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Turborreactor frente a turbofán
Todos los aviones comerciales diseñados en los últimos 40 años (salvo los de menos de una docena de pasajeros) llevan motores de turbina de gas, ya sean turbofanes o turbohélices. 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.
Motor de turborreactor
No es ningún secreto que la mayoría de los aviones funcionan con combustible. Aunque se han hecho avances en el campo de las energías alternativas, la mayoría de los aviones, tanto privados como comerciales, funcionan con combustible. Queman combustible dentro de las cámaras de combustión de sus motores para generar propulsión. Sin embargo, los aviones no utilizan el mismo combustible que los coches, camiones y otros automóviles. Requieren un tipo específico de combustible para maximizar el rendimiento y la eficiencia.
Con la excepción de los aviones de pistón, la mayoría de los aviones utilizan combustible de queroseno. Existen varias fórmulas diferentes, la más común de las cuales es el Jet A-1. También conocido como JP-1A, se utiliza en la mayoría de los aviones con motor a reacción. El Jet A-1 consiste principalmente en queroseno con una pequeña concentración de aditivos. Estos aditivos sirven como conservantes que protegen los motores a reacción de los daños.
Los aviones utilizan combustible de queroseno por varias razones. En primer lugar, el queroseno se considera menos volátil que la gasolina tradicional. Tiene un punto de inflamación de aproximadamente 100 grados Fahrenheit, lo que significa que el queroseno no se enciende hasta que se expone a temperaturas superiores a 100 grados Fahrenheit. Al mismo tiempo, el queroseno tiene un punto de congelación más bajo que la gasolina. El queroseno no se congelará hasta que su temperatura descienda a menos 22 grados Fahrenheit.
Motor en línea para aviones
El motor de compresor centrífugo se utilizó en muchos de los primeros motores a reacción, el nivel de eficiencia del compresor centrífugo de una etapa es relativamente bajo. Los compresores multietapa son algo mejores, pero todavía no se equiparan a los compresores de flujo axial.
Algunos pequeños motores modernos de turbohélice y turboeje consiguen buenos resultados utilizando una combinación de compresor de flujo axial y centrífugo, como el PT6 Pratt and Whitney de Canadá, muy popular en el mercado actual, y el motor T53 Lycoming.
Para obtener un empuje aceptable, la turbina del turborreactor está diseñada para extraer sólo la potencia suficiente de la corriente de gas caliente para accionar el compresor y los accesorios. Toda la fuerza de propulsión (100% del empuje )
el compresor , los accesorios y la carga de la hélice. El eje sobre el que está montada la turbina impulsa la hélice a través del sistema de reducción de la hélice . Aproximadamente el 90% del empuje proviene de la hélice y alrededor de
o por una turbina independiente situada en la parte trasera de la turbina de accionamiento del compresor . El aire del ventilador puede salir por separado del aire del motor primario , o puede ser canalizado de nuevo para mezclarse con el aire del primario en la parte trasera .
Primer motor a reacción
Como la referencia de la gente es muy a menudo su automóvil, a la gente le gusta comparar la potencia de un motor de automóvil con la de un motor de avión. En este blog intentaré explicar por qué esta comparación no tiene sentido. ¿Cómo expresamos la potencia o el empuje (como se denomina en este caso) de un motor de turbina de gas utilizado para la propulsión de aviones?
En el sector de la automoción y en la aviación ligera se utilizan motores de pistón. Estos motores, a diferencia de los motores de las grandes aeronaves comerciales, producen la potencia generada en el cigüeñal, donde se fijan los pistones.
Con un motor de pistón utilizado en un coche, el cigüeñal está conectado a la cadena cinemática que mueve las ruedas. Y con un motor de pistón utilizado para la propulsión de aviones, el cigüeñal impulsa la hélice. En el caso de un motor turbofán, el cigüeñal actúa como el ventilador. La potencia de un motor de pistón se expresa en vatios o, antiguamente, en caballos. 1 caballo de potencia equivale a 746 vatios.
En un motor a reacción el aire se aspira en la entrada. Después se comprime en el compresor a alta presión y se mezcla con el combustible en la cámara de combustión. Los gases calientes fluyen hacia atrás a través del sistema de turbinas. Esto impulsa el sistema del compresor y el aire sale del motor al final a través del sistema de escape.
