Turbofan
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Los motores de aviación tipo turbofan, son una generación de motores a reacción que reemplazó a los motores turbojet o turboreactores. Caracterizados por disponer 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 turboreactores: consumen menos combustible,[1] 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 especifico de combustible y aumenta el rendimiento. Sin embargo, aumentar el flujo secundario reduce el empuje especifico a velocidades cercanas o superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares supersónicas se utilizan motores turbofan de bajo índice de derivación, el turbofan más potente del mundo es el General Electric GE90-115B con 512kn.
Contenido |
[editar] Clasificación
- Turbofan 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 fluído) 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 aviacion 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.
- Turbofan 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.[2] 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 turbofan de indice de ultra-elevado de derivacion (ultra high bypass turbofan): Son la generacion de motores turbofan que se está experimentando. El Propfan resulta básicamente una mezcla entre un turbofan y un turbohélice, siendo muy parecido al unducted fan que es un turbofan sin el carenado externo y con mayor indice de derivacion. El turbofan con indice de derivacion ultra-elevado es un proyecto similar con indices de derivacion mayores de 20 lo que permitirá menor consumo específico de combustible y gran reduccion de gases contaminantes.
[editar] Componentes
- Fan: situado al frente del motor.[3] 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.[4] La corriente primaria[5] entra a través de los compresores a la cámara de combustión.[6]
- Compresores: el flujo de aire secundario 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 ºC. 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 ºC.
- 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.[7] 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.
[editar] Sistema Ecológico
La incorporación de los turboventiladores o turbofan 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 mas ecologíco al JP 1 utilizado en los turboreactores. La capacidad de los motores turbofan 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. Este 100% aire caliente que se expulsa contiene solo un 30% de combustible.
[editar] Notas
- ↑ El combustible que consumen es aero-keroseno o JPA1.
- ↑ El ruido es consecuencia del efecto envolvente que produce el aire frio del flujo secundario sobre el aire caliente del flujo primario
- ↑ Aunque en ocasiones también puede colocarse en la parte trasera
- ↑ 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%
- ↑ El porcentaje restante de aire
- ↑ 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 ultima generación
- ↑ La parte del empuje motor producido depende del tipo de turbofan
[editar] Véase también
[editar] Enlaces externos
Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre Turbofan.Commons- Página de la NASA sobre motores turbofan
