilizaban motores de pistón, similares a los de los automóviles, por lo que la gasolina era la opción natural.

Pronto surgieron problemas:

Golpeteo del motor (detonación): para aumentar la potencia, los pilotos necesitaban relaciones de compresión más altas, pero la gasolina normal se autoencendía y detonaba. Esto podría reducir la potencia o incluso romper los cilindros.

Alta volatilidad: la gasolina se evapora fácilmente a temperatura ambiente, creando vapores inflamables. Durante la Primera y Segunda Guerra Mundial, muchos aviones se incendiaron o explotaron en tierra durante el reabastecimiento de combustible debido a chispas estáticas.

Formación de hielo en el carburador a gran altura: El vapor de agua en el aire de admisión se congelaría en el carburador a gran altura, bloqueando el motor. Los primeros pilotos a veces tenían que verter anticongelante manualmente en el carburador.

En la década de 1930, se encontró una solución en forma de gasolina de aviación, también conocida como Avgas. Al agregar una sustancia química llamada tetraetilo de plomo al combustible, el octanaje aumentó de 40 a 100/130 o incluso más. Este nuevo combustible, Avgas, se utilizó para propulsar algunos de los aviones más emblemáticos de la Segunda Guerra Mundial, incluido el caza P-51 Mustang y el bombardero B-29 Superfortress. Sin embargo, a medida que pasó el tiempo, los efectos tóxicos del plomo se convirtieron en una gran preocupación y se alcanzaron los límites de octanaje, lo que llevó a los ingenieros a buscar soluciones alternativas.

Parte 2: La revolución del jet (década de 1940): la gasolina está condenada
El motor a reacción nació en los años 40 (el alemán He 178, el británico Gloster E.28/39). Su cámara de combustión requería un combustible que pudiera:

Ser inyectado a alta presión y quemarse de manera estable.

Puede fluir fácilmente incluso cuando hace mucho, mucho frío - estamos hablando de -50 grados o -58 grados F, que es el tipo de temperatura que experimentarías cuando estás a una altitud de crucero.

Lubrique el émbolo de la bomba de combustible de alta-presión.

La gasolina no pasó las tres pruebas.

Requisito de motor a reacción de gasolina de propiedad
Punto de inflamación ~ -43 grados (-45 grados F) - Extremadamente inflamable > 38 grados (100 grados F) por seguridad
Flujo de temperatura baja-Se solidifica alrededor de -40 grados (-40 grados F) Debe fluir por debajo de -50 grados (-58 grados F)
Lubricidad Muy pobre (seca) Necesita algo de lubricidad para la bomba de combustible
El combustible diésel tampoco se consideró una buena opción. Una razón es que es muy espeso y no se descompone fácilmente, lo que dificulta su uso en motores. Además, cuando hace frío, el combustible diésel se vuelve aún más espeso y fluye lentamente, como si fuera miel. Y para empeorar las cosas, puede dejar desagradables depósitos de carbón que pueden dañar el motor con el tiempo.

Los ingenieros centraron su atención en el queroseno, que a menudo se considera el término medio perfecto: no demasiado ligero como la gasolina ni demasiado pesado como el diésel.

Parte 3: El triunfo del queroseno (décadas de 1950 a 1960): estableciendo el estándar
Gran Bretaña abrió el camino: a finales de la década de 1940, de Havilland desarrolló un queroseno de alta-pureza para el avión de pasajeros "Comet", al que llamó Avtur (combustible para turbinas de aviación). Cuando el cometa voló por primera vez en 1952, quemó queroseno.

Estados Unidos adoptó un enfoque de prueba y error para encontrar el combustible adecuado. Al principio, la Fuerza Aérea de EE. UU. utilizó un combustible de "corte amplio" llamado JP-1, que era similar a la gasolina pesada. Sin embargo, este combustible causaba muchos problemas, incluidos depósitos de coquización y frecuentes riesgos de incendio por fugas. Más tarde, durante la Guerra de Corea, el avión F-86 Sabre utilizó JP-4, una mezcla de gasolina y queroseno. Si bien era menos probable que el JP-4 se congelara, era altamente inflamable, lo que provocó muchos accidentes en tierra.

La solución final:

Militar: JP-8 (adoptado a partir de la década de 1970): esencialmente queroseno con pequeñas cantidades de aditivos anti-estáticos y anticongelantes.

Para los aviones, existen dos tipos principales de combustible: Jet A y Jet A-1. El Jet A se usa en los EE. UU. y tiene un alto punto de congelación, mientras que el Jet A-1 se usa en otros países y puede soportar temperaturas realmente frías, tan bajas como -47 grados o -53 grados F. Con el tiempo, estos dos tipos de combustible se convirtieron en el estándar para todo el mundo.

Utilizamos una enorme cantidad de combustible para aviones cada año - unos 300 mil millones de litros. Y escuchen esto, casi todos los aviones a reacción, un enorme 99%, funcionan con combustibles elaborados a partir de queroseno.

Parte 4: Por qué ganó el queroseno: una revisión técnica
Cuando el punto de inflamación de un combustible es alto, por encima de 38 grados o 100 grados F, significa que no puede prenderse fuego con una llama abierta cuando está a temperatura ambiente. Esto es realmente importante porque reduce los riesgos de incendio cuando se manipula combustible en tierra o si hay una fuga durante un vuelo.

Punto de congelación bajo (< -47°C / -53°F): Remains fluid at typical intercontinental cruise altitudes (around -50°C / -58°F).

Estabilidad térmica: no se descompone ni forma depósitos de carbón fácilmente en los intercambiadores de calor de combustible-aceite (que funcionan a más de 150 grados/302 grados F), lo que podría obstruir las boquillas de combustible de precisión.

Densidad de energía favorable: Tiene aproximadamente un 12 % más de densidad de energía volumétrica que la gasolina, lo que se traduce en una autonomía más larga.

Lubricidad adecuada: proporciona suficiente lubricación para los émbolos de bombas de combustible de alta-presión (aunque el queroseno moderno ultra-bajo-azufre a veces requiere mejoradores de lubricidad añadidos).

Parte 5: El futuro: ¿cuánto tiempo más dominará el queroseno?
Challenger 1: Combustible de aviación sostenible (SAF)
El combustible de aviación sostenible, o SAF, se crea a partir de aceites usados, basura de las ciudades o restos de granjas. Es muy similar al queroseno que obtenemos de los fósiles, por lo que podemos mezclarlo con ese combustible ahora mismo - hasta la mitad y la mitad. El gran plan es no tener ninguna emisión de carbono para el año 2050.

Challenger 2: Hidrógeno líquido (LH₂)
Airbus planea introducir aviones de pasajeros propulsados ​​por hidrógeno-para 2035. El hidrógeno tiene cero emisiones de carbono y una densidad de energía gravimétrica muy alta. Sin embargo, su densidad volumétrica es extremadamente baja, lo que requiere tanques criogénicos grandes y pesados. Persisten desafíos como la fragilización del hidrógeno y los riesgos de explosión.

Challenger 3: batería-eléctrica
Sólo es factible para pequeños aviones regionales que vuelen a menos de 500 km (310 millas). La densidad de energía de la batería es aproximadamente 50 veces menor que la del queroseno, lo que la hace imposible para aviones grandes y de larga distancia.-

Durante mucho tiempo, probablemente hasta 2050, los grandes aviones seguirán utilizando queroseno o un combustible similar fabricado en laboratorio. Este tipo de combustible existe desde hace algún tiempo, pero es realmente bueno en lo que hace y es difícil encontrar algo mejor. Es como el lenguaje estándar de volar, antiguo pero sigue siendo la mejor opción.

Epílogo: un detalle revelador
Frank Whittle, un ingeniero británico, patentó el motor a reacción en 1930. Al principio utilizó gasolina en sus bancos de pruebas, pero no funcionó como estaba previsto. El motor vibraría violentamente y las llamas se quemarían. Frustrado, Whittle decidió probar el queroseno - y fue un punto de inflexión-. El motor empezó a funcionar sin problemas de inmediato. A partir de entonces quedó claro que la gasolina no era la mejor opción para los aviones grandes. Era demasiado volátil, demasiado rápido y demasiado peligroso. Por otro lado, el queroseno demostró ser un compañero fiable para volar. Su ritmo lento y constante lo hacía perfecto para los cielos.