Eficiencia del motor a reacción
Una hélice de avión es un dispositivo aerodinámico que convierte la energía de rotación en fuerza de propulsión creando un empuje aproximadamente perpendicular a su plano de rotación. La energía de rotación puede ser producida por un motor de pistón o de turbina de gas o, en aplicaciones limitadas, por un motor eléctrico.
Al igual que un ala, el rendimiento de la hélice se degrada cuando no está en su ángulo de ataque óptimo. Para superar esta deficiencia, muchas hélices utilizan un mecanismo de paso variable para ajustar el ángulo de paso de las palas a medida que cambian el régimen del motor y la velocidad de la aeronave.
El ángulo de ataque de una hélice de paso fijo no puede modificarse durante el funcionamiento de la aeronave, sino que se fija al instalar el motor. El ángulo de las palas es un compromiso entre el paso óptimo para el despegue, el ascenso y el crucero.
Una hélice de velocidad constante es una hélice que está diseñada para cambiar automáticamente el paso de sus palas para permitirle mantener una revolución constante por minuto (RPM), independientemente de la cantidad de par motor que se produzca o de la velocidad del aire o la altitud a la que vuele la aeronave.
Motor a reacción frente a turbina
Un motor a reacción es una pieza de maquinaria precisa de alto rendimiento que funciona al límite de la ingeniería humana. Como motor, tiene que hacer frente a temperaturas, entornos y tensiones extremas que cambian al despegar, navegar y aterrizar. Hacer esto repetidamente y al mismo tiempo ser seguro, fiable, eficiente y rentable significa que el diseño de un motor a reacción exitoso es muy complejo y exigente. El ISM trabaja en los materiales con los que se fabrican los componentes y realiza actividades de I+D para la próxima generación de motores a reacción. Para ello, necesitamos conocer las condiciones que experimentará cada componente en función de su función y ubicación dentro del motor.
Así pues, antes de examinar cada componente del motor, debemos entender cómo un motor genera empuje o movimiento de avance. Un motor a reacción funciona según el concepto físico de conservación del momento. El impulso es la masa de algo multiplicada por la velocidad a la que se desplaza, por lo que las cosas con mucho impulso son difíciles de detener. Piensa en un partido de rugby: un gran delantero que corre lentamente es muy difícil de parar, al igual que un defensa más pequeño que corre muy rápido también es difícil de placar/parar. Esto se debe a que ambos tienen mucho impulso. Se trata de masa y velocidad. Ahora bien, un motor a reacción utiliza esta idea tomando una masa de aire en la parte delantera a una velocidad lenta, y empuja la misma masa de aire fuera de la parte trasera mucho más rápido. Como el impulso que entra por la parte delantera del motor es mucho menor que el que sale por la trasera, el motor genera confianza hacia delante gracias a la física, es decir, a la conservación del impulso. Mira la siguiente animación para ver cómo el empuje se basa en el impulso.
Cómo arrancar un motor a reacción
De hecho, para impulsar la aeronave y proporcionar la cantidad de empuje necesaria se utilizan motores “turbo” y existen básicamente “5 tipos” de motores turbo con aplicaciones variadas. Veamos las diferencias.
Los turbos están compuestos por un eje con una rueda de turbina en un extremo y una rueda de compresor en el otro. Éstas están cubiertas por una carcasa en forma de caracol con un orificio de entrada, por el que entran los gases de escape desperdiciados a alta presión. Cuando el aire pasa por la turbina, ésta gira y el compresor gira con ella, aspirando una gran cantidad de aire que se comprime y sale por el puerto de salida.
Un tubo devuelve este aire comprimido a los cilindros del motor a través de un intercooler, que enfría el aire antes de que llegue a los cilindros porque el aire debe tener la temperatura óptima necesaria para la combustión. Como los turbos funcionan a altas velocidades (hasta 250.000 RPM), suelen tener un sistema de refrigeración por aceite para asegurarse de que no se calientan demasiado.
El primer turbocompresor fue fabricado a finales del siglo XIX por el ingeniero alemán Gottlieb Daimler, pero no cobró importancia hasta después de la Primera Guerra Mundial, cuando los fabricantes de aviones empezaron a añadirlos a los aviones para proporcionar potencia a los motores que funcionaban a mayor altura, donde el aire es más fino.
Motor de turbina
Cuando se sube a un vuelo de una aerolínea, es posible que no se dedique mucho tiempo a pensar en los motores. Pero son la única razón por la que 700.000 libras de aluminio y pasajeros pueden surcar el aire a un 80% de la velocidad del sonido. ¿Cómo funcionan? Echemos un vistazo.
Los motores a reacción, también llamados turbinas de gas, funcionan aspirando aire en la parte delantera del motor mediante un ventilador. A partir de ahí, el motor comprime el aire, mezcla el combustible con él, enciende la mezcla de aire y combustible y la lanza por la parte trasera del motor, creando empuje.
El aire pasa por dos partes del motor. Una parte del aire se dirige al núcleo del motor, donde se produce la combustión. El resto del aire, llamado “aire de derivación”, se desplaza por el exterior del núcleo del motor a través de un conducto. Este aire de derivación crea un empuje adicional, enfría el motor y lo hace más silencioso al cubrir el aire de escape que sale del motor. En los turbofanes modernos de hoy en día, el aire de derivación produce la mayor parte del empuje del motor.
El compresor, que se denomina “compresor de flujo axial”, utiliza una serie de aspas giratorias en forma de hoja de aire para acelerar y comprimir el aire. Se llama flujo axial porque el aire pasa por el motor en dirección paralela al eje del mismo (a diferencia del flujo centrífugo).