FUNCIONAMIENTO DE UNA TURBINA

Díaz Quintero Víctor

Gastélum Pereyra Pedro

Hernandez Talavera Alejandro

Ramirez Zamorano José Alberto

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Herón de Alejandría inventó la eolípila. Una esfera hueca que recibía la presión del vapor obtenido de una caldera. Ésta utilizaba el poder del vapor dirigido a través de dos salidas que causaba que la esfera girase rápidamente sobre su eje. Sin embargo, el aparato nunca fue utilizado para realizar trabajos mecánicos y las potenciales aplicaciones prácticas de la invención de Herón no fueron reconocidas. Si bien este dispositivo no pasó de ser un juguete.

Herón de Alejandría

eolípila

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

La propulsión a chorro comenzó con la invención del cohete por los chinos en el siglo XI. El sistema de propulsión del cohete fue utilizado inicialmente para crear fuegos artificiales pero gradualmente progresó para crear algunos tipos de armas, aunque su tecnología no progresó durante siglos.

La clave para un reactor útil fue la turbina de gas, utilizada para extraer energía para impulsar el compresor desde el propio motor. La turbina de gas no era una idea nueva, la patente para una turbina estacionaria fue otorgada a John Barber en Inglaterra en 1791. La primera turbina de gas que funcionó de forma auto sostenida exitosamente fue construida en 1903 por el ingeniero noruego William Elling.

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Jens William Elling

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

A mediados de la primera guerra mundial un francés llamado, O. Morize y un británico H. Harris, propusieron en forma independiente el empleo de un compresor accionado mecánicamente en el que los gases de la combustión pasaban a través de una tobera para obtener la fuerza propulsora deseada. Cada uno por su lado, coincidieron en la utilización de un compresor para darle al aire una cierta presión y su posterior inyección en una o varias toberas, al mismo tiempo que se inflamaba el combustible atomizado.

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

En 1929, Frank Whittle envió formalmente sus ideas para un turborreactor a sus superiores. El 16 de enero de 1930, en Inglaterra, Whittle pidió su primera patente, que fue otorgada en 1932. La patente mostraba un compresor axial de dos etapas alimentando a un compresor centrífugo de un único lado. Whittle posteriormente se concentró en un compresor centrífugo más simple por varias razones prácticas y Este fue el primer motor de reacción concebido para remplazar al de pistón en la propulsión de aviones.

Frank Whittle

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Poco antes del año 1935, un estudiante de física avanzada Hans von Ohain, se intereso en la propulsión de aeronaves con turbinas de gas y obtuvo diversas patentes de ingenios similares al motor Whittle El motor de Von Ohain, con cinco meses de retraso respecto al de Whittle, utilizaba gas que se proporcionaba bajo una presión externa, por tanto no era auto contenido.

Hans von Ohain

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

En aquellos años el constructor aeronáutico Ernst Heinkel también evidenció interés en el diseño de un avión de alta velocidad, pues conociendo las limitaciones del motor convencional y las hélices buscaban una nueva planta motriz para sus proyectos. Su primer motor, el HeS 1, comenzó a funcionar en septiembre de 1937.

Ernst Heinkel

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Mas tarde, un motor de 360 kg, Heinkel HeS 3, desarrollo 500 kg de empuje y constituyó la planta de poder del H-178, con lo que el capitán Warsitz voló el 24 de agosto de 1939 en el aeródromo de Marienehe. Este fue el primer vuelo realizado por un avión propulsado por turborreactor, que luego de diversas pruebas alcanzo a desarrollar una velocidad máxima de 700km/h.

Capitán Warsitz H-178

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Un año más tarde un caza experimental de la Heinkel el He-280 alcanzo los 800km/h. Impulsado por dos motores HeS 8 de 594kg. De empuje. Pero la segunda guerra mundial ya había comenzado y el alto mando alemán auguraba que finalizaría pronto, con la victoria germana asegurada.

He-280

HeS 8

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

En esos momentos, el motor de Whittle comenzó a ser útil y empezó a recibir dinero del Ministerio del Aire. En 1941 una versión del motor denominado W.1 con una potencia de 4kn fue utilizada en el avión Gloster E28/39 especialmente construido para el motor y realizó su primer vuelo el 15 de mayo de 1941.

Gloster E28/39

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Anselm Franz de la división de motores de Junkers o Jumo, solucionó estos problemas con la introducción del compresor de flujo axial, que era esencialmente una turbina en reversa. Tras algunos problemas menores, la producción en serie de este motor comenzó en 1944 como planta motriz para el primer caza a reacción, el Messerschmitt Me 262 provisto de dos turborreactores Jumo 004 de flujo axial y 900 kg de empuje cada uno, que le permitían alcanzar una velocidad horizontal cercana a los 900km/h

Messerschmitt Me 262

Anselm Franz

Historia de la turbina o motor a reacción (jet engine)

Tras la Segunda Guerra Mundial, los aliados estudiaron el Me 262 y su tecnología contribuyó a los primeros cazas a reacción estadounidenses y soviéticos.

Funcionamiento y partes

Una forma fácil de entender el funcionamiento de una turbina, sería comparándolo con un globo de goma. Una vez hemos inflado un globo, llenamos un volumen de aire que debe de "salir" por una salida muy estrecha. Aquí se aplicaría el efecto Venturi: El aire al pasar por un estrechamiento aumenta su velocidad y disminuye su presión.

El aire ingresan al compresor donde aumenta parcialmente la presión y temperatura

Luego es llevado al difusor donde se produce el incremento final de presión

El aire ingresa a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible y se quema para incrementar la temperatura

“Latas” quemadoras

Anular Lata Lata-anular

Revestimiento anular

Luego es dirigido hacia el conjunto de álabes estatores de la turbina, luego el gas pasa por el disco de turbina donde parte de la energía que contiene es extraída para mover el compresor, el cual se encuentra unido por medio de un eje

El gas deja la turbina con gran temperatura y velocidad pero es acelerado aún más en la tobera de escape, el gas que sale a gran velocidad es el responsable de la reacción que se conoce como "empuje" de la turbina.

En términos generales. Captamos mucho aire del exterior y lo comprimimos, una vez comprimido le inyectamos combustible que nos ayuda a calentar más ese aire ya caliente. Por último tenemos una etapa de escape que nos permite obtener la fuerza suficiente para mover un avión por completo.

Tipos de turbinas

Turbojet

Afterburning Turbojet

Turboprop

Turbofan

Turbojet Es el tipo más antiguo de los motores de reacción de

propósito general. Consiste en una entrada de aire, un compresor de aire,

una cámara de combustión, una turbina de gas y una tobera. El aire entra comprimido en la cámara, se calienta y expande por la combustión del combustible y entonces es expulsado a través de la turbina hacia la tobera siendo acelerado a altas velocidades para proporcionar la propulsión.

El Avión Anfibio Beriev BE-200

162 Volksjäger - Avión de caza a propulsión turbojet. alrededor de 170 construidos. 

He 162 Volksjäger - Avión de caza a propulsión turbojet.

AVIONES QUE UTILIZAN TURBOJET

Afterburning Turbojet La postcombustión es el proceso realizado por

el postquemador, un componente adicional que se añade a algunos motores de reacción, principalmente a los de las aeronaves militares.

Su propósito es proporcionar un incremento temporal en el empuje, en situaciones como el despegue, en el combate aéreo o en el vuelo supersónico.

Afterburning tubojet Los motores de un avión de caza son ligeramente

diferentes a los turbofán (hablando de motores de reacción) que montan los aviones comerciales.

SR-71 

F-4 PHANTOM

Turbohélice Tiene montada delante del reactor

una hélice propulsada por una segunda turbina. Alrededor de un 90 % de la energía de los gases

expandidos se absorbe en la parte de la turbina que mueve la hélice y el 10 % restante se emplea para acelerar el chorro de gases de escape. Esto hace que el chorro solo suponga una pequeña parte del empuje total.

CESSNA 421

Turbohélice

Piaggio P180 Avanti IIAvión de turbohélice mas rapido del mundo (720 Km/h.)

Turbofan

Disponen de un ventilador 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 y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo.

En la actualidad se utilizan mucho en aviación militar y algunas aeronaves comerciales siguen utilizando motores de  bypass como el MD-83 que usa el Pratt & Whitney JT8D, y el Fokker 100 con el Rolls-Royce Tay

TURBOFAN

En 1958 fue introducido el concepto Turbofán

Tercera ley de Newton

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria

Efecto Venturi

Consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor.

Temperatura

Presión

Bibliografía

Néstor Charrière. 2001. Qué es y cómo funciona una turbina?. Extraído de http://nestorch.freeservers.com/quees.html

s.f. El Aviador. Motores aeronáuticos. Extraído de http://www.elaviador.mex.tl/961558_Motores-aeronauticos.html

NASA. Julio 11, 2008.Types of gas Turbines. Extraído de http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/trbtyp.html