Aviación sostenible

Combustibles más limpios, aviones eficientes y menos emisiones: contabilidad del CO₂, métricas de eficiencia, alas y motores que queman menos combustible, combustibles de aviación sostenibles, estelas, baterías e hidrógeno, operaciones más limpias y trayectorias hacia las cero emisiones netas, con seis prácticas. Gratuito, a tu ritmo y vinculado al Sustainable Flight National Partnership de la NASA, la investigación NASA-DLR sobre estelas, los datos de SAF del DOE y los factores de emisión de la EIA.

NASA Blue MarbleNASA (ISS066-E-080762, Nov. 8, 2021)NASA (ISS074-E-0046371, Jan. 3, 2026)NASA/Ben Smegelsky (KSC-20240124-PH-JBS01_0071)

Cursos › AERO 470

Descargar la guía de estudio en PDF (inglés)

Sobre este curso

Este es el esquema de un curso gratuito de autoestudio escrito por Saving Planets. No es un curso universitario, no otorga créditos académicos y ninguna institución participa.

Su alcance sigue una optativa de último curso sobre aviación y medio ambiente. Se basa en la clase sobre factores ambientales de MIT 16.885J Aircraft Systems Engineering (gratis en MIT OpenCourseWare) y en material público de la NASA, el DOE, la EIA y la EPA, que enlazamos donde ayuda. Ninguno de ellos respalda esta página.

Lo que añadimos: cada unidad se vincula a trabajo real con una fuente pública citada, cada número de la página se recalcula con un script de comprobación antes de publicarse y cada práctica funciona en una hoja de cálculo o simulación gratuitas.

Síguelo en orden. Cada unidad tiene objetivos, ideas clave, ecuaciones, ejemplos paso a paso, práctica con respuestas completas, errores comunes, tarjetas de estudio y un cuestionario. Tu progreso se guarda solo en este navegador.

Cómo ayuda este curso a salvar el planeta

Todo este curso es una sección planeta: el Alternative Fuels Data Center del DOE indica que la aviación produce alrededor del 2% de todo el CO₂ mundial y el 12% del CO₂ del transporte, y las estelas añaden calentamiento más allá del CO₂.

El Sustainable Flight National Partnership de la NASA trabaja hacia el objetivo del sector aéreo de cero emisiones netas de carbono para 2050. Cada unidad termina con una breve sección con fuentes. Los valores que no proceden de una fuente se marcan como valores de ejemplo o de libro.

Volver arriba

Antes de empezar

Requisitos previos

  • Propulsión: empuje, eficiencia y TSFC.
  • Actuaciones del avión: sustentación, resistencia y ecuación de alcance de Breguet.
  • Termodinámica: energía, poderes caloríficos y eficiencia del ciclo.
  • Capstone Design o Avionics & Systems Engineering: requisitos y compromisos.

Cómo estudiar

  • Mantén las unidades en orden: kg, galones, litros, MJ y Wh.
  • Pregunta siempre «¿por qué unidad?»: por vuelo, por pasajero-km, por kg de combustible.
  • Separa el CO₂ de combustión del CO₂ de ciclo de vida.
  • Comprueba cada ahorro declarado frente a una referencia.
  • Recuerda los efectos no CO₂, como las estelas.
  • Haz cada ejercicio en papel antes de abrir la respuesta, y repite los cuestionarios unos días después.

Material de laboratorio (para los laboratorios presenciales)

  • Software de hoja de cálculo (sirve cualquiera gratuito), o Python.
  • Un ordenador o tableta para la simulación gratuita PhET Greenhouse Effect.
  • Los apuntes gratuitos de MIT 16.885J en un navegador web.
  • Una calculadora.

Volver arriba

Calendario sugerido de 15 semanas

Unas 6 a 9 horas por semana: lectura, problemas de práctica y, en las semanas de laboratorio, el laboratorio.

SemanaUnidadTemasLectura
1Aviación y clima: contar el CO₂Contar el CO₂; Práctica AEIA
2Métricas de eficienciaMétricas de eficienciaNASA SFNP
3Eficiencia aerodinámicaL/D y resistencia inducidaMIT 16.885J
4Eficiencia aerodinámicaConsumo según Breguet; Práctica BNASA SFNP
5Eficiencia de los motoresEficiencia de los motores; Práctica CMIT 16.885J
6Combustibles de aviación sosteniblesFundamentos de los SAFDOE AFDC
7Combustibles de aviación sosteniblesCiclo de vida de los SAF; Práctica D; práctica de examen parcialDOE AFDC
8Estelas de condensación y efectos no CO₂Estelas de condensaciónNASA-DLR
9Propulsión eléctrica e híbridaBaterías y alcance eléctricoNASA SFNP
10Propulsión eléctrica e híbridaSistemas híbridos; Práctica ENASA SFNP
11Aviones de hidrógenoAviones de hidrógenoMIT 16.885J
12Operaciones, ruido y calidad del aireOperacionesNASA SFNP
13Operaciones, ruido y calidad del aireRuido y calidad del aireEPA
14Trayectorias hacia las cero emisiones netasEscenarios; Práctica FDOE AFDC
15Trayectorias hacia las cero emisiones netasRepaso; práctica para el finalMIT 16.885J

Volver arriba

Tu progreso

Marca las unidades y los laboratorios al terminarlos y haz los cuestionarios. El progreso y las puntuaciones se guardan solo en este navegador y nunca se nos envían.

Activa JavaScript para seguir tu progreso.

Volver arriba

Unidad 1 · Semana 1

Aviación y clima: contar el CO₂

De dónde vienen las emisiones de la aviación, factores de emisión, CO₂ de combustión frente a ciclo de vida y la cuota de la aviación en el total.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Usar un factor de emisión para calcular el CO₂.
  • Convertir entre galones, litros y kilogramos.
  • Explicar el CO₂ de combustión frente al de ciclo de vida.
  • Indicar la cuota de la aviación en el CO₂ mundial.

Conceptos clave

  • Quemar queroseno convierte su carbono en CO₂; la masa de CO₂ es unas tres veces la del combustible porque cada átomo de carbono gana dos átomos de oxígeno.
  • La EIA de EE. UU. da 21.50 lb (9.75 kg) de CO₂ por galón de queroseno quemado.
  • El CO₂ de ciclo de vida añade la producción y el transporte del combustible; en los combustibles sostenibles, el cultivo de la materia prima puede absorber CO₂.
  • El Alternative Fuels Data Center del DOE indica que la aviación supone el 2% de todo el CO₂ y el 12% del CO₂ del transporte en el mundo.
  • La aviación también calienta el clima mediante efectos no CO₂, como las estelas y los NOx.

Ecuaciones clave

mCO2=EF×Vfuelm_{CO_2}=EF\times V_{fuel}
Emisiones a partir del volumen de combustible
EF=9.75 kg/galEF=9.75\ \text{kg/gal}
Factor de la EIA para queroseno
1 gal=3.785 L1\ \text{gal}=3.785\ \text{L}
Conversión de volumen
4412≈3.67\frac{44}{12}\approx3.67
Relación de masas CO₂/carbono

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 1.1 Un vuelo quema 5000 galones de queroseno. ¿CO₂?

Ver los pasos
  1. 5000 × 9.75.

Respuesta: 48,750 kg (48.75 t).

Ejemplo 1.2 Comprueba los valores de la EIA en libras y kilogramos.

Ver los pasos
  1. 21.50 × 0.45359237.

Respuesta: 9.75 kg, coherente.

Ejemplo 1.3 ¿Cuántos litros son 5000 galones?

Ver los pasos
  1. 5000 × 3.785.

Respuesta: 18,927 L.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿CO₂ de 1000 galones?

    Ver la respuesta

    9750 kg.

  2. ¿Relación de masas de CO₂ a carbono?

    Ver la respuesta

    44/12 = 3.67.

  3. ¿Cuota de la aviación en el CO₂ del transporte (DOE)?

    Ver la respuesta

    12%.

  4. ¿Qué añade el ciclo de vida?

    Ver la respuesta

    Efectos de producción, transporte y materia prima.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: El CO₂ pesa menos que el combustible.

    En realidad: Pesa unas tres veces más.

  • Mito: La aviación solo emite CO₂.

    En realidad: Las estelas y los NOx también cuentan.

  • Mito: El CO₂ de ciclo de vida y el de combustión son iguales.

    En realidad: Difieren, sobre todo en los SAF.

Tarjetas de estudio

  • Factor de emisión

    CO₂ por unidad de combustible.

  • CO₂ de combustión

    Procedente de la quema.

  • CO₂ de ciclo de vida

    Total del pozo a la estela.

  • Efectos no CO₂

    Estelas, NOx, hollín.

  • Jet A

    Queroseno estándar.

  • t CO₂

    Tonelada de CO₂.

Cuestionario de autoevaluación

1. CO₂ de 5000 gal…

Ver la respuesta

48,750 kg. × 9.75.

2. Factor de la EIA…

Ver la respuesta

9.75 kg/gal. EIA.

3. Cuota de la aviación en todo el CO₂…

Ver la respuesta

2%. DOE.

4. Litros en 5000 gal…

Ver la respuesta

18,927. × 3.785.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La EIA de EE. UU. indica 21.50 lb (9.75 kg) de CO₂ por galón de queroseno.

El Alternative Fuels Data Center del DOE indica que la aviación supone el 2% de todo el CO₂ mundial y el 12% de todo el CO₂ del transporte.

En Saving Planets: Soluciones · Observación de la Tierra

Fuentes: U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients · U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 2 · Semana 2

Métricas de eficiencia

Combustible y CO₂ por pasajero-kilómetro, intensidad energética y cómo comparar aviones de forma justa.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Calcular el combustible por pasajero-km.
  • Calcular el CO₂ por pasajero-km.
  • Aplicar una mejora de eficiencia porcentual.
  • Comparar aviones de forma justa.

Conceptos clave

  • Las emisiones totales engañan; normaliza por pasajeros y distancia.
  • El factor de ocupación importa: los asientos vacíos elevan las emisiones por pasajero.
  • La intensidad energética (MJ por pasajero-km) compara distintos combustibles en una misma escala.
  • Una mejora de eficiencia reduce el combustible por unidad de transporte, no necesariamente el total si el tráfico crece.
  • El Sustainable Flight National Partnership de la NASA apunta a mejoras de eficiencia energética del 25–30% en los aviones de transporte de próxima generación.

Ecuaciones clave

Vfuelnpaxd\frac{V_{fuel}}{n_{pax}d}
Combustible por pasajero-km
mCO2npaxd\frac{m_{CO_2}}{n_{pax}d}
CO₂ por pasajero-km
m′=m(1−g)m^\prime=m(1-g)
Tras una mejora fraccionaria g
LF=npaxnseatsLF=\frac{n_{pax}}{n_{seats}}
Factor de carga

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 2.1 5000 galones llevan 180 pasajeros 2000 km (valores de ejemplo). ¿Litros por pasajero-km?

Ver los pasos
  1. 18,927/(180 × 2000).

Respuesta: 0.0526 L.

Ejemplo 2.2 ¿CO₂ por pasajero-km?

Ver los pasos
  1. 48,750/360,000.

Respuesta: 0.135 kg (135 g).

Ejemplo 2.3 Una mejora de eficiencia del 25% en el mismo viaje. ¿Nuevo CO₂?

Ver los pasos
  1. 48,750 × 0.75.

Respuesta: 36,563 kg.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. Mismo vuelo con 150 pasajeros: ¿g de CO₂ por pkm?

    Ver la respuesta

    162.5 g.

  2. ¿Factor de ocupación, 180 de 200 asientos?

    Ver la respuesta

    0.9.

  3. ¿Una mejora del 30% sobre 48750 kg?

    Ver la respuesta

    34,125 kg.

  4. ¿Por qué normalizar?

    Ver la respuesta

    Para comparar distintos viajes y aviones de forma justa.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Los aviones grandes siempre emiten más por pasajero.

    En realidad: A menudo menos por pasajero.

  • Mito: La eficiencia reduce las emisiones totales.

    En realidad: Solo si el tráfico no crece más rápido.

  • Mito: Asientos igual a pasajeros.

    En realidad: Usa el factor de ocupación.

Tarjetas de estudio

  • Pasajero-km

    Un pasajero transportado un km.

  • Factor de carga

    Pasajeros entre asientos.

  • Intensidad energética

    MJ por pkm.

  • Efecto rebote

    Crecimiento que compensa la eficiencia.

  • Referencia

    Caso de referencia.

  • Normalización

    Comparación por unidad.

Cuestionario de autoevaluación

1. L por pkm…

Ver la respuesta

0.0526. 18,927/360,000.

2. g de CO₂ por pkm…

Ver la respuesta

135. 48,750/360,000.

3. Tras una mejora del 25%…

Ver la respuesta

36,563 kg. × 0.75.

4. Objetivo del SFNP…

Ver la respuesta

25–30%. NASA.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA indica que el Sustainable Flight National Partnership busca posibilitar mejoras de eficiencia energética del 25–30% en aviones de transporte de próxima generación que puedan usar 100% combustible de aviación sostenible y volar trayectorias óptimas.

Las métricas por pasajero de esta unidad son la forma de medir esas mejoras.

En Saving Planets: Actuaciones de aeronaves · Soluciones

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 3 · Semanas 3–4

Eficiencia aerodinámica

L/D, resistencia inducida y alargamiento, alas de gran alargamiento y arriostradas, y consumo de combustible según la ecuación de Breguet.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Calcular la fracción de combustible con Breguet.
  • Mostrar cómo L/D reduce el combustible.
  • Calcular el coeficiente de resistencia inducida.
  • Explicar por qué las alas largas y esbeltas ahorran combustible.

Conceptos clave

  • Según Breguet, la fracción de combustible es 1 − exp(−Rc/(V·L/D)).
  • Un L/D mayor significa menos combustible para el mismo alcance.
  • La resistencia inducida C_Di = C_L²/(πeAR) baja al aumentar el alargamiento.
  • Las alas muy esbeltas necesitan arriostramiento (diseños arriostrados) para seguir siendo ligeras y rígidas.
  • La pieza central de la alianza de la NASA es un demostrador X-plane a escala real que prueba un diseño aerodinámico ultraeficiente.

Ecuaciones clave

WfWi=1−e−Rc/(V L/D)\frac{W_f}{W_i}=1-e^{-Rc/(V\,L/D)}
Fracción de combustible
CDi=CL2πeARC_{D_i}=\frac{C_L^2}{\pi eAR}
Resistencia inducida
AR=b2/SAR=b^2/S
Alargamiento
L/D=CL/CDL/D=C_L/C_D
Relación sustentación/resistencia

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 3.1 3000 km a 230 m/s, c = 0.6 /h, L/D = 17 (valores de libro). ¿Fracción de combustible?

Ver los pasos
  1. Rc/(V L/D) = 3 × 10⁶ × 1.667 × 10⁻⁴/(230 × 17) = 0.1279.
  2. 1 − e^(−0.1279).

Respuesta: 0.120.

Ejemplo 3.2 Igual con L/D = 20.

Ver los pasos
  1. 1 − e^(−0.1087).

Respuesta: 0.103: un 14.2% menos de combustible.

Ejemplo 3.3 ¿C_Di con C_L = 0.5, e = 0.85, AR = 9?

Ver los pasos
  1. 0.25/(π × 0.85 × 9).

Respuesta: 0.0104.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿C_Di con AR = 12?

    Ver la respuesta

    0.0078.

  2. ¿Con AR = 19 (clase arriostrada)?

    Ver la respuesta

    0.0049.

  3. ¿Alargamiento para b = 36 m, S = 120 m²?

    Ver la respuesta

    10.8.

  4. ¿Por qué arriostrar un ala esbelta?

    Ver la respuesta

    Para mantenerla ligera y rígida.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: La resistencia es toda fricción.

    En realidad: La resistencia inducida es grande en crucero.

  • Mito: Las alas más largas salen gratis.

    En realidad: Límites de peso y de puerta de embarque.

  • Mito: El combustible escala linealmente con L/D.

    En realidad: Sigue la exponencial.

Tarjetas de estudio

  • L/D

    Relación sustentación/resistencia.

  • Resistencia inducida

    Resistencia debida a la sustentación.

  • Alargamiento

    b²/S.

  • Factor de Oswald

    Eficiencia de envergadura e.

  • Ala arriostrada

    Ala esbelta con montantes.

  • Fracción de combustible

    Combustible sobre peso al despegue.

Cuestionario de autoevaluación

1. Fracción de combustible, L/D 17…

Ver la respuesta

0.120. Breguet.

2. Combustible ahorrado con L/D 20…

Ver la respuesta

14.2%. Compara las fracciones.

3. C_Di AR 9…

Ver la respuesta

0.0104. C_L²/(πeAR).

4. Un AR mayor…

Ver la respuesta

reduce la resistencia inducida. Fórmula.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA indica que la pieza central de su Sustainable Flight National Partnership será un demostrador X-plane a escala real construido para probar un diseño aerodinámico ultraeficiente, con el fin de orientar la próxima generación de aviones de pasillo único.

La NASA sitúa el primer vuelo del demostrador no antes de finales de 2026.

En Saving Planets: Aerodinámica I · Actuaciones de aeronaves

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 4 · Semana 5

Eficiencia de los motores

Eficiencia térmica, propulsiva y global, relación de derivación y núcleos de motor avanzados.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Calcular el rendimiento propulsivo.
  • Combinar eficiencia térmica y propulsiva.
  • Explicar por qué un alto índice de derivación ahorra combustible.
  • Relacionar la eficiencia con el TSFC.

Conceptos clave

  • La eficiencia global es la eficiencia térmica por la eficiencia propulsiva.
  • La eficiencia propulsiva 2/(1 + V_e/V₀) aumenta cuando la velocidad de escape se acerca a la de vuelo.
  • Los turbofanes de alta derivación mueven más aire más despacio, lo que eleva la eficiencia propulsiva.
  • Núcleos más calientes, de mayor presión y compactos elevan la eficiencia térmica.
  • El trabajo Hybrid Thermally Efficient Core de la NASA desarrolla núcleos de turbina de alta densidad de potencia para aviones de transporte de próxima generación.

Ecuaciones clave

ηp=21+Ve/V0\eta_p=\frac{2}{1+V_e/V_0}
Rendimiento propulsivo
ηo=ηthηp\eta_o=\eta_{th}\eta_p
Eficiencia global
TSFC∝V0ηoTSFC\propto\frac{V_0}{\eta_o}
Consumo de combustible por empuje
BPR=m˙bypass/m˙coreBPR=\dot m_{bypass}/\dot m_{core}
Índice de derivación

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 4.1 V₀ = 230 m/s, V_e = 400 m/s. η_p?

Ver los pasos
  1. 2/(1 + 400/230).

Respuesta: 0.730.

Ejemplo 4.2 Baja V_e a 300 m/s (mayor derivación).

Ver los pasos
  1. 2/(1 + 300/230).

Respuesta: 0.868.

Ejemplo 4.3 Con η_th = 0.5, ¿eficiencia global con V_e = 300?

Ver los pasos
  1. 0.5 × 0.868.

Respuesta: 0.434.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿η_p con V_e = 350 m/s?

    Ver la respuesta

    0.793.

  2. ¿Global con V_e = 400, η_th = 0.5?

    Ver la respuesta

    0.365.

  3. ¿Ahorro de combustible al pasar de 0.365 a 0.434 global?

    Ver la respuesta

    Un 15.9% menos de combustible para el mismo trabajo.

  4. ¿Qué es la relación de derivación?

    Ver la respuesta

    Flujo másico derivado sobre flujo del núcleo.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Un escape más rápido es más eficiente.

    En realidad: Reduce la eficiencia propulsiva.

  • Mito: La eficiencia térmica lo es todo.

    En realidad: La propulsiva importa igual.

  • Mito: La derivación sale gratis.

    En realidad: Fanes más grandes añaden peso y resistencia.

Tarjetas de estudio

  • Rendimiento propulsivo

    Fracción útil de la potencia de empuje.

  • Eficiencia térmica

    Eficiencia del ciclo.

  • Eficiencia global

    Producto de ambas.

  • Índice de derivación

    Aire del fan sobre aire del núcleo.

  • TSFC

    Combustible por empuje y por tiempo.

  • Núcleo del motor

    Compresor, cámara de combustión, turbina.

Cuestionario de autoevaluación

1. η_p a 400…

Ver la respuesta

0.730. 2/(1 + 1.739).

2. η_p a 300…

Ver la respuesta

0.868. 2/(1 + 1.304).

3. Global…

Ver la respuesta

0.434. 0.5 × 0.868.

4. Alta derivación…

Ver la respuesta

eleva η_p. Chorro más lento.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA indica que su trabajo Hybrid Thermally Efficient Core acelera el desarrollo y la demostración de tecnologías avanzadas de turbinas en un núcleo de alta densidad de potencia para aviones comerciales de próxima generación.

Ambas eficiencias de esta unidad influyen directamente en el combustible quemado por pasajero.

En Saving Planets: Propulsión · Termodinámica

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 5 · Semanas 6–7

Combustibles de aviación sostenibles

Qué es el SAF, vías de producción, límites de mezcla, reducciones de ciclo de vida y objetivos nacionales.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Definir el SAF.
  • Calcular el ahorro de ciclo de vida de una mezcla.
  • Dimensionar el ahorro a nivel de objetivos.
  • Explicar los límites de mezcla.

Conceptos clave

  • El DOE define el SAF como un combustible alternativo fabricado a partir de materias primas no petrolíferas que reduce la contaminación del aire del transporte aéreo.
  • El SAF puede mezclarse en proporciones de entre el 10% y el 50%, según la materia prima y la vía de producción (ASTM D7566).
  • El SAF mezclado funciona en los aviones e infraestructuras existentes.
  • El ahorro de ciclo de vida escala con la fracción de mezcla por la reducción propia del SAF.
  • El SAF Grand Challenge apunta a 3 mil millones de galones en 2030 y 35 mil millones en 2050 con al menos un 50% de reducción de ciclo de vida.

Ecuaciones clave

s=b×rs=b\times r
Ahorro de la mezcla = mezcla × reducción del SAF
msaved=V×EF×rm_{saved}=V\times EF\times r
CO₂ ahorrado por volumen de SAF
b≤0.5b\le0.5
Mezcla máxima (según la vía)
EF=9.75 kg/galEF=9.75\ \text{kg/gal}
Factor de la EIA

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 5.1 Una mezcla al 50% de SAF con un 50% de reducción de ciclo de vida. ¿Ahorro global?

Ver los pasos
  1. 0.5 × 0.5.

Respuesta: 25%.

Ejemplo 5.2 3 mil millones de galones con un 50% de reducción, usando el factor de la EIA como referencia (simplificado).

Ver los pasos
  1. 3 × 10⁹ × 9.75 × 0.5.

Respuesta: Unos 14.6 millones de toneladas de CO₂ al año.

Ejemplo 5.3 Igual para 35 mil millones de galones.

Ver los pasos
  1. 35 × 10⁹ × 9.75 × 0.5.

Respuesta: Unos 171 millones de toneladas.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Una mezcla al 10% con un 80% de reducción?

    Ver la respuesta

    8%.

  2. ¿Vuelos con SAF según la OACI, vía el DOE?

    Ver la respuesta

    Más de 360000 en 46 aeropuertos.

  3. ¿Por qué el límite de mezcla?

    Ver la respuesta

    Las propiedades del combustible deben cumplir las especificaciones Jet A.

  4. ¿El SAF necesita motores nuevos?

    Ver la respuesta

    Las mezclas funcionan en los aviones existentes.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: El SAF tiene cero emisiones.

    En realidad: Se quema a CO₂; el ahorro es de ciclo de vida.

  • Mito: Cualquier mezcla sirve.

    En realidad: Los límites dependen de la vía.

  • Mito: El SAF solo afecta al CO₂.

    En realidad: La NASA y el DLR hallaron menos cristales de hielo en las estelas.

Tarjetas de estudio

  • SAF

    Combustible sostenible de aviación.

  • HEFA

    Vía de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados.

  • Límite de mezcla

    Cuota máxima de SAF.

  • ASTM D7566

    Especificación del queroseno sintético.

  • Reducción de ciclo de vida

    Recorte frente al combustible fósil.

  • Combustible de sustitución directa

    Funciona en los sistemas existentes.

Cuestionario de autoevaluación

1. Ahorro de la mezcla…

Ver la respuesta

25%. 0.5 × 0.5.

2. Ahorro en 2030…

Ver la respuesta

≈ 14.6 Mt. × 9.75 × 0.5.

3. Rango de mezcla…

Ver la respuesta

10–50%. DOE.

4. Objetivo para 2050…

Ver la respuesta

35 mil millones de gal. DOE.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

El Alternative Fuels Data Center del DOE indica que más de 360000 vuelos comerciales han usado SAF en 46 aeropuertos (según la OACI), y el SAF Grand Challenge apunta a 3 mil millones de galones en 2030 y 35 mil millones de galones en 2050 con al menos un 50% de reducción de ciclo de vida.

El DOE señala que las tres plantas existentes en EE. UU. usan la vía HEFA, y se esperan plantas de alcohol a queroseno.

En Saving Planets: Soluciones · Química General I

Fuentes: U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 6 · Semana 8

Estelas de condensación y efectos no CO₂

Cómo se forman las estelas, por qué calientan, hollín y cristales de hielo, y cómo los combustibles y las rutas las reducen.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Explicar la formación de las estelas.
  • Calcular reducciones de cristales de hielo.
  • Describir el calentamiento no CO₂.
  • Nombrar opciones de mitigación.

Conceptos clave

  • Las estelas se forman cuando el escape caliente y húmedo se mezcla con aire frío y el agua se condensa y congela sobre partículas de hollín.
  • Las estelas persistentes pueden extenderse en cirros que atrapan el calor saliente.
  • Menos partículas de hollín significan cristales de hielo menos numerosos y más grandes que desaparecen antes.
  • La NASA y el DLR hallaron que los combustibles sostenibles de combustión más limpia producían entre un 50%–70% menos cristales de hielo en crucero.
  • Rodear el aire sobresaturado de hielo puede evitar las estelas persistentes.

Ecuaciones clave

N=EI×mfN=EI\times m_f
Cristales de hielo a partir del índice de emisión y el combustible
N′=N(1−r)N^\prime=N(1-r)
Tras una reducción r
r∈[0.5,0.7]r\in[0.5,0.7]
Rango NASA-DLR
ΔT∝F\Delta T\propto F
El calentamiento escala con el forzamiento

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 6.1 Un índice de emisión de ejemplo de 10¹⁵ cristales de hielo por kg de combustible. ¿Con una reducción del 50%?

Ver los pasos
  1. 10¹⁵ × 0.5.

Respuesta: 5 × 10¹⁴ por kg.

Ejemplo 6.2 ¿Con una reducción del 70%?

Ver los pasos
  1. 10¹⁵ × 0.3.

Respuesta: 3 × 10¹⁴ por kg.

Ejemplo 6.3 Un vuelo quema 15000 kg de combustible en crucero (ejemplo). ¿Cristales con la reducción del 70%?

Ver los pasos
  1. 3 × 10¹⁴ × 15,000.

Respuesta: 4.5 × 10¹⁸.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Por qué las estelas calientan de noche?

    Ver la respuesta

    Atrapan el infrarrojo saliente sin luz solar que reflejar.

  2. ¿Qué siembra el hielo de las estelas?

    Ver la respuesta

    El hollín y otras partículas.

  3. ¿Reducción de 5 × 10¹⁴ a 3 × 10¹⁴?

    Ver la respuesta

    40%.

  4. ¿Una solución operativa?

    Ver la respuesta

    Rodear el aire sobresaturado de hielo.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Las estelas son solo agua, así que son inofensivas.

    En realidad: Pueden añadir calentamiento.

  • Mito: Todas las estelas persisten.

    En realidad: Solo en aire sobresaturado de hielo.

  • Mito: Solo importa el CO₂.

    En realidad: Los efectos no CO₂ son significativos.

Tarjetas de estudio

  • Estela de condensación

    Rastro de condensación.

  • Cirros de estela

    Estelas persistentes extendidas.

  • Sobresaturación de hielo

    Aire capaz de hacer crecer hielo.

  • Hollín

    Partículas de carbono.

  • Índice de emisión

    Cantidad por kg de combustible.

  • Forzamiento no CO₂

    Calentamiento aparte del CO₂.

Cuestionario de autoevaluación

1. Reducción del 50%…

Ver la respuesta

5 × 10¹⁴. × 0.5.

2. Rango NASA-DLR…

Ver la respuesta

50%–70%. NASA.

3. Cristales por vuelo…

Ver la respuesta

4.5 × 10¹⁸. × 15,000.

4. El hielo de las estelas se forma sobre…

Ver la respuesta

partículas de hollín. Nucleación.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA informa de que los combustibles de aviación de combustión más limpia hechos de fuentes sostenibles pueden producir entre un 50%–70% menos estelas de cristales de hielo a altitud de crucero, según investigación conjunta de la NASA y el DLR (Centro Aeroespacial Alemán).

La NASA señala que las estelas de cristales de hielo pueden permanecer horas en la alta atmósfera y afectar a cómo se calienta y enfría la Tierra.

En Saving Planets: Observación de la Tierra · Transferencia de calor

Fuentes: NASA: NASA-DLR study finds sustainable aviation fuel can reduce contrails (2021)

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 7 · Semanas 9–10

Propulsión eléctrica e híbrida

Densidad energética de las baterías, eficiencia del tren motor, alcance eléctrico y dónde ayudan los sistemas híbridos.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Comparar la densidad energética de baterías y combustible.
  • Tener en cuenta la eficiencia del tren motor.
  • Calcular el alcance de un avión eléctrico.
  • Identificar las misiones adecuadas.

Conceptos clave

  • El queroseno almacena unos 43 MJ/kg (11944 Wh/kg); las baterías actuales almacenan unos cientos de Wh/kg (valores de libro).
  • Los trenes motores eléctricos convierten la energía con mucha más eficiencia (alrededor del 90%) que las turbinas (alrededor del 35%), lo que reduce la diferencia (valores de libro).
  • El alcance eléctrico con baterías es R = (e η/g)(L/D)(m_b/m).
  • Las baterías no se aligeran al descargarse, a diferencia del combustible.
  • La NASA indica que la propulsión electrificada ofrece nuevas posibilidades para reducir el uso de combustible y energía, desde pequeños aviones de pasajeros hasta aviones de pasillo único.

Ecuaciones clave

R=eηgLDmbmR=\frac{e\eta}{g}\frac{L}{D}\frac{m_b}{m}
Alcance con baterías
efuelebatt\frac{e_{fuel}}{e_{batt}}
Relación de densidades energéticas
e=250 Wh/kg=9×105 J/kge=250\ \text{Wh/kg}=9\times10^5\ \text{J/kg}
Batería de ejemplo
1 Wh=3600 J1\ \text{Wh}=3600\ \text{J}
Conversión

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 7.1 ¿Queroseno a 43 MJ/kg en Wh/kg, y relación con una batería de 250 Wh/kg?

Ver los pasos
  1. 43 × 10⁶/3600 = 11,944 Wh/kg.
  2. 11,944/250.

Respuesta: 47.8 veces.

Ejemplo 7.2 Ajusta por eficiencia: turbina 0.35, eléctrico 0.9.

Ver los pasos
  1. 47.8 × 0.35/0.9.

Respuesta: Unas 18.6 veces.

Ejemplo 7.3 Alcance con e = 250 Wh/kg, η = 0.8, L/D = 15, fracción de batería 0.3.

Ver los pasos
  1. 9 × 10⁵ × 0.8/9.80665 × 15 × 0.3.

Respuesta: Unos 330 km.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Alcance si la energía de la batería se duplica a 500 Wh/kg?

    Ver la respuesta

    Unos 661 km.

  2. ¿250 Wh/kg en J/kg?

    Ver la respuesta

    9 × 10⁵.

  3. ¿Por qué ayudan los híbridos?

    Ver la respuesta

    La potencia eléctrica refuerza el despegue y el ascenso mientras el combustible aporta el alcance.

  4. ¿Mejores primeras misiones?

    Ver la respuesta

    Vuelos regionales cortos y de entrenamiento.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Las baterías pronto igualarán al queroseno.

    En realidad: La diferencia es grande incluso tras la eficiencia.

  • Mito: Eléctrico significa cero emisiones.

    En realidad: Depende de la red eléctrica.

  • Mito: El peso de la batería baja en vuelo.

    En realidad: Se mantiene constante.

Tarjetas de estudio

  • Energía específica

    Energía por masa.

  • Eficiencia del tren motor

    Eficiencia de la batería al eje.

  • Híbrido-eléctrico

    Combustible más potencia eléctrica.

  • Fracción de batería

    Masa de batería sobre masa del avión.

  • Wh/kg

    Unidad de energía específica de baterías.

  • Intensidad de la red

    CO₂ por kWh.

Cuestionario de autoevaluación

1. Relación de energía…

Ver la respuesta

47.8. 11,944/250.

2. Ajustada por eficiencia…

Ver la respuesta

18.6. × 0.35/0.9.

3. Alcance eléctrico…

Ver la respuesta

≈ 330 km. Fórmula.

4. Alcance con energía doble…

Ver la respuesta

≈ 661 km. Lineal.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA indica que la propulsión electrificada ofrece nuevas posibilidades para reducir el uso de combustible y energía en la aviación, desde pequeños aviones de pasajeros hasta aviones de pasillo único, mediante nuevas tecnologías, conceptos, aviones de prueba e instalaciones en tierra.

La ecuación de alcance de esta unidad muestra por qué los primeros aviones eléctricos vuelan rutas cortas. Las densidades energéticas aquí son valores de libro.

En Saving Planets: Circuitos · Soluciones

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 8 · Semana 11

Aviones de hidrógeno

Energía del hidrógeno por masa y volumen, dimensionado de depósitos, emisiones de agua y compromisos de diseño.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Comparar hidrógeno y queroseno por masa y volumen.
  • Dimensionar el volumen de un depósito de hidrógeno.
  • Calcular el agua producida.
  • Explicar los compromisos de diseño.

Conceptos clave

  • El hidrógeno contiene unos 120 MJ/kg, 2.8 veces el queroseno, pero el hidrógeno líquido tiene solo unos 70.8 kg/m³ (valores de libro).
  • Por litro, el hidrógeno líquido contiene unos 8.5 MJ frente a unos 34.4 MJ del queroseno, así que los depósitos son unas cuatro veces mayores.
  • Quemar hidrógeno o usarlo en una pila de combustible produce agua, unos 8.9 kg por kg de hidrógeno, y nada de CO₂ en el avión.
  • Los depósitos criogénicos son voluminosos y pesados, y condicionan todo el avión.
  • El hidrógeno verde depende de electricidad limpia para la electrólisis.

Ecuaciones clave

ev=ρ eme_v=\rho\,e_m
Energía por volumen
V=EevV=\frac{E}{e_v}
Volumen del depósito
mH2O=8.94 mH2m_{H_2O}=8.94\,m_{H_2}
Agua a partir de hidrógeno
eH2ejet=12043\frac{e_{H_2}}{e_{jet}}=\frac{120}{43}
Relación de masa

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 8.1 ¿Hidrógeno frente a queroseno por masa?

Ver los pasos
  1. 120/43.

Respuesta: 2.79 veces más por kg.

Ejemplo 8.2 ¿Energía volumétrica del hidrógeno líquido?

Ver los pasos
  1. 70.8 × 120/1000.

Respuesta: 8.50 MJ/L.

Ejemplo 8.3 ¿Relación de volumen de depósito frente al queroseno (0.8 kg/L, de libro)?

Ver los pasos
  1. 34.4/8.50.

Respuesta: Unas 4.05 veces mayor.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Agua de 100 kg de hidrógeno?

    Ver la respuesta

    Unos 894 kg.

  2. ¿Energía volumétrica del queroseno?

    Ver la respuesta

    0.8 × 43 = 34.4 MJ/L.

  3. ¿Por qué pesan los depósitos de hidrógeno?

    Ver la respuesta

    Paredes criogénicas aisladas.

  4. ¿Cuándo es el hidrógeno bajo en carbono?

    Ver la respuesta

    Cuando se produce con energía limpia.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: El hidrógeno es ligero, así que los depósitos son pequeños.

    En realidad: Una densidad baja implica depósitos grandes.

  • Mito: Los aviones de hidrógeno no emiten nada.

    En realidad: Emiten vapor de agua, que puede formar estelas.

  • Mito: Todo el hidrógeno es verde.

    En realidad: La mayor parte hoy se produce a partir de gas fósil.

Tarjetas de estudio

  • LH₂

    Hidrógeno líquido.

  • Criogénico

    Almacenamiento muy frío.

  • Pila de combustible

    Fuente de energía electroquímica.

  • Electrólisis

    Separar el agua con electricidad.

  • Energía volumétrica

    Energía por volumen.

  • Hidrógeno verde

    Producido con energía limpia.

Cuestionario de autoevaluación

1. Relación de masas…

Ver la respuesta

2.79. 120/43.

2. MJ/L de LH₂…

Ver la respuesta

8.50. 70.8 × 0.12.

3. Relación de depósitos…

Ver la respuesta

≈ 4. 34.4/8.5.

4. Agua por kg de H₂…

Ver la respuesta

≈ 8.9 kg. 18.015/2.016.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

El Sustainable Flight National Partnership de la NASA abarca tecnologías avanzadas de vehículos, operaciones eficientes y combustibles de aviación sostenibles; esta unidad añade el hidrógeno como opción adicional, donde el volumen del depósito es el principal reto de diseño.

Los valores del hidrógeno en esta unidad son valores de libro, no cifras de la NASA.

En Saving Planets: Química General I · Termodinámica

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 9 · Semanas 12–13

Operaciones, ruido y calidad del aire

Rodaje y trayectorias eficientes, aritmética de decibelios, ruido aeroportuario, calidad del aire local y gasolina de aviación con plomo.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Estimar el ahorro de combustible en rodaje.
  • Sumar niveles sonoros en decibelios.
  • Aplicar la ley del inverso del cuadrado.
  • Explicar el problema del combustible con plomo.

Conceptos clave

  • Las operaciones importan: el rodaje con un motor, los descensos continuos y las trayectorias óptimas reducen el combustible con los aviones actuales.
  • Los decibelios se suman de forma logarítmica: dos fuentes iguales suenan 3 dB más, no el doble del número.
  • Al aire libre, el nivel sonoro baja unos 6 dB por cada duplicación de la distancia.
  • Los NOx, las partículas y el CO de los motores afectan a la calidad del aire cerca de los aeropuertos.
  • La EPA indica que la mayoría de los aviones que usan combustible con plomo son aviones de motor de pistón que llevan 2–10 pasajeros; los reactores comerciales no usan combustible con plomo.

Ecuaciones clave

L=10log⁡10∑10Li/10L=10\log_{10}\sum10^{L_i/10}
Suma de niveles sonoros
ΔL=20log⁡10(r2/r1)\Delta L=20\log_{10}(r_2/r_1)
Propagación esférica
mf=m˙ftm_f=\dot m_ft
Combustible usado
mCO2=3.16 mfm_{CO_2}=3.16\,m_f
CO₂ por kg de combustible (de libro)

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 9.1 ¿Dos fuentes de 80 dB juntas?

Ver los pasos
  1. 10 log₁₀(2 × 10⁸).

Respuesta: 83.0 dB.

Ejemplo 9.2 ¿Bajada de nivel al duplicar la distancia?

Ver los pasos
  1. 20 log₁₀ 2.

Respuesta: 6.02 dB.

Ejemplo 9.3 Rodar 10 minutos con un motor en lugar de dos a 0.1 kg/s cada uno (ejemplo). ¿Combustible y CO₂ ahorrados?

Ver los pasos
  1. 0.1 × 600 = 60 kg.
  2. 60 × 3.16.

Respuesta: 60 kg de combustible, unos 190 kg de CO₂.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Diez fuentes iguales de 70 dB?

    Ver la respuesta

    80 dB.

  2. ¿Bajada cuando la distancia se cuadruplica?

    Ver la respuesta

    12.0 dB.

  3. ¿Combustible de dos motores en 10 minutos?

    Ver la respuesta

    120 kg.

  4. ¿Qué aviones usan combustible con plomo (EPA)?

    Ver la respuesta

    Sobre todo aviones de motor de pistón.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Los decibelios se suman linealmente.

    En realidad: Se suman de forma logarítmica.

  • Mito: Las operaciones no pueden reducir emisiones.

    En realidad: Reducen el combustible ya hoy.

  • Mito: Los aviones comerciales queman combustible con plomo.

    En realidad: La EPA dice que los reactores comerciales no.

Tarjetas de estudio

  • Decibelio

    Medida logarítmica del sonido.

  • Ley del inverso del cuadrado

    La intensidad cae con r².

  • Rodaje con un motor

    Rodar con un solo motor.

  • Descenso continuo

    Descenso al ralentí sin tramos nivelados.

  • NOx

    Óxidos de nitrógeno.

  • Avgas

    Gasolina de aviación.

Cuestionario de autoevaluación

1. Two 80 dB…

Ver la respuesta

83.0 dB. +3 dB.

2. Duplicar la distancia…

Ver la respuesta

−6.02 dB. 20 log 2.

3. CO₂ ahorrado en rodaje…

Ver la respuesta

≈ 190 kg. 60 × 3.16.

4. Usuarios de combustible con plomo…

Ver la respuesta

aviones de pistón. EPA.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La EPA indica que la mayoría de los aviones que funcionan con combustible con plomo son aviones de motor de pistón, que suelen llevar 2–10 pasajeros, y que los reactores de transporte comercial no usan combustible con plomo.

La EPA ha emitido una determinación final de que las emisiones de plomo de ciertos motores de aviación ponen en peligro la salud y el bienestar públicos, lo que obliga a la EPA y la FAA a fijar normas.

En Saving Planets: Soluciones · Actuaciones de aeronaves

Fuentes: U.S. EPA: Regulations for lead emissions from aircraft

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

Unidad 10 · Semanas 14–15

Trayectorias hacia las cero emisiones netas

Crecimiento del tráfico, eficiencia, SAF, nuevos aviones y compensaciones combinados en escenarios hacia 2050.

Objetivos de aprendizaje

Al terminar esta unidad podrás:

  • Proyectar el crecimiento del tráfico.
  • Combinar reducciones de forma multiplicativa.
  • Construir un escenario sencillo por cuñas.
  • Analizar instrumentos de política.

Conceptos clave

  • Emisiones = tráfico × energía por unidad de tráfico × carbono por energía.
  • El crecimiento se compone: un 3% anual duplica el tráfico en unos 24 años (tasa de ejemplo).
  • Las reducciones se multiplican: (1 − mejora de eficiencia) × (1 − ahorro de ciclo de vida del SAF).
  • Las emisiones restantes requieren nuevos aviones, más SAF o absorciones.
  • El DOE señala que el CORSIA de la OACI limita el CO₂ neto de la aviación internacional a los niveles de 2020 hasta 2035.

Ecuaciones clave

E=T×MJT×CO2MJE=T\times\frac{MJ}{T}\times\frac{CO_2}{MJ}
Identidad de emisiones
Tn=T0(1+g)nT_n=T_0(1+g)^n
Crecimiento del tráfico
E′=E(1−a)(1−b)E^\prime=E(1-a)(1-b)
Reducciones combinadas
n2=ln⁡2ln⁡(1+g)n_2=\frac{\ln2}{\ln(1+g)}
Tiempo de duplicación

Ejemplos resueltos paso a paso

Ejemplo 10.1 El tráfico crece un 3% anual de 2026 a 2050 (ejemplo). ¿Factor de crecimiento?

Ver los pasos
  1. 1.03²⁴.

Respuesta: 2.03.

Ejemplo 10.2 Con una mejora de eficiencia del 25%, ¿emisiones respecto a hoy?

Ver los pasos
  1. 2.033 × 0.75.

Respuesta: 1.52.

Ejemplo 10.3 Añade SAF con un ahorro de ciclo de vida del 50% en toda la flota.

Ver los pasos
  1. 1.525 × 0.5.

Respuesta: 0.762, aún el 76% del nivel actual.

Problemas de práctica

Resuelve cada uno primero en papel y luego comprueba.

  1. ¿Tiempo de duplicación al 3%?

    Ver la respuesta

    23.4 años.

  2. ¿Ahorro necesario para pasar de 0.762 a 0?

    Ver la respuesta

    Todo el resto: nuevos aviones, más SAF y absorciones.

  3. ¿Años de 2026 a 2050?

    Ver la respuesta

    24.

  4. ¿Qué limita el CORSIA?

    Ver la respuesta

    El CO₂ neto de la aviación internacional a los niveles de 2020 hasta 2035.

Ideas erróneas comunes

  • Mito: Las reducciones se suman.

    En realidad: Se multiplican.

  • Mito: La eficiencia sola alcanza las cero emisiones netas.

    En realidad: El crecimiento la supera.

  • Mito: Las compensaciones reducen las emisiones en el motor.

    En realidad: Compensan en otro lugar.

Tarjetas de estudio

  • Cero emisiones netas

    Emisiones equilibradas con absorciones.

  • Cuña

    Porción de un plan de reducción.

  • CORSIA

    Mecanismo de compensación de la OACI.

  • Crecimiento del tráfico

    Aumento de pasajeros-km.

  • Absorción

    Retirar CO₂ del aire.

  • Escenario

    Conjunto coherente de supuestos.

Cuestionario de autoevaluación

1. Factor de crecimiento…

Ver la respuesta

2.03. 1.03²⁴.

2. Con eficiencia…

Ver la respuesta

1.52. × 0.75.

3. Con SAF también…

Ver la respuesta

0.762. × 0.5.

4. Año objetivo de cero netas…

Ver la respuesta

2050. NASA.

Cómo ayuda esto a salvar el planeta

La NASA indica que su Sustainable Flight National Partnership trabaja con la industria, el mundo académico y otras agencias hacia el objetivo del sector aéreo de cero emisiones netas de carbono para 2050.

El DOE señala que el CORSIA de la OACI limita el CO₂ neto de la aviación internacional a los niveles de 2020 hasta 2035.

En Saving Planets: Soluciones · Capstone Design

Fuentes: NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership · U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Recursos de aprendizaje gratuitos

Volver arriba

El laboratorio (Sustainable aviation lab)

El laboratorio es la parte práctica del curso. Aquí es gratuito y solo para practicar, sin créditos.

Cada práctica se hace en una hoja de cálculo o una simulación gratuita, así que no hay riesgos de combustible, baterías ni hidrógeno. No manipules combustibles, baterías ni gases a presión en este curso. Haz pausas de pantalla, siéntate con buena postura y mantén los cables fuera de las zonas de paso.

Referencia de seguridad: OSHA: Walking-working surfaces (slip, trip and fall hazards)

Práctica A: Calculadora de CO₂ de un vuelo

Semana 1

Objetivo: Construye una hoja de cálculo que convierta el combustible quemado en CO₂ y CO₂ por pasajero-km.

m=9.75Vm=9.75V
Factor de la EIA

Procedimiento

  1. Introduce el combustible en galones para tres vuelos de ejemplo.
  2. Calcula el CO₂ con los 9.75 kg/gal de la EIA.
  3. Divide entre pasajeros × km.
  4. Compara vuelos cortos y largos.

Tabla de datos

Combustible (gal)CO₂ (kg)
10009750
500048,750
20,000195,000

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 5000 × 9.75 = 48,750 kg.
  2. 20,000 × 9.75 = 195,000 kg.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients

Vínculo con el planeta: EIA: 9.75 kg de CO₂ por galón de queroseno. U.S. EIA: Carbon dioxide emissions coefficients

Práctica B: L/D y consumo de combustible

Semana 4

Objetivo: Observa cómo la relación sustentación/resistencia cambia el combustible para un viaje de 3000 km.

Wf/Wi=1−e−Rc/(V L/D)W_f/W_i=1-e^{-Rc/(V\,L/D)}
Fracción de combustible

Procedimiento

  1. Introduce R = 3000 km, V = 230 m/s, c = 0.6 /h.
  2. Calcula la fracción de combustible para L/D = 15, 17 y 20.
  3. Calcula el ahorro respecto a L/D = 17.
  4. Añade los efectos del alargamiento sobre la resistencia inducida.

Tabla de datos

L/DFracción de combustible
150.135
170.120
200.103

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 1 − e^(−0.1449) = 0.135.
  2. 1 − e^(−0.1087) = 0.103.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Vínculo con el planeta: El demostrador X-plane de la NASA prueba un diseño aerodinámico ultraeficiente. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Práctica C: Explorador de eficiencia propulsiva

Semana 5

Objetivo: Calcula la eficiencia propulsiva y global para varias velocidades de escape.

ηp=2/(1+Ve/V0)\eta_p=2/(1+V_e/V_0)
Rendimiento propulsivo

Procedimiento

  1. Introduce V₀ = 230 m/s y η_th = 0.5.
  2. Calcula η_p para V_e = 400, 350 y 300 m/s.
  3. Calcula la eficiencia global.
  4. Relaciónala con la relación de derivación.

Tabla de datos

V_e (m/s)η_pη_o
4000.7300.365
3500.7930.397
3000.8680.434

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 2/(1 + 350/230) = 0.793.
  2. 0.5 × 0.793 = 0.397.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Vínculo con el planeta: NASA: Hybrid Thermally Efficient Core desarrolla núcleos de turbina de alta densidad de potencia. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Práctica D: Calculadora de mezclas de SAF

Semana 7

Objetivo: Calcula el ahorro de ciclo de vida para distintas mezclas y reducciones del SAF.

s=b×rs=b\times r
Ahorro de la mezcla

Procedimiento

  1. Introduce mezclas del 10%, 30% y 50%.
  2. Introduce una reducción de ciclo de vida del SAF del 50% y luego del 80%.
  3. Calcula el ahorro y el CO₂ ahorrado por cada 1000 galones.
  4. Compara con los objetivos del Grand Challenge.

Tabla de datos

MezclaAhorro con r = 50%kg de CO₂ ahorrados por 1000 gal
10%5%487.5
30%15%1462.5
50%25%2437.5

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 0.3 × 0.5 = 15%.
  2. 9750 × 0.25 = 2437.5 kg.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Vínculo con el planeta: DOE: el SAF puede mezclarse del 10% al 50% según la vía. U.S. DOE Alternative Fuels Data Center: Sustainable aviation fuel

Práctica E: Alcance de un avión eléctrico

Semana 10

Objetivo: Calcula el alcance eléctrico con baterías para varias densidades energéticas.

R=(eη/g)(L/D)(mb/m)R=(e\eta/g)(L/D)(m_b/m)
Alcance eléctrico

Procedimiento

  1. Introduce η = 0.8, L/D = 15, fracción de batería 0.3.
  2. Calcula el alcance para 250, 400 y 500 Wh/kg.
  3. Compara con una ruta regional de 300 km.
  4. Cambia la fracción de batería.

Tabla de datos

e (Wh/kg)Alcance (km)
250330
400529
500661

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 400 × 3600 × 0.8/9.80665 × 15 × 0.3 = 529 km.
  2. 500 Wh/kg duplican el alcance de 250 Wh/kg.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

MIT OpenCourseWare 16.885J Aircraft Systems Engineering (Fall 2004), Lecture 8: Environmental Factors

Vínculo con el planeta: NASA: la propulsión electrificada puede reducir el uso de combustible y energía. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Práctica F: Modelo de cuñas hacia cero emisiones netas

Semana 14

Objetivo: Explora el calentamiento en PhET Greenhouse Effect y luego construye un escenario de aviación 2026–2050.

E=(1+g)n(1−a)(1−b)E=(1+g)^n(1-a)(1-b)
Emisiones del escenario

Procedimiento

  1. En PhET Greenhouse Effect, añade gases de efecto invernadero y observa cómo responde la temperatura.
  2. Introduce un crecimiento del tráfico del 3% durante 24 años.
  3. Aplica una mejora de eficiencia del 25% y un ahorro de SAF del 50%.
  4. Halla la tasa de crecimiento con la que ambas medidas mantienen las emisiones estables.

Tabla de datos

CasoEmisiones frente a hoy
Solo crecimiento2.03
+ eficiencia1.52
+ SAF0.762

Valores de ejemplo calculados.

Cálculo de ejemplo

  1. 1.03²⁴ = 2.033.
  2. 2.033 × 0.75 × 0.5 = 0.762.

Seguridad

  • Solo ordenador.

Alternativa en casa o virtual

  • Sirve cualquier hoja de cálculo.

PhET: Greenhouse Effect

Vínculo con el planeta: NASA: el objetivo del sector aéreo es cero emisiones netas de carbono para 2050. NASA Aeronautics: Sustainable Flight National Partnership

Volver arriba

Series de práctica para exámenes

Cronométrate: unos 10 minutos por problema. Luego compara con las soluciones completas.

Ejercicios de práctica para el parcial (unidades 1–5)

  1. ¿CO₂ de 2000 galones de queroseno?

    Ver la solución completa
    1. 2000 × 9.75.

    Respuesta: 19,500 kg.

  2. ¿g de CO₂ por pasajero-km para 19500 kg, 150 pasajeros, 1000 km?

    Ver la solución completa
    1. 19,500,000/150,000.

    Respuesta: 130 g.

  3. ¿Fracción de combustible para 3000 km con L/D = 15 (valores de la unidad 3)?

    Ver la solución completa
    1. 1 − e^(−0.1449).

    Respuesta: 0.135.

  4. ¿η_p con V₀ = 250, V_e = 350 m/s?

    Ver la solución completa
    1. 2/(1 + 1.4).

    Respuesta: 0.833.

  5. ¿Ahorro de una mezcla al 40% con un 70% de reducción de ciclo de vida?

    Ver la solución completa
    1. 0.4 × 0.7.

    Respuesta: 28%.

Serie final de práctica (unidades 1–10)

  1. ¿Cristales de hielo tras un recorte del 60% desde 10¹⁵ por kg?

    Ver la solución completa
    1. 10¹⁵ × 0.4.

    Respuesta: 4 × 10¹⁴ por kg.

  2. ¿Alcance eléctrico con 300 Wh/kg (valores de la unidad 7)?

    Ver la solución completa
    1. 330.4 × 1.2.

    Respuesta: Unos 396 km.

  3. ¿Volumen de hidrógeno líquido para 1000 MJ?

    Ver la solución completa
    1. 1000/8.50.

    Respuesta: 118 L.

  4. ¿Tres fuentes iguales de 75 dB?

    Ver la solución completa
    1. 75 + 10 log₁₀ 3.

    Respuesta: 79.8 dB.

  5. ¿Factor de crecimiento al 2% durante 24 años?

    Ver la solución completa
    1. 1.02²⁴.

    Respuesta: 1.61.

  6. ¿Emisiones frente a hoy con un 2% de crecimiento, un 25% de eficiencia y un 50% de SAF?

    Ver la solución completa
    1. 1.608 × 0.75 × 0.5.

    Respuesta: 0.603.

Volver arriba

Hoja de fórmulas

mCO2=9.75Vgal, mCO2=3.16mfm_{CO_2}=9.75V_{gal},\ m_{CO_2}=3.16m_f
CO2/pkm=mCO2/(npaxd)\text{CO}_2/\text{pkm}=m_{CO_2}/(n_{pax}d)
Wf/Wi=1−e−Rc/(V L/D), CDi=CL2/(πeAR)W_f/W_i=1-e^{-Rc/(V\,L/D)},\ C_{D_i}=C_L^2/(\pi eAR)
ηp=2/(1+Ve/V0), ηo=ηthηp\eta_p=2/(1+V_e/V_0),\ \eta_o=\eta_{th}\eta_p
s=b rs=b\,r
N=EI mf, N′=N(1−r)N=EI\,m_f,\ N^\prime=N(1-r)
R=(eη/g)(L/D)(mb/m)R=(e\eta/g)(L/D)(m_b/m)
ev=ρem, mH2O=8.94mH2e_v=\rho e_m,\ m_{H_2O}=8.94m_{H_2}
L=10log⁡10∑10Li/10, ΔL=20log⁡10(r2/r1)L=10\log_{10}\sum10^{L_i/10},\ \Delta L=20\log_{10}(r_2/r_1)
E=(1+g)n(1−a)(1−b)E=(1+g)^n(1-a)(1-b)

Constantes

ConstanteValor
Gravedad estándarg = 9.80665 m/s²
CO₂ del queroseno (EIA)9.75 kg de CO₂ por galón (21.50 lb)
Poder calorífico del queroseno (valor de libro)43 MJ/kg
Poder calorífico del hidrógeno (valor de libro)120 MJ/kg
Densidad del hidrógeno líquido (valor de libro)70.8 kg/m³
Galón3.785411784 L

Fuente: NIST: CODATA value, standard acceleration of gravity

Volver arriba

Textos y fuentes gratuitos

Usa estas clases, páginas de datos y simulaciones gratuitas junto con el curso.

Volver arriba

Glosario

Alargamiento
Envergadura al cuadrado entre superficie alar.
Avgas
Gasolina de aviación para motores de pistón.
Límite de mezcla
Cuota máxima de SAF en el queroseno.
CORSIA
Mecanismo de compensación de carbono de la OACI.
Estela de condensación
Estela de condensación formada por cristales de hielo.
Decibelio
Medida logarítmica del sonido.
Propulsión electrificada
Potencia eléctrica o híbrida para aviones.
Factor de emisión
CO₂ por unidad de combustible.
Intensidad energética
Energía por pasajero-km.
Resistencia inducida
Resistencia causada por la sustentación.
Emisiones de ciclo de vida
CO₂ del pozo a la estela.
Hidrógeno líquido
Hidrógeno criogénico como combustible.
Factor de carga
Pasajeros entre asientos.
Cero emisiones netas
Emisiones equilibradas con absorciones.
Efectos no CO₂
Calentamiento por estelas, NOx y partículas.
Pasajero-km
Un pasajero transportado un km.
Rendimiento propulsivo
Parte de la potencia del chorro que produce empuje.
SAF
Combustible sostenible de aviación.
Hollín
Partículas de carbono en el escape.
Energía específica
Energía por unidad de masa.

Volver arriba

Rúbrica de autoevaluación

No se otorga nota ni crédito. Úsala para valorar con honestidad dónde estás en cada unidad.

NivelCómo se ve
4 · DominioContabiliza los efectos del CO₂ y no CO₂ con unidades y referencias correctas, combina bien las reducciones y explica con palabras sencillas los compromisos entre opciones.
3 · CompetenteResuelve las series de práctica y de examen con pequeños errores y comprueba las unidades.
2 · En desarrolloSigue los ejemplos resueltos pero confunde el CO₂ de combustión y el de ciclo de vida, o suma las reducciones en lugar de multiplicarlas.
1 · InicialCita ahorros sin referencias ni unidades; necesita repasar las unidades.

Ponderación sugerida si quieres una nota

PartePeso
Problemas de práctica20%
Prácticas25%
Serie de práctica de mitad de curso25%
Serie de práctica final30%

Apunta al nivel 3 o superior en cada unidad antes de pasar al siguiente curso.

Volver arriba

Ayudar / Donar