Turbofán

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Esquema de funcionamiento de un turbofán de alto índice de derivación.

Los motores de aviación tipo turbofán (adaptación del término en inglés turbofan al español, se puede traducir como turbosoplante o turboventilador)[1] son una generación de motores a reacción que reemplazó a los turborreactores o turbojet. De hecho, también se suelen llamar turborreactores de doble flujo (denominándose los anteriores como turborreactores de flujo único). Caracterizados por disponer de un ventilador o fan en la parte frontal del motor, el aire entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo derivado (bypass). El flujo primario penetra al núcleo del motor (compresores y turbinas) y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo. Los turbofanes tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: consumen menos combustible,[2] lo que los hace más económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental.

El índice de derivación es el cociente de la masa del flujo secundario entre la del primario y es igual al cociente entre las secciones transversales de la entrada a sus respectivos conductos.

Suele interesar mantener índices de derivación altos ya que disminuyen el ruido, la contaminación, el consumo específico de combustible y aumentan el rendimiento. Sin embargo, aumentar el flujo secundario reduce el empuje específico a velocidades cercanas o superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares supersónicas se utilizan motores turbofán de bajo índice de derivación. El turbofán más potente del mundo es el General Electric GE90-115B con 512 kN de empuje.

Clasificación[editar]

General Electric F110, ejemplo de turbofán de bajo índice de derivación, usado en aviones de combate.
General Electric F110, ejemplo de turbofán de bajo índice de derivación, usado en aviones de combate.
General Electric CF6, ejemplo de turbofán de alto índice de derivación, usado en aviones comerciales.
General Electric CF6, ejemplo de turbofán de alto índice de derivación, usado en aviones comerciales.
  • Turbofán de bajo índice de derivación: Posee entre uno y tres ventiladores en la parte frontal que producen parte del empuje de la aeronave. Su porcentaje de bypass (desviación del flujo secundario de fluido) tiene un valor entre el diez y sesenta y cinco por ciento del flujo primario, que es igual al cociente entre las áreas de paso. Es normal que exista un carenado a lo largo de todo el conducto del flujo secundario hasta la tobera del motor. En la actualidad se utilizan mucho en aviación militar y algunas aeronaves comerciales siguen utilizando motores de bajo bypass como el MD-83 que usa el Pratt & Whitney JT8D, y el Fokker 100 con el Rolls-Royce Tay.
  • Turbofán de alto índice de derivación: Estos motores representan una generación más moderna; la mayor parte del empuje motor proviene de un único ventilador situado en la parte delantera del motor y movido por un eje conectado a la última etapa de la turbina del motor. Al utilizarse sólo un gran ventilador para producir empuje se origina un menor consumo específico de combustible y un menor ruido.[3] Lo que le hace muy útil para velocidades de crucero entre 600 y 900 km/h. Los usan las aeronaves modernas como el Boeing 777 ó el Airbus 380.
  • Propfan, unducted fan y turbofán de índice de ultra-elevada de derivación (ultra high bypass turbofan): Son la generación de motores turbofán que se está experimentando. El Propfan resulta básicamente una mezcla entre un turbofán y una turbohélice, siendo muy parecido al unducted fan que es un turbofán sin el carenado externo y con mayor índice de derivación. El turbofán con índice de derivación ultra-elevado es un proyecto similar con índices de derivación mayores de 20 lo que permitirá menor consumo específico de combustible y gran reducción de gases contaminantes.

Componentes[editar]

Diagrama de funcionamiento de un turbofán
Alto índice de derivación. Sistema de baja presión en verde y sistema de alta presión en púrpura.
Alto índice de derivación. Sistema de baja presión en verde y sistema de alta presión en púrpura.
Bajo índice de derivación. Sistema de baja presión en verde y sistema de alta presión en púrpura.
Bajo índice de derivación. Sistema de baja presión en verde y sistema de alta presión en púrpura.
  • Ventilador: situado al frente del motor.[4] Es dónde se inicia la propulsión. Le atraviesa un flujo de aire que se divide en dos corrientes: la primaria y la secundaria o bypass air.[5] La corriente primaria[6] entra a través de los compresores a la cámara de combustión.[7]
  • Compresores: el flujo de aire primario pasa a través de diversas etapas de compresores que giran en el mismo sentido del fan. Se suelen utilizar compresores de alta y de baja presión en distintos ejes. La función de estos compresores es aumentar de modo significativo la presión y la temperatura del aire.
  • Cámara de combustión: una vez realizada la etapa de compresión, el aire sale con una presión treinta veces superior de la que tenía en la entrada y a una temperatura próxima a los 600 °C. Se hace pasar este aire a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se quema la mezcla, alcanzándose una temperatura superior a los 1100 °C.
  • Turbinas: el aire caliente que sale de la cámara, pasa a través de los álabes de varias turbinas, haciendo girar diversos ejes. En los motores de bajo bypass el compresor de baja presión y el fan se mueven mediante un mismo eje; mientras que en los de alto bypass se dispone de un eje para cada componente: fan, compresor de baja presión y compresor de alta presión.
  • Escape: una vez el aire caliente ha pasado a través de las turbinas, sale por una tobera por la parte posterior del motor. Las estrechas paredes de la tobera fuerzan al aire a acelerarse. El peso del aire, combinado con esta aceleración produce parte del empuje total.[8] En general, un aumento en el bypass trae como consecuencia una menor participación de la tobera de escape en el empuje total del motor.
  • Conducto del flujo secundario: rodea concéntricamente al núcleo del motor. Sus paredes interna y externa están cuidadosamente perfiladas para minimizar la pérdida de energía del flujo secundario de aire y optimizar su mezcla con el escape del flujo primario.

Sistema ecológico[editar]

La incorporación de los turboventiladores o turbofán en los aviones modernos es un gran beneficio al mantenimiento del equilibrio ecológico mediante la no contaminación debido que los mismos utilizan como combustible JET A 1, un desarrollo mucho más ecológico al JP 1 utilizado en los turborreactores. La capacidad de los motores turbofán es mucho mayor utilizando un menor porcentaje de combustible. El compresor, toma un 100% de aire para comprimir dividido en dos partes, un 65% que pasará directamente al sector de carburación y turbinas y un 30% que será comprimido, combinado con el combustible para generar la carburación necesaria eliminando en el escape un 100% de aire caliente que impulsará al avión. Por lo tanto, del aire caliente que se expulsa sólo el 30% ha sido mezclado con combustible.

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. Jorge García de la Cuesta Terminología aeronáutica
  2. El combustible que consumen es aero-keroseno o JPA1.
  3. El ruido es consecuencia del efecto envolvente que produce el aire frío del flujo secundario sobre el aire caliente del flujo primario
  4. Aunque en ocasiones también puede colocarse en la parte trasera
  5. En los motores turbofan de alto bypass es mayor que un 65% del total. Para los motores turbofan de bajo bypass se sitúa entre el 10% y 65%
  6. El porcentaje restante de aire
  7. Normalmente se consideran los motores turbofan más eficientes a medida que poseen un mayor grado de bypass, llegando este de ser hasta del 95% en algunos motores de última generación
  8. La parte del empuje motor producido depende del tipo de turbofan

Enlaces externos[editar]