El Maquinante: TURBORREACTORES Introducción

jueves, 14 de febrero de 2019

TURBORREACTORES Introducción

LOS TURBORREACTORES, REACTORES AERONÁUTICOS O AERORREACTORES

Turborreactor y sus partes.

• Los Reactores Aeronúticos o Aerorreactores
• Clasificación de los Reactores Aeronúticos o Aerorreactores
• Motores de Turbina ( turborreactores, turbohélices, turbo-fan y turboejes)

INTRODUCCIÓN A LOS TURBOMOTORES
Una vez que el avión se ha separado del suelo, la única forma razonable de obtener empuje es empujar aire o cualquier otra cosa hacia atrás y contar con la reacción para empujar el avión hacia delante ( Principio de Acción y Reacción de la Física - 3ª Ley de Newton ). Esto es, en efecto, lo que se hace, y para ahorrar complicaciones se suele usar el mismo sistema mientras el avión está todavía en tierra, aunque es preciso admitir que no es un sistema eficaz para este fin.

Acción y reacción aplicados a una aeronave.

El EMPUJE es la fuerza que se opone a la resistencia al avance y que hace que el avión se desplace.
En el vuelo horizontal el empuje debe ser igual a la resistencia al avance, para acelerar el avión ha de ser mayor que dicha resistencia y en la subida también debe ser mayor porque tendrá que soportar en alguna proporción el peso del avión.
El proveedor de empuje, de cualquier clase que sea, debe recibir energía. Esta generalmente, será en forma de combustible, que se suministra a alguna clase de " MOTOR " donde, al quemarse, su energía química se transforma en energía térmica, la cual, a su vez, se convierte en trabajo mecánico realizado al impulsar el avión contra la resistencia al avance.

Turborreactor en un banco de pruebas.

El nacimiento del MOTOR DE REACCIÓN a finales de la década de 1930 significó una revolución en la aviación. Por entonces, algunos aviones dotados con motores alternativos ( de pistón ) de elevada potencia volaban a velocidades que superaban los 700 Km/h, pero a costa de quemar gran cantidad de combustible. Los motores a reacción alcanzaban estas velocidades con tanta facilidad que, a comienzos de los años setenta, hasta los enormes aviones de pasajeros de las líneas regulares conseguían mejores velocidades y algunos reactores militares volaban a 2.500 Km/h, más del doble de la velocidad del sonido. Hoy casi todos los aviones de pasajeros, la mayor parte de los aviones militares y muchos aviones de ejecutivos funcionan con alguno de los diferentes modelos de motores de reacción.
Los MOTORES DE REACCIÓN se distinguen de otros motores usados en aviación con otras formas de propulsión en que la MASA DE GAS sale del mismo motor, es decir, del interior del objeto propulsado.

Los MOTORES A REACCIÓN se dividen en MOTORES COHETE y en AERORREACTORES, siendo estos últimos en los que nos centraremos por ser los más extendidos en la actual aviación civil y militar. Los MOTORES COHETE son utilizados más extensamente en el sector espacial (lanzadores, satélites, etc.) y se diferencian de los AERORREACTORES en que no utilizan el aire (oxígeno) como oxidante del combustible por ser motores que van a trabajar fuera de la atmósfera, por tanto los MOTORES COHETE llevan a bordo el combustible y el oxidante necesario para realizar la combustión.

Después de la Segunda Guerra Mundial, en Inglaterra, se comienza con los estudios de para adaptar este tipo de motores para la propulsión naval, por lo que se instala el primer turborreactor para propulsar un buque en el Petrolero Auris.

Es decir, la primera turbina de gas marinizada entró en servicio en 1951 en este buque, y completó una vida útil de cinco años casi sin fallas. En la actualidad, el uso de turborreactores y turboejes marinizados para la propulsión marina está generalizado especialmente en buques de combate. El estudio de los turborreactores navales lo desarrollaremos como Materia Específica del Programa de Estudios.

Petrolero "Auris" en navegación.

LOS REACTORES AERONÁUTICOS O AERORREACTORES

Turbofan.

Son MOTORES DE REACCIÓN autónomos en el sentido de que necesitan captar el aire atmosférico para la combustión. El combustible se porta en el avión pero el oxidante se debe captar de la atmósfera. Es claro que el vuelo de estos motores está supeditado a altitudes donde exista oxígeno.

Clasificación de los REACTORES AERONÁUTICOS

Nos centramos dentro de los REACTORES AERONÁUTICOS en los MOTORES DE COMPRESIÓN MECÁNICA ( MOTORES DE TURBINA ) que son los más extensamente utilizados.

👉MOTORES DE TURBINA
Como hemos visto en la clasificación anterior, forman parte de los AERORREACTORES, y forman este grupo los turborreactores, turbohélices, turbó fan y turbo eje.
Todos los motores de este grupo tienen en común : EL COMPRESOR, LA CÁMARA DE COMBUSTIÓN y LA TURBINA DE EXPANSIÓN, a todo este conjunto se le suele denominar GENERADOR DE GAS que es el productor de energía.

Están constituídos, en general, por los siguientes componentes :

COMPRESOR
Como hemos visto son los encargados de la compresión, existiendo dos tipos:

➤COMPRESORES CENTRÍFUGOS:

Compresor axial de un turborreactor.

Se llaman CENTRÍFUGOS porque la dirección principal que sigue el aire en su interior es en dirección radial .

Constan de :

ROTOR : Componente móvil del compresor formado por una serie de álabes en sentido radial. El rotor está unido al mismo eje que el rotor de la turbina, de tal forma que recibe de esta la energía necesaria para su movimiento.
ESTATOR : Es un conjunto fijo que recibe el aire procedente del rotor. El aire entra a gran velocidad en el estator y aquí disminuye la velocidad, pues el estator tiene secciones de paso divergentes. Al ensanchamiento de la sección de paso, y por el mismo principio que en un Venturi, el aire pierde velocidad y aumenta la presión.

➤COMPRESORES AXIALES:

Compresor axial de un turborreactor.

Estos compresores se llaman así porque la dirección principal que sigue el aire en su interior es en dirección axial, según el eje longitudinal del compresor.

Consta de:

ROTOR : Función igual que en los centrífugos.
ESTATOR : Conjunto estacionario ( fijo ) constituido por dos semicarter cilíndricos donde se sitúan los álabes fijos ( son unos perfiles aerodinámicos ).

CÁMARA DE COMBUSTIÓN
Es donde se produce la combustión de la mezcla aire y combustible. El aire procede del compresor y por tanto llega a la entrada de la cámara a alta presión. El combustible se inyecta en la zona interior de la cámara y procede del sistema de alimentación de combustible del motor. Existen diferentes tipos de cámaras de combustión la TUBULAR, ANULAR y TUBO-ANULAR.

TURBINA
La turbina es un mecanismo giratorio que extrae la energía del aire incidente procedente de la combustión. Este aire procedente de la combustión pierde energía en la misma cantidad que entrega a la turbina en forma de energía de rotación.

Una vez que conocemos el conjunto GENERADOR DE GAS ( compresor, cámara de combustión y turbina ) que es común a todos los MOTORES DE TURBINA, vamos a ver todos los diferentes tipo en virtud a todo aquello que les diferencia :

➧TURBORREACTOR: Es un generador de gas al que se ha añadido una tobera de salida para canalizar los gases de escape, que salen a gran velocidad. Existen de UNO o DOS EJES según tengan uno o dos compresores (uno de baja y otro de alta presión).

Partes de un turborreactor con postcombustión.

Los puede haber con o sin POSTCOMBUSTIÓN que consiste en un POSTCOMBUSTOR que se sitúa en la zona de salida de algunos turborreactores y su función es la de producir una nueva combustión de los gases de escape ( es muy típico en aviones militares ).

Toberas de descarga de gases en una aeronave de combate.

➧TURBOHÉLICE : Es un generador de gas al que se le ha añadido una tobera de salida para canalizar los gases de escape y una hélice acoplada mecánicamente al eje del motor.

Turbohélice.

➧MOTOR DE DOBLE FLUJO ( TURBO FAN) : Tiene dos flujos de aire:

Turbofan.

FLUJO PRIMARIO : Es el aire que pasa por el generador de gas y es canalizado a la tobera de salida, después de pasar por el compresor, la cámara de combustión y la turbina del generador ( es sometido al proceso normal del motor de turbina, esto es, compresión mecánica en el compresor, combustión en la cámara, y expansión en la turbina ).

FLUJO SECUNDARIO: Es el aire que atraviesa una o más ruedas de un gran compresor y es conducido por una tobera al exterior, sin pasar por el generador de gas. ( en este caso sólo se le somete a un proceso de compresión, y es expulsado a la atmósfera)

➧TURBO EJES:

Turboeje típico.

Son los motores de turbina mas empleados para propulsar helicópteros. Son similares a los TURBOHÉLICES DE TURBINA LIBRE. Se componen entonces, de un generador de gas al que se ha añadido una turbina adicional de potencia, es decir, una turbina que mueve una toma de potencia, y una tobera para canalizar los gases de escape.