Combustible de aviación

Los combustibles de aviación son combustibles derivados del petróleo , o mezclas de petróleo y combustibles sintéticos, que se utilizan para propulsar aeronaves . Tienen requisitos más estrictos que los combustibles utilizados para uso en tierra, como calefacción y transporte por carretera , y contienen aditivos para mejorar o mantener propiedades importantes para el rendimiento o el manejo del combustible. Están basados ​​en queroseno ( JP-8 y Jet A-1 ) para aeronaves propulsadas por turbinas de gas. Las aeronaves con motor de pistón utilizan gasolina con plomo y las que tienen motores diésel pueden utilizar combustible para aviones (queroseno). ^[1] Para 2012, todas las aeronaves operadas por la Fuerza Aérea de los EE. UU. habían sido certificadas para usar una mezcla 50-50 de queroseno y combustible sintético derivado del carbón o el gas natural como una forma de estabilizar el costo del combustible. ^[2]

El combustible para aviones es un combustible de color claro a pajizo, basado en queroseno sin plomo (Jet A-1) o en una mezcla de nafta y queroseno (Jet B). Al igual que el combustible diésel , se puede utilizar tanto en motores de encendido por compresión como en motores de turbina . ^[1]

El Jet-A es el combustible que se utiliza en los aviones comerciales modernos y es una mezcla de queroseno extremadamente refinado que arde a temperaturas de 49 °C (120 °F) o más. El punto de inflamación del combustible a base de queroseno es mucho más alto que el de gasolina, lo que significa que requiere una temperatura significativamente más alta para encenderse. Es un combustible de alta calidad; si no supera las pruebas de pureza y otras pruebas de calidad para su uso en aviones a reacción, se vende a usuarios terrestres con requisitos menos exigentes, como los ferrocarriles. ^[3]

El avgas ( gasolina de aviación ) se utiliza en aviones pequeños, helicópteros ligeros y aviones antiguos con motor de pistón. Su fórmula es distinta a la gasolina convencional (UK: petrol , o "gasolina de aviación" en este contexto) que se utiliza en vehículos de motor y que se denomina comúnmente mogas o autogas en el contexto de la aviación. ^[4] Aunque viene en muchos grados diferentes, su índice de octano es más alto que el de la gasolina de motor "normal".

También se pueden utilizar alternativas a los combustibles de aviación convencionales basados ​​en fósiles, nuevos combustibles fabricados mediante el método de conversión de biomasa en líquido (como el combustible de aviación sostenible ) y ciertos aceites vegetales puros . ^[5]

Los combustibles como el combustible de aviación sostenible tienen la ventaja de que se necesitan pocas o ninguna modificación en la aeronave, siempre que las características del combustible cumplan con las especificaciones de lubricidad y densidad, así como sellos elastoméricos de hinchamiento adecuado en los sistemas de combustible de las aeronaves actuales. ^[6] El combustible de aviación sostenible y las mezclas de combustibles fósiles y alternativos de origen sostenible producen menores emisiones de partículas ^[7] y GEI. Sin embargo, no se están utilizando de forma generalizada, porque aún enfrentan barreras políticas, tecnológicas y económicas, como el hecho de que actualmente son más caros que los combustibles de aviación producidos convencionalmente por un amplio margen. ^{[8] [9] [10]}

El gas natural comprimido (GNC) y el gas natural licuado (GNL) son materias primas de combustible que podrían utilizar las aeronaves en el futuro. Se han realizado estudios sobre la viabilidad del uso de gas natural ^[11] , entre ellos el avión "SUGAR Freeze" del programa N+4 Advanced Concept Development de la NASA (realizado por el equipo Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR) de Boeing). El Tupolev Tu-155 fue un banco de pruebas de combustible alternativo que se alimentaba con GNL. ^[12] La baja energía específica del gas natural, incluso en forma líquida, en comparación con los combustibles convencionales le da una clara desventaja para las aplicaciones de vuelo. ^{[ cita requerida ]}

El hidrógeno se puede utilizar en gran medida sin emisiones de carbono , si se produce con energía procedente de fuentes renovables, como la eólica y la solar .

Algunos desarrollos de tecnología para aviones propulsados ​​por hidrógeno comenzaron después del milenio y cobraron impulso aproximadamente desde 2020, pero en 2022 todavía estábamos muy lejos del desarrollo de un producto aeronáutico propiamente dicho.

Las pilas de combustible de hidrógeno no producen CO2 _ni otras emisiones (además de agua). Sin embargo, la combustión de hidrógeno sí produce emisiones _de NOx . El hidrógeno criogénico se puede utilizar como líquido a temperaturas inferiores a 20 K. El hidrógeno gaseoso implica tanques presurizados a 250-350 bar. ^[13] Con los materiales disponibles en la década de 2020, la masa de los tanques lo suficientemente fuertes como para soportar este tipo de alta presión superará en gran medida al propio combustible de hidrógeno, anulando en gran medida la ventaja de peso a energía del combustible de hidrógeno sobre los combustibles de hidrocarburos. El hidrógeno tiene una desventaja volumétrica grave en relación con los combustibles de hidrocarburos, pero los futuros diseños de aeronaves con fuselaje de ala mixta podrían ser capaces de acomodar este volumen adicional sin expandir en gran medida el área mojada .

Incluso si finalmente se logra la viabilidad, el cronograma de la industria para adoptar el hidrógeno es bastante largo. Las alternativas al combustible de aviación convencional disponibles en el corto plazo incluyen el biocombustible de aviación y el combustible creado sintéticamente (también conocido como "e-jet"). ^[14] Estos combustibles se conocen colectivamente como "combustible de aviación sostenible" (SAF).

La producción de combustible de aviación se divide en dos categorías: combustible apto para motores de turbina y combustible apto para motores de pistón de encendido por chispa. Existen especificaciones internacionales para cada uno de ellos.

El combustible para aviones es un combustible para turbinas de gas que se utiliza en aviones de hélice y de reacción y en helicópteros. Tiene una baja viscosidad a baja temperatura, rangos limitados de densidad y valor calorífico , se quema limpiamente y permanece químicamente estable cuando se calienta a alta temperatura. ^[15]

La gasolina de aviación , a menudo denominada "avgas" o 100-LL (bajo contenido de plomo), es una forma altamente refinada de gasolina para aeronaves, con énfasis en la pureza, las características antidetonantes y la minimización de la contaminación de las bujías . La avgas debe cumplir con las pautas de rendimiento tanto para la condición de mezcla rica requerida para los ajustes de potencia de despegue como para las mezclas más pobres utilizadas durante el crucero para reducir el consumo de combustible. El combustible de aviación se puede utilizar como combustible de GNC.

El avgas se vende en un volumen mucho menor que el combustible para aviones, pero a muchos más operadores de aeronaves individuales; mientras que el combustible para aviones se vende en grandes volúmenes a grandes operadores de aeronaves, como aerolíneas y ejércitos. ^[16]

El contenido energético neto de los combustibles para aviación depende de su composición. Algunos valores típicos son: ^[17]

• BP Avgas 80, 44,65 ^{[ ancla rota ]}  MJ /kg, la densidad a 15 °C es 690 kg/ m ³ (30,81 MJ/litro).
• Queroseno tipo BP Jet A-1, 43,15 MJ/kg, la densidad a 15 °C es 804 kg/m3 ⁽ 34,69 MJ/litro).
• Queroseno tipo BP Jet TS-1 (para temperaturas más bajas), 43,2 MJ/kg, la densidad a 15 °C es 787 kg/m3 ⁽ 34,00 MJ/litro).

En los cálculos de rendimiento, los fabricantes de aviones de pasajeros utilizan una densidad de combustible para aviones de alrededor de 6,7 lb/gal estadounidense, 8,02 lb/gal imperial o 0,8 kg/L.

Los casos específicos son:

• Bombardier Aerospace : El avión multifunción Challenger es una variante para misiones especiales de la plataforma de aviones comerciales Challenger 650 de Bombardier. Bombardier basa su rendimiento en el uso de combustible con un poder calorífico inferior medio de 18.550 BTU/lb (43,147 MJ/kg) y una densidad de 0,809 kg/L (6,75 lb/gal EE.UU.). ^[18]
• Embraer : En su manual de planificación de aeropuertos para el E195 se utiliza una densidad de combustible adoptada de 0,811 kg/L (6,77 lb/gal EE.UU.). ^[19]

Los combustibles de aviación consisten en mezclas de más de dos mil productos químicos, principalmente hidrocarburos ( parafinas , olefinas , naftenos y aromáticos ), aditivos como antioxidantes y desactivadores de metales, biocidas, reductores estáticos, inhibidores de formación de hielo, inhibidores de corrosión e impurezas. Los componentes principales incluyen n-heptano e isooctano . Al igual que otros combustibles, el combustible de aviación para motores de pistón de encendido por chispa se describe por su índice de octano .

Se pueden utilizar alcohol, mezclas de alcohol y otros combustibles alternativos de forma experimental, pero el alcohol no está permitido en ninguna especificación de combustible de aviación certificada. ^[20] En Brasil, el Embraer Ipanema EMB-202A es una versión del avión agrícola Ipanema con un motor Lycoming IO-540-K1J5 modificado para poder funcionar con etanol . Otros motores de avión que se modificaron para funcionar con etanol al 100% fueron varios otros tipos de motores Lycoming (incluidos el Lycoming 235N2C y el Lycoming IO-320 ^[21] ) ^[22] y ciertos motores Rotax. ^[23]

El Convenio sobre Aviación Civil Internacional (OACI) (Chicago 1944, artículo 24) exime de impuestos de importación a los combustibles aéreos ya cargados en una aeronave al aterrizar (y que permanecen en la aeronave). ^[24] Los acuerdos bilaterales de servicios aéreos regulan la exención de impuestos de los combustibles de aviación. ^{[25] [ cita requerida ]} En el curso de una iniciativa de la UE, muchos de estos acuerdos han sido modificados para permitir la imposición de impuestos. ^{[ cita requerida ]} Una propuesta de resolución del Parlamento Europeo sobre una Estrategia Europea para la Movilidad de Bajas Emisiones ha declarado que "es necesario explorar las posibilidades de adoptar medidas internacionales armonizadas para la imposición de impuestos al queroseno para la aviación". ^[26]

Una preocupación es que un impuesto local al combustible de aviación causaría un aumento del transporte de combustible adicional, en el que las aerolíneas transportan combustible adicional desde jurisdicciones con impuestos bajos. Este peso adicional aumenta el consumo de combustible, por lo que un impuesto local al combustible podría potencialmente aumentar el consumo general de combustible. ^[24] Para evitar un aumento del transporte de combustible adicional, se ha propuesto un impuesto mundial al combustible de aviación. ^{[ ¿Quién lo propuso? ]} Australia y los Estados Unidos se oponen a un impuesto mundial al combustible de aviación, pero varios otros países han expresado su interés. ^{[ cita requerida ]}

Durante un debate en el Parlamento del Reino Unido , se estimó que los ingresos fiscales perdidos debido a la exención del impuesto sobre el combustible de aviación ascendían a 10.000 millones de libras anuales. ^[27]

La inclusión prevista de la aviación internacional en el Sistema de Comercio de Emisiones de la Unión Europea en 2014 ha sido calificada de "impuesto ilegal" por países como Estados Unidos y China , que citan la Convención de Chicago. ^[28]

Los combustibles deben cumplir una especificación para ser aprobados para su uso en aeronaves con certificado de tipo. La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM) desarrolló especificaciones para la gasolina para automóviles y la gasolina para aviación. Estas especificaciones son ASTM D910 y ASTM D6227 para la gasolina para aviación y ASTM D439 o ASTM D4814 (última revisión) para la gasolina para automóviles.

El combustible de aviación generalmente llega al aeropuerto a través de sistemas de tuberías, como el CEPS . Luego se bombea y se distribuye desde un camión cisterna o cisterna . Luego, el combustible se transporta hasta los aviones y helicópteros estacionados . Algunos aeropuertos tienen bombas similares a estaciones de servicio a las que deben dirigirse los aviones. Algunos aeropuertos tienen tuberías permanentes hacia áreas de estacionamiento para aviones grandes.

El combustible de aviación se transfiere a una aeronave a través de uno de dos métodos: sobre las alas o debajo de las alas.

El abastecimiento de combustible sobre las alas se utiliza en aviones más pequeños, helicópteros y todas las aeronaves con motor de pistón. El abastecimiento de combustible sobre las alas es similar al de un automóvil : se abren uno o más puertos de combustible y se bombea combustible con una bomba convencional.

El reabastecimiento de combustible bajo el ala, también llamado reabastecimiento en un solo punto o reabastecimiento a presión cuando no depende de la gravedad, se utiliza en aeronaves de mayor tamaño y exclusivamente para combustible para aviones.

Para el reabastecimiento a presión, se conecta una manguera de alta presión y se bombea combustible a 275  kPa (40  psi ) y un máximo de 310 kPa (45 psi) para la mayoría de los aviones comerciales. La presión para aviones militares, especialmente cazas, varía hasta 415 kPa (60 psi). El aire que se desplaza en los tanques generalmente se ventila por la borda a través de un solo respiradero en el avión. Debido a que solo hay un punto de conexión, la distribución de combustible entre tanques está automatizada o se controla desde un panel de control en el punto de abastecimiento de combustible o en la cabina. Un uso temprano del reabastecimiento a presión fue en el de Havilland Comet y Sud Aviation Caravelle . ^[29] Los aviones más grandes permiten dos o más puntos de conexión; sin embargo, esto todavía se conoce como reabastecimiento de combustible de un solo punto, ya que cualquiera de los puntos de conexión puede reabastecer todos los tanques. Múltiples conexiones permiten un caudal más rápido.

Debido al peligro de confusión entre los tipos de combustible, se toman precauciones para distinguir entre avgas y combustible para aviones, además de marcar claramente todos los contenedores, vehículos y tuberías. La abertura en los tanques de combustible de las aeronaves que requieren avgas no puede tener un diámetro mayor de 60  milímetros . El avgas suele estar teñido y se dispensa desde boquillas con un diámetro de 40 mm (49 mm en los Estados Unidos). ^{[30] [31]}

El combustible para aviones es de color claro a pajizo y se dispensa a través de una boquilla especial llamada boquilla en forma de J o pico de pato, que tiene una abertura rectangular mayor de 60 mm en diagonal, para no encajar en los puertos de avgas. Sin embargo, algunos aviones a reacción y de turbina, como algunos modelos del helicóptero Astar, tienen un puerto de carga de combustible demasiado pequeño para la boquilla en forma de J y, por lo tanto, requieren una boquilla más pequeña. ^{[ cita requerida ]}

En los últimos años, los mercados de combustible se han vuelto cada vez más volátiles. Esto, junto con los rápidos cambios en los horarios de las aerolíneas y el deseo de no llevar combustible en exceso a bordo de los aviones, ha aumentado la importancia de la previsión de la demanda. En marzo de 2022, el Aeropuerto Internacional Austin-Bergstrom de Austin estuvo a punto de quedarse sin combustible, lo que podría dejar varados algunos aviones. ^[32] Las técnicas de previsión habituales incluyen el seguimiento de los horarios y las rutas de las aerolíneas, la distancia de vuelo prevista, los procedimientos en tierra, la eficiencia del combustible de cada aeronave y el impacto de factores ambientales como el clima y la temperatura. ^[33]

Cualquier operación de abastecimiento de combustible puede ser muy peligrosa, y las operaciones de aviación tienen características que deben tenerse en cuenta. A medida que un avión vuela por el aire, puede acumular electricidad estática . Si esta no se disipa antes de cargar combustible, podría producirse un arco eléctrico y encender los vapores de combustible. Para evitar esto, los aviones se conectan eléctricamente al aparato de abastecimiento de combustible antes de comenzar el abastecimiento y no se desconectan hasta que se completa el abastecimiento. Algunas regiones requieren que el avión y/o el camión de combustible también estén conectados a tierra. ^[34] Los sistemas de abastecimiento de combustible a presión incorporan un interruptor de hombre muerto para evitar el funcionamiento sin supervisión.

El combustible de aviación puede causar graves daños ambientales; todos los vehículos de abastecimiento de combustible deben llevar equipos para controlar los derrames de combustible. Debe haber extintores de incendios en cualquier operación de abastecimiento de combustible. Las fuerzas de extinción de incendios del aeropuerto están especialmente capacitadas y equipadas para manejar incendios y derrames de combustible de aviación. El combustible de aviación debe revisarse diariamente y antes de cada vuelo para detectar contaminantes como agua o suciedad.

El avgas es el único combustible de transporte que contiene plomo. El plomo presente en el avgas evita el golpeteo o detonación perjudicial del motor, que puede provocar una falla repentina del mismo.

Un S-61N Fire King de Carson Helicopters reabastecido durante operaciones de extinción de incendios en Southern River, Australia Occidental

• Impacto ambiental de la aviación
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• Historia de los combustibles para aviones (por AirBP )
• Análisis técnico de los combustibles para aviación (por Chevron Global Aviation )