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23 ene 2016

MOTOR TURBOFÁN O MOTOR TURBOEJE

MOTOR TURBOFÁN O MOTOR TURBOEJE

En esta entrada hablaremos de los dos tipos de motores más utilizados para propulsar a los aviones comerciales. En el mundo de la aviación una de las relaciones más importantes en cuanto a la elección de planta propulsora es la relación empuje/peso. Durante los comienzos de la aviación se utilizó el motor alternativo acoplado a una hélice pero, conforme fueron aumentando las dimensiones de los aviones y, con ello, su peso, se necesitaban mayor potencia para lograr la fuerza necesaria para sustentar el avión.

 

Pratt & Whitney R-4360-20

Fig.1  Pratt & Whitney R-4360-20

Con la aparición de los aerorreactores se salvaron las limitaciones de los motores alternativos ya que la relación entre potencia y peso de ellos es superior al motor alternativo, además de eliminar otras limitaciones del motor alternativo.

 

Turbofán Pratt & Whitney F-100

Fig.2 Turbofán Pratt & Whitney F-100 en un banco de pruebas

(vídeo motor alternativo)

 (vídeo P&W F-100 con postcombustor)

Fue alrededor de 1960 cuando el auge de los aerorreactores relegó el uso de los motores de combustión interna a aviones de pequeñas dimensiones. Este tipo de motores han tenido poco desarrollo desde entonces.

Si alguna vez habéis realizado vuelos nacionales es posible que os hayáis encontrado con un avión de “hélices”, el típico comentario de inseguridad entre algún pasajero mientras enfilaban las escaleras de acceso. ¿Por qué ese miedo infundado a volar en los aviones propulsados por turbohélice?

Actualmente la aviación comercial utiliza dos tipos de motor a reacción: turbohélice o turbofan. Una de las razones que quizás pueda darse a entender, es la confusión entre hélice propulsada por motor alternativo, típica configuración en avionetas, y la propulsada por un turborreactor. El motor alternativo tiene ciertos problemas de rendimiento a mayores altitudes que ha propiciado que, actualmente, su uso, haya quedado relegado a aviones ultraligeros (ULM), que no alcanzan grandes altitudes.

Motor turbofan

Motor turbohélice

Tras visualizar los vídeos anteriores se puede observar que la configuración tanto del turbohélice como del turbofan es similar, procedamos a desarrollar las diferencias.

En un turbofan existen dos tipos de flujos de aire :

Flujo de aire caliente o flujo primario, que atraviesa el motor recorriendo el compresor cámara de combustión, turbina y tobera.

Flujo de aire frío o flujo secundario, el cual es comprimido por el fan pero no es mezclado con combustible; en configuraciones de alto índice de derivación, como en el del vídeo, es responsable del 80% del empuje generado por el motor. El índice de derivación no es más que el cociente entre la masa de aire del flujo secundario (gasto del flujo secundario) entre la del flujo primario (gasto del flujo primario) es decir, cantidad de aire del flujo secundario que atraviesa el fan por segundo entre la cantidad de aire por segundo del flujo primario. En los motores de aviación comercial se utilizan motores de alta derivación. Un ejemplo de motor de baja derivación es el que se observa en la Fig.2 que además lleva un postcombustor que le otorga mayor potencia aunque a costa de un consumo de combustible superior.

El empuje de un turbofan se obtiene al dotar al aire que lo atraviesa de mayor energía, aumentando la velocidad a la salida del turbofan que impulsa a la aeronave al expulsar por la tobera aire a gran velocidad (principio básico de una acción y reacción).

turbofan3

Fig.3 Esquema de un turbofan

Tiene varias ventajas respecto a los turbojet, motores predecesores a los turbofan, consumen menos combustible y aportan mayor empuje con el mismo consumo que un turbojet, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental, poseen también un mayor rendimiento.

En un tubohélice el empuje se genera por una hélice, la energía dada al flujo de aire que circula por su interior se extrae mediante las turbinas que los casos del turbohélice tienen más etapas. Las turbinas producen la potencia necesaria para hacer girar el eje del compresor y el eje acoplado a la caja reductora, necesaria para disminuir las revoluciones a las óptimas para el rendimiento de la hélice. Los gases de salida tienen una velocidad muy baja respecto a los del turbofan. No suponen gran porcentaje del empuje del motor

motor turbohélice

Fig.4 Esquema de un turbohélice

La elección de una planta propulsora depende de la performance de la aeronave, bajo diversas condiciones la elección del turbohélice puede ser más acertada que el turbofan. Este tipo de aviones son especialmente eficientes y económicos cuando se utilizan para el transporte de pasajeros en vuelos de corta duración

Relación de consumo específico distintos propulsores

Fig.5 Relación de consumo específico distintos propulsores

Se denomina consumo específico al cociente entre consumo de masa de combustible y el empuje proporcionado por el motor, del esquema podemos observar que el del turbofan es superior, lo que hace que en vuelos de corto alcance donde no es necesario alcanzar grandes velocidades se opte por el turbohélice, con un consumo inferior a misma una velocidad que un turbofan. Ésta es una de las razones del uso de los turbohélices, en vuelos de corto alcance como vuelos de Sevilla a Tenerife o Almería a Tánger.

 

Para finalizar son numerosos los test que se realizan a un motor antes de su certificación para vuelo, realizan numerosos ensayos donde simulan distintos fenómenos a los que se pueda enfrentar el motor durante un vuelo, pero sin duda uno de los más curiosos es el Bird Ingestion Test, en dicho ensayo se lanza una carcasa de ave para comprobar que el motor sigue operativo tras el impacto de un ave en vuelo a pesar del deterioro que haya producido.

Engine Tests

BIBLIOGRAFÍA

-https://cielus.wordpress.com/turbina-tipo-turbofan/

-www.takeoffbriefing.com

 

AUTOR: ANTONIO SEGURA VALVERDE

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