¿Qué mejora supondría para la industria una disminución del 1% en el peso de un avión?

Digamos que pensé en una forma muy fácil y económica de reducir el peso de despegue de un avión comercial (cuerpo, combustible y pasajeros) en un 1%. ¿Cuánto significaría esto para la industria? ¿Haría una gran diferencia, o los ahorros serían lo suficientemente insignificantes como para no valer la pena el tiempo de nadie?

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Respuestas (2)

Hay una manera fácil de hacerse una idea de la magnitud de los ahorros: la ecuación de Breguet puede responder esto. Primero calcula un avión de referencia y luego comienza de nuevo con uno que pesa un 1% menos. La diferencia en el consumo de combustible muestra cuánto combustible se ahorra por vuelo.

Nuestro diseño de referencia es el A320 que tiene un L/D de 18 y lo dejamos volar un viaje de R = 2.500.000 m. metro 1 es la masa de despegue y metro 2 masa de aterrizaje. Considere 3 t de reservas de combustible y conéctelo a la ecuación de Breguet, utilizando un consumo de combustible de b F = 0,000018 kg/Ns y una velocidad de Mach 0,78, lo que equivale a v = 262 m/s en 11 000 m de altitud:

metro 1 = metro 2 ⋅ mi R ⋅ gramo ⋅ b F v ⋅ L / D
La masa de aterrizaje metro 2 es la masa vacía operativa OEW + 18 t de carga útil + 3 t de reservas de combustible = 63,6 t. La masa de despegue metro 1 es un 10% superior, por lo que la diferencia en el consumo de combustible es del 1% de ese combustible de viaje de 6.239 kg o 62 kg. Eso no es mucho para un solo viaje.

Pero ahora considere que este A320 volará 50,000 viajes antes de retirarse. Durante su vida útil, la reducción de masa del 1% ahorrará 3.119 toneladas métricas de combustible. ¡ Esto llena 29,4 vagones cisterna DOT-111 !

Y hay alrededor de 12.000 aviones de pasajeros de 150 asientos y más y fácilmente el doble si se incluyen todos los jets regionales, que transportan 3.800 millones de pasajeros y 53 millones de toneladas de carga por año en 35,4 millones de vuelos. Si hacemos la suposición heroica de que nuestro vuelo A320 es típico, esto se traduce en un ahorro global de combustible de aproximadamente 2,2 millones de toneladas de combustible por año si solo se pudiera ahorrar el 1% de la masa en cada avión.

Otra forma de abordar esto es la eficiencia de combustible promedio de los aviones modernos que consumen entre 3 y 3,5 litros de combustible por cada 100 pasajeros-kilómetro. Utilizando la cifra de la OACI de 6,6 billones de pasajeros-kilómetro en 2015, esto equivaldría a 174 millones de toneladas de combustible de aviación utilizadas por año para el transporte de pasajeros, suponiendo una densidad media de queroseno de 0,81 kg/l . La misma fuente da un factor de ocupación medio del 80%, por lo que una quinta parte de los asientos está vacío; Sin embargo, el número de eficiencia anterior es para un avión completo. Por lo tanto, nuestra estimación debe aumentarse a 217 millones de toneladas.

Ahorrar solo el 1% de esto reduciría el consumo de combustible en 2,17 millones de toneladas por año, lo que se acerca bastante a la primera estimación. Esto es suficiente para llenar más de 41 petroleros Panamax (el tamaño máximo para el antiguo canal de Panamá) o 18 petroleros Neopanamax .

O, para verlo desde un ángulo diferente, con el precio actual del queroseno de 1,76 USD por galón , el combustible ahorrado equivale a 1250 millones de USD si todos pagaran los precios estadounidenses por el combustible Jet A-1. En comparación con la ganancia neta promedio de todas las aerolíneas por año entre 2007 y 2017, que asciende a 13 mil millones de dólares , esto es casi el 10% de las ganancias anuales.

Ahora bien, esto ya no parece tan insignificante, ¿verdad?

Para dar más detalles: 3.119 toneladas métricas de combustible se venderían por unos 5 millones de dólares estadounidenses. Así que sí, esto sería muy significativo.
No estoy de acuerdo en el sentido de que tales cifras son más engañosas. Los grandes números hacen estallar nuestras mentes humanas, no podemos ponerlos en perspectiva intuitivamente. La cifra realmente importante sigue siendo: 1% . Si es importante o significativo es otro asunto, pero es mucho más fácil (¡y más válido!) comprenderlo.
Hm, en realidad todavía no me parece tanto como un laico. Siento que los aviones deben desperdiciar mucho más combustible que esto solo debido a ineficiencias logísticas/retrasos evitables/etc.
@Zeus: ¿Puedo ofrecer una vista diferente? La pregunta es "¿Cuánto significaría esto para la industria?", y ofrecí la perspectiva para toda la industria. Pregúntele a cualquiera en las operaciones de las aerolíneas qué tan significativos son los ahorros de combustible del 1% y su respuesta sonará como Koyovis. Si te sorprenden los números grandes, tal vez trates de ponerlos en perspectiva (como hice con la comparación de vagones de tren). ¿O preferiría una respuesta como "los números son demasiado grandes para contemplarlos, por lo que no obtiene una respuesta honesta"?
La ecuación exponencial compleja da como resultado que "1% de masa reducida de la aeronave significa 1% menos de combustible utilizado". Lo cual puedes determinar bastante a través de las matemáticas de la servilleta. ;)
¿Son realistas 50.000 ciclos? Eso es cinco ciclos y medio por día, siete días a la semana durante 25 años.
@DavidRicherby: Tenía miedo de que el número sea demasiado bajo. Hay 737 con más de 70.000 ciclos, y el poseedor del récord (Haiwaiian Airlines = viajes muy cortos) se sitúa en más de 95.000. El A320 es más reciente, pero también llegará allí.
@Yakk: Correcto, y las matemáticas de la servilleta también le darán la cantidad absoluta de combustible, ¿no es así?
No, solo me divierte el hecho de que ambas respuestas usaron una ecuación realmente compleja para obtener ese número de reducción del 1%. Tenga en cuenta que indexmundi.com/energy/?product=jet-fuel dice 5 millones de barriles/día de todo el consumo de combustible para aviones. El 1% de eso es entonces 50 mil/día, multiplicado por 365 es 18 millones de barriles. A 42 galeones por barril, y sus 1,76 dólares por galeón, eso nos da 1330 millones de dólares. Sin embargo, se trataba de consumo para todos los usos; algún subconjunto de eso es utilizado por aerolíneas comerciales. Aún así, ¡esta segunda desviación valida la tuya!
@PeterKämpf Creo que el último párrafo completo de su respuesta, donde compara el costo del combustible con las ganancias anuales, es realmente la evaluación más significativa de cuánto le importa a la industria, y podría considerar centrarse más en eso que en cómo muchos camiones cisterna y así sucesivamente. Esos números/tamaños absolutos son interesantes, y sí, son realmente grandes, pero todo sobre la industria en general es realmente grande, por lo que no dan una idea tan fuerte de cuánto le importa a la industria.
@Jefromi: Es el último párrafo porque lo agregué al final. Primero tuve que investigar los números, mientras que la ecuación de Breguet se copió de una respuesta anterior ;-)
@Yakk: Mírelo de esta manera: ambas respuestas usan una ecuación comprobada para concluir que el 1% de ahorro de peso realmente equivale al 1% de combustible ahorrado. Puede ser trivial, pero así es como piensan los ingenieros.
@PeterKämpf Correcto, no me sorprende que haya terminado allí, pero mi sugerencia fue editar, para tratar de terminar con menos personas pensando en lo que mencionó Zeus.
¿Está desactivada la capacidad del camión cisterna? ... los petroleros están en el rango de las 100.000 toneladas, por lo que creo que 41 petroleros Panamax en lugar de 4.100 ... ¿llevó todos los requisitos de combustible en lugar de solo el 1% de ahorro?
@BrianDrummond: Gracias por detectar esto. Vergonzosamente, tomé el consumo total de combustible en lugar del 1% para la comparación del camión cisterna. Corregido.
Me tomé la libertad de agregar un enlace al Neopanamax, ya que creo que esto es lo que significaba la referencia a "17" en el penúltimo párrafo en comparación con los "41" que lo precedieron.

El uno por ciento del peso de despegue es enorme . En un B747 con MTOW de 300 toneladas, eso significa un ahorro de peso de 3.000 kg, peso que no es necesario cargar durante las dos décadas que el avión volará.

En la fábrica de aviones donde solía trabajar, había cajas de ideas en todas partes donde se podían depositar sugerencias para ahorrar peso, cada kg ahorrado se suma a la mejora de la economía de combustible. Cuánto depende del alcance y muchos otros factores, y se puede cuantificar para aeronaves específicas.

1%. Yuuge .

Si hacemos una estimación para un B747-400 de alcance máximo de vuelo de 12.700 km según la diapositiva 7/14 de esta presentación .

ingrese la descripción de la imagen aquí

MTOW se da como 400.000 kg, peso de combustible como 175.000 kg, esto hace W F i norte a yo = MTOW - W F tu mi yo = 225.000 kg. Con un ahorro del 1%, el MTOW se reduce a 396.000 kg. El rango permanece igual si W i norte i t W F i norte a yo Se mantiene igual. Así que el nuevo W F i norte a yo se convierte en:

W F i norte a yo = 396 , 000 400 , 000 ⋅ 225 , 000 = 222 , 750 k gramo

W F i norte a yo es de nuevo MTOW - W F tu mi yo =>

W F tu mi yo = METRO T O W − W F i norte a yo = 396 , 000 − 222 , 750 = 173 , 250 k gramo

El ahorro de combustible final es de 175.000 - 173.250 = 1.750 kg

Para un vuelo de larga distancia y alcance máximo, una reducción del 1% en el peso TO ahorra 1.750 kg de combustible. Cada porcentaje de ahorro de peso equivale a un porcentaje de combustible ahorrado. Cada viaje, durante 2 - 3 décadas.

MTOW de 300 toneladas? Pruebe con 438 toneladas.
Ahí tienes, incluso Yuger.
Hm, por lo que leí, el rodaje quema 1,5 toneladas de combustible cada 10 minutos... ¿mientras que esto supuestamente parece traducirse en un consumo de combustible de 62 kg (de la respuesta anterior)? Entonces, ¿equivalente a ~ 30 segundos de rodaje? Sin embargo, no tengo la impresión de que a las aerolíneas realmente les importe lo suficiente como para tratar de minimizar la cantidad de segundos a tal granularidad. ¿Estoy en lo correcto, equivocado o me estoy perdiendo algo?
Usted toma ahorros de cualquier fuente que pueda. El rodaje es necesario de todos modos, independientemente de los ahorros de MTOW. ¿No te gustaría ahorrar 62 kg de combustible en cada viaje durante 20 años, porque necesitas gastar combustible rodando?
1.750 kg es solo el 1% del peso de combustible original de 175.000 kg. Pero eso supone que el peso se elimina de cada parte del avión proporcionalmente, en lugar de reducirse en un área (es decir, la estructura) mientras se dejan otras áreas (es decir, el peso de los pasajeros) iguales.
Nuevamente, matemáticas razonablemente complejas que generan la conclusión "reducir la masa de la aeronave en un 1% y ahorrar un 1% de combustible". Que es el tipo de conclusión que te sorprendería si no fuera verdad.
@Yakk No creo que votaría a favor de una pregunta que asumía que era cierta sin justificarla. Muchas cosas no tienen la misma escala en la ciencia, y los aviones son piezas de maquinaria bastante complicadas y equilibradas. Creo que es muy importante demostrar una justificación para suponer que lo hacen.
@CortAmmon 100% de acuerdo contigo allí. Cualquiera puede afirmar cualquier cosa, y lo hacen. Sin embargo, ¿qué justifica la declaración? ¿Cómo podemos saber que la cantidad de combustible utilizada escala linealmente con el peso y no, por ejemplo, cuadráticamente como lo hace con la velocidad del aire?
@TheEnvironmentalist Reduzca la carga útil en un 1 % y también ahorrará un 1 % en el consumo de combustible. Es por eso que hay diagramas de rango de carga útil.
¿Qué mejora supondría para la industria una disminución del 1% en el peso de un avión?
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