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Fórmula de poder del chorro de agua
Un motor de chorro es un motor de reacción -es decir, un motor que proporciona propulsión o empuje expulsando una masa de reacción- y funciona de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton: “Para toda acción (fuerza) hay una reacción (fuerza) igual y opuesta”.
La mayoría de los motores a reacción utilizados en la aviación son motores de turbina de gas de flujo axial con respiración de aire. Una turbina de gas es un motor rotativo que extrae energía de un flujo de gases de combustión. El aire ambiente se introduce en la admisión del motor, donde un compresor axial o centrífugo (o ambos) aumenta la presión y la temperatura del aire antes de introducirlo en la cámara de combustión. En la cámara de combustión, el combustible se añade al aire caliente y comprimido y se enciende. Una vez que se ha producido la ignición, ésta se mantiene por sí misma, ya que el flujo constante de aire y combustible proporciona una combustión continua. Una corriente de escape de alta energía (masa de reacción), producida por la combustión de la mezcla de combustible y aire, sale de la cámara de combustión pasando por una o más turbinas que sirven para impulsar el compresor o los compresores. El gas de escape restante se expulsa a través de una tobera proporcionando empuje (fuerza) para propulsar la aeronave hacia adelante.
Motor turbofán
Los motores de turbina de gas han recorrido un largo camino desde 1903. Ese fue el primer año en que una turbina de gas produjo suficiente potencia para mantenerse en funcionamiento. El diseño fue realizado por el inventor noruego Aegidus Elling, y producía 11 caballos de potencia, lo cual era una hazaña enorme en aquella época.
Hoy en día, hay motores de turbina de gas de todas las formas y tamaños, y la mayoría de ellos producen mucho más de 11 caballos de potencia. A continuación te presentamos los 4 tipos principales de motores de turbina, así como los pros y los contras de cada uno.
Los motores turborreactores fueron el primer tipo de motor de turbina de gas inventado. Y aunque su aspecto es completamente diferente al del motor alternativo de tu coche o avión, funcionan con la misma teoría: admisión, compresión, potencia, escape.
La entrada de aire es esencialmente un tubo delante del motor. La toma de aire puede parecer simple, pero es increíblemente importante. El trabajo de la admisión es dirigir suavemente el aire hacia las palas del compresor. A bajas velocidades, tiene que minimizar la pérdida de flujo de aire en el motor, y a velocidades supersónicas, tiene que ralentizar el flujo de aire por debajo de Mach 1 (el aire que entra en un turborreactor tiene que ser subsónico, independientemente de la velocidad a la que vuele el avión).
Empuje y relación de fuerzas
Todos los aviones comerciales diseñados en los últimos 40 años (salvo los aviones con menos de una docena de pasajeros) llevan motores de turbina de gas, ya sean turbofán o turbohélice. Por lo tanto, cualquier debate sobre la reducción de las emisiones de carbono de los aviones comerciales deberá tener en cuenta el potencial de mejora de los motores de turbina de gas. Para ello, en este capítulo se describe el estado actual de los motores de aviación, se analiza el potencial de mejora de las turbinas de gas en las próximas tres décadas y sus limitaciones, y se sugieren direcciones de investigación para lograr dicha mejora. A menos que se indique lo contrario, el análisis de este capítulo se refiere a los motores de turbina de gas para grandes aviones comerciales, tal y como se explica en el capítulo 1.
En esta discusión, el motor se refiere al dispositivo que convierte la energía del combustible en potencia en el eje y la potencia en el eje en potencia de propulsión. En las implementaciones actuales, los motores están muy integrados y adoptan la forma de un motor turbofán o de un motor turbohélice con hélice. En un turbofán moderno (véase la figura 3.1), el ventilador aspira aire a través de la entrada, el 80-90% del cual se expulsa a través de la tobera del ventilador para proporcionar la mayor parte del empuje producido por el motor. El resto del aire del ventilador se presuriza en el compresor y se utiliza (1) para la refrigeración o (2) se mezcla con el combustible y se quema en la cámara de combustión. Los gases de escape de la cámara de combustión pasan por la turbina, generando la energía mecánica que hace girar el eje que acciona el ventilador y el compresor. Los gases que salen de la turbina pasan por la tobera de escape a gran velocidad, lo que proporciona un empuje adicional. Un turbohélice es más simple en su diseño, aunque similar en su concepto a un turbofán, siendo la principal diferencia que un turbohélice utiliza una hélice en aire libre para producir empuje en lugar de un ventilador en una góndola.
Conversión de empuje a potencia
Un motor a reacción es un tipo de motor de reacción que descarga un chorro de movimiento rápido que genera empuje por propulsión a chorro. Aunque esta amplia definición puede incluir la propulsión por cohetes, por chorro de agua e híbrida, el término motor a reacción suele referirse a un motor a reacción de combustión interna que respira aire, como un turborreactor, un turbofán, un ramjet o un chorro de pulso[1] En general, los motores a reacción son motores de combustión interna.
Los motores a reacción de respiración de aire suelen tener un compresor de aire giratorio accionado por una turbina, y la energía sobrante proporciona empuje a través de la tobera de propulsión; este proceso se conoce como ciclo termodinámico de Brayton. Los aviones a reacción utilizan este tipo de motores para los viajes de larga distancia. Los primeros aviones a reacción utilizaban motores turborreactores que eran relativamente ineficaces para el vuelo subsónico. La mayoría de los aviones a reacción subsónicos modernos utilizan motores turbofán de alta derivación más complejos. Proporcionan una mayor velocidad y una mayor eficiencia en el consumo de combustible que los motores de pistón y de hélice en distancias largas. Unos pocos motores de respiración de aire fabricados para aplicaciones de alta velocidad (ramjets y scramjets) utilizan el efecto ram de la velocidad del vehículo en lugar de un compresor mecánico.
