Soy un neófito que estaba leyendo un poco sobre motores a reacción y la economía detrás de ellos. En particular, tenía curiosidad sobre qué hace que los motores a reacción sean tan caros en comparación con los motores de pistón.
Un tema recurrente que surgió, una y otra vez, fue el costo del control de calidad y los factores relacionados, como la responsabilidad del producto. Los motores a reacción están diseñados para ser ultra confiables en condiciones de alto estrés y, comprensiblemente, eso aumenta drásticamente el costo de fabricación y diseño.
Sin embargo, lo que no tiene sentido es por qué estos estándares son universalmente altos, incluso en el caso de aviones a reacción en naves multimotor con redundancia. Parecería que definitivamente desea confiabilidad en una nave de un solo motor, una multimotor que no puede volar cuando pierde un motor, o incluso una nave de dos motores.
Pero para un avión de cuatro motores como un 747, ¿por qué pagar tanto por la ultraconfiabilidad? Un 747 puede permanecer en altitud de crucero con solo 2 motores. Los motores a reacción modernos tienen una tasa de falla de alrededor de 0,01 por 1000 horas. Un 747 podría usar motores con una tasa de fallas de 1 por 1000 horas y aun así lograr el mismo perfil de seguridad que una aeronave con solo 1 motor de redundancia. (Suponiendo que las tasas de falla del motor sean independientes)
Asumiría que relajar el proceso de fabricación de jets para permitir 100 veces menos confiabilidad reduciría drásticamente los costos. Parece que podríamos estar fabricando aviones de cuatro motores muy baratos al permitir motores con una alta tasa de fallas. ¿Que me estoy perdiendo aqui?
El costo de un motor a reacción depende principalmente de las condiciones de funcionamiento: altas temperaturas (a veces por encima del punto de fusión de los metales utilizados) y altas velocidades de rotación. Esto significa que necesita materiales de alto rendimiento incluso para un motor de baja confiabilidad: si compromete demasiado el rendimiento del material, fallará en el primer arranque.
Los fracasos son riesgosos. Tener que apagar un motor en pleno vuelo es una cosa, pero hemos tenido algunas fallas recientes en las que se lanzaron trozos de metal a alta velocidad hacia el ala y el fuselaje.
La industria ha ido en sentido contrario: al hacer que los motores sean más confiables, ahora es posible construir un avión comercial de largo alcance que use solo 2 motores en lugar de cuatro, lo que reduce la compra, el mantenimiento y el costo del combustible. Tiene poco sentido establecer una línea de producción especial de calidad B para un solo tipo de avión que de todos modos se está eliminando.
Las fallas son costosas. Una falla en vuelo significa poner la aeronave fuera de servicio para reparar la falla, lo que significa tener una aeronave adicional en espera para reemplazarla.
Su suposición de que las tasas de falla de motores idénticos en servicio idéntico son independientes probablemente no sea cierta. Si fuera cierto, se necesitarían muchas pruebas, y el costo de eso terminaría aumentando los costos de los motores. La falla no es aleatoria, sino que depende de la edad/el uso: la clásica curva de la bañera lo demuestra. Luego, la carga en los otros motores aumenta si uno o dos fallan, aumentando la probabilidad de fallas adicionales.
Además de eso, piense en la mala prensa de la aerolínea que sigue teniendo fallas en los motores. Incluso si los pasajeros de ese vuelo no se dieron cuenta, los que esperaban que lo arreglaran antes de poder despegar lo harían. Los efectos colaterales en las operaciones de las aerolíneas y los aeropuertos de incluso una falla menor también pueden volverse muy costosos muy rápido.
"¿Que me estoy perdiendo aqui?" es una buena pregunta para hacer. El costo de fabricación no es el único costo involucrado, como mencionan otras respuestas. Otros costos incluyen:
Además de todas las muy buenas razones en las otras respuestas, una que no se ha mencionado es que si aumenta la tasa de fallas en 100x, aumenta la tasa de reemplazo de motores en 100x.
Puedes ver en este ejemplo como un cambio de motor lleva varias horas por varios mecánicos, con herramientas especializadas.
Tomemos sus cifras (no las revisé) de que un motor a reacción falla alrededor de las 100,000 horas. Eso es más que la vida útil habitual de la mayoría de los aviones. Ahora quiere estacionar su avión por, digamos, 8 horas, no una vez en 100,000, sino una vez cada 1,000 horas. En una vida útil normal de 100.000 horas, ahora los cambios de motor representan 800 horas de tiempo de inactividad. El costo para la aerolínea por cada día que el avión está estacionado es enorme.
Y luego tienes que dar cuenta de todos los aviones que se mueven cada vez que falla un nuevo motor. Y debe tener en cuenta toda la logística para tener 100 veces más motores disponibles para reemplazo y 100 veces más tripulación. Al final, es difícil pensar que habrá algún ahorro.
Un avión de línea normalmente pasa alrededor de 16 horas de cada 24 horas por día en el aire... durante toda su vida útil . Cada minuto que un avión de pasajeros pasa en tierra, incurre en costos, no en ingresos.
Una falla del motor significa que debe sacar el avión de pasajeros fuera de servicio, obtener un reemplazo para ocupar su lugar y poner el avión fallido en el taller para colocar un motor nuevo. Esto no solo significa que su avión regular queda fuera de servicio, sino que también necesita tener aviones de reemplazo listos para tomar su lugar.
Esta, por cierto, es la razón por la cual la energía de fuentes renovables no se está abaratando a pesar de que el hardware se está abaratando . La naturaleza poco confiable de la energía eólica y solar significa que 1) necesita tener gas u otra energía fósil disponible para saltar cuando el viento amaina, o tiene poca disponibilidad solar 2) cuando todo funciona bien, tiene demasiada energía y necesita — en casos extremos — paga para deshacerte de él.
Al final, tiene mucho más sentido desde el punto de vista económico tener algo que sea ligeramente más caro pero fiable y predecible en lugar de algo que sea más barato, pero poco fiable y aleatorio , y que interrumpa el funcionamiento normal. Mantener las cosas funcionando sin problemas casi siempre es preferible a estar sujeto a interrupciones aleatorias.
Una forma de ver las métricas de confiabilidad actuales es ETOPS. Los aviones bimotores tienen licencia para volar rutas remotas al cumplir con los estándares ETOPS. Esto dicta a cuántos minutos pueden volar desde un aeropuerto de desvío, y se basa en el porcentaje de probabilidad de que se apague un motor en vuelo en 1000 horas de vuelo. Necesitan lograr:
5% por 1000 horas de motor para EDTO 120 minutos.
2% por 1000 horas de motor para EDTO 180 minutos.
1% por 1000 horas de motor para EDTO más allá de 180 minutos.
Ahora, la mayoría de los aviones no cumplen con estos estándares, y no se requieren para aviones de cuatro motores (que creo que tienen estándares diferentes), pero por el bien de este análisis, supongamos que los motores 747 están al 5%.
Un rango aproximado de precios para motores a reacción para aviones comerciales es de $ 12 millones a $ 35 millones, un 747 obviamente está equipado con motores del extremo superior de la escala, así que supongamos $ 120 millones por un juego de cuatro. Suponiendo una vida útil de 20 años, eso es $6 millones al año en depreciación.
Ahora, nuestra nueva compañía de motores (SuperCheapTurbines!, Inc) aparece con nuestros motores súper tontos de bajo costo que brindan el mismo rendimiento que los motores de $ 30 millones por solo $ 1.5 millones cada uno. La única compensación es que promedian una falla una vez cada 1000 horas en lugar de 20 000 horas, pero la aerolínea ahorrará $ 5.7 millones al año en depreciación. Nota: estoy usando 20 veces más barato y una tasa de fallas 20 veces más alta para una comparación más realista.
Entonces, ¿cuántos vendemos? ¿Decidimos salir a bolsa inmediatamente o venderlos a Boeing por miles de millones? La respuesta es ninguno, no y no. ¡Todas las aerolíneas rechazan nuestros motores porque, paradójicamente, dicen que son demasiado costosos!
Piense en cómo se está utilizando ese 747. Suponga que tiene un promedio de 12 horas de tiempo de vuelo por día y, por lo general, para un solo vuelo de larga distancia con un promedio de 300 pasajeros a $ 500 cada uno en ingresos. Por lo tanto, está generando $150 000 por vuelo/día en ingresos, o más de $ 50 millones al año. Cuando volaba con los motores caros, su tasa de falla significaba que tenía un apagado del motor en vuelo aproximadamente una vez cada 400 días.
Pero con nuestros motores fallan aproximadamente el 10 % del tiempo cada 100 horas, y dado que hay cuatro de ellos, el 747 tendría un 35 % de probabilidad de que se apague el motor cada 100 horas. Aquí está el problema, mientras que las aerolíneas a menudo tienen la discreción de continuar un vuelo con un motor apagado en un avión de cuatro motores dada la enorme confiabilidad de los motores actuales, sigue siendo una situación peligrosa. Si se apaga otro motor, se convertirá en una emergencia completa, pero para los motores del 5 %, solo se esperaría una segunda falla del motor una vez cada 1,000 - 2,000 ocurrencias de fallas de un solo motor.
Pero dado lo poco confiables que son nuestros motores, prácticamente no hay posibilidad de que los reguladores y las aerolíneas permitan que los vuelos continúen con solo la operación de 3 motores, lo marcarían como una emergencia que requiere la interrupción inmediata del vuelo. Si uno de nuestros motores falla, existe aproximadamente una posibilidad entre 60 de que un segundo motor falle en el mismo vuelo. ¡Así que todos los motores para un 747 equipado con SuperCheapTurbines! es probable que sea un vuelo abortado.
Y tendremos muchos vuelos abortados. ¡Turbinas súper baratas! Los 747 equipados apagarán un motor en promedio una vez cada 300 horas, o una vez cada 25 días, lo que costará más de $ 2 millones en ingresos perdidos al año y millones más en motores de reemplazo. Y eso es solo el comienzo, cada aborto crea una gran cantidad de costos adicionales:
Reparación del motor.
Llevar 747 de respaldo más caros.
Tarifas más bajas debido a la terrible confiabilidad de las aerolíneas.
Y, ocasionalmente, una situación de motor fuera de servicio se convierte en una cascada de triple motor fuera de servicio u otra emergencia, perdiendo un avión con tripulación y pasajeros y costando a la aerolínea cientos de millones de dólares en acuerdos y en el reemplazo del avión. Y más allá en reputación.
Esencialmente, esta es la razón por la cual los viajes aéreos han avanzado tanto desde los días de la hélice. En aquel entonces, para volar largas distancias de forma segura, los diseñadores añadían más motores, pero cuantos más motores añadían, más probable era que se apagara el motor o, peor aún, que se incendiara el motor. Los motores a reacción potentes y confiables han permitido a las aerolíneas cambiar casi por completo a aviones gemelos que matemáticamente tienen muchas menos situaciones de motor fuera de servicio que los aviones de tres y cuatro motores a reacción, lo que significa que pueden volar largas distancias de manera segura incluso sobre el agua.
Nota: Omití algunas cosas aquí, incluidos los costos normales de mantenimiento que supongo que son similares, y los costos de interés más altos para financiar motores más caros porque no creo que cambien mucho en las matemáticas.
Hay varias cosas mal con esto:
Un motor poco confiable requerirá más mantenimiento, lo cual es realmente costoso y casi con seguridad eliminará con creces cualquier ahorro durante la vida útil del programa.
Un motor barato y poco fiable probablemente tampoco sea tan eficiente en combustible, por lo que cuesta más combustible.
Como mencionó Terry (un ex piloto de 747) en los comentarios, su suposición de que un 747 puede mantener la altitud de crucero con 2 motores no es correcta (o en realidad está cerca de ser correcta). Con 2 motores, tendría que volar mucho más bajo, lo que significa más arrastre, lo que significa más consumo de combustible y menos alcance. Si se pierde un motor, la aeronave aún tendría que desviarse, lo que también significa muchos costos adicionales para la aerolínea y muchos pasajeros locos atrapados en algún lugar de Canadá hasta que se pueda enviar una aeronave de reemplazo.
Publicidad. "Nuestros motores explotan 100 veces más a menudo que los de nuestros competidores" probablemente no sea un eslogan publicitario eficaz.
Entonces, en total, esto sería una economía falsa y probablemente terminaría costando más a largo plazo.
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