CICLOS DE PROPULSIÓNMOTORES DE REACCIÓN

TERCERA LEY DE NEWTON

SE NECESITA GENERAR EMPUJE

CICLOS DE PROPULSIÓN

• Turbina de gas.

• Ciclo abierto.

• Los aviones son impulsados por la aceleración de un fluido en ladirección opuesta al movimiento. Esto se logra al acelerar ligeramenteuna gran masa de fluido (motor accionado por una hélice) o alacelerar considerablemente una pequeña masa de fluido (motor dechorro o turbochorro) o de las dos dormas (motor deturbopropulsión).

• Los gases que salen de la turbina a una presión relativamente alta seaceleran en una tobera para brindar el empuje que impulse al avión.

Difusor: aumenta la presión del aire ligeramente s=cteCompresor: comprime el aire s=cteSección de quemadores: se mezcla aire con combustible, donde se quema a p=cteTurbina: Los gases de combustión a alta presión y temperatura se expanden parcialmente. Producen suficiente potencia para accionar el compresor.Tobera: los gases escapan a altavelocidad saliendo al ambiente a p=patm

Difusor: aumenta la presión del aire ligeramente s=cteCompresor: comprime el aire s=cteSección de quemadores: se mezcla aire con combustible, donde se quema a p=cteTurbina: Los gases de combustión a alta presión y temperatura se expanden parcialmente. Producen suficiente potencia para accionar el compresor.Tobera: los gases escapan a alta velocidad saliendo al ambiente a p=patm

Turbojet (Turbochorro)

• La presión del aire aumenta mediante un compresor antes de entrar en la cámara de combustión.

• La potencia necesaria para mover el compresor proviene de una turbina situada entre la cámara de

combustión y la tobera.

• Forma tubular alargada.

.

Turbofan (Turboventilador)

• Mejora del turborreactor básico.

• Parte del aire entrante se comprime sólo parcialmente y se desvía para que fluya por una carcasa exterior hasta el final de la

turbina. Se genera un empuje de aire frío.

• Se quema menos combustible.

• El aire que fluye por el exterior refrigera el motor y reduce el nivel de ruido, debido a que se mezcla con el aire caliente.

Turbohélices

• En un motor de turbohélice, una hélice montada delante del reactor es propulsada por una segunda turbina o

turbina libre o por etapas adicionales de la turbina que mueve el compresor.

• La hélice proporciona el 90% del empuje y la corriente que sale por la tobera proporciona tan solo el 10%.

¿Por qué en un turbohélice proporciona tan poco empuje a la masa de aire que sale por la tobera?Pues sencillamente, porque estamos utilizando la energía generada por el motor para hacer girar la hélice, en lugar de aprovecharla para acelerar la masa de aire a través de la tobera.

El aire del exterior entra en el motor y pasa por una serie de etapas de compresión donde el aire va adquiriendo

presión, luego este aire se introduce en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, para una vez

quemado mover las diferentes fases de la turbina. Esta al estar unido a las etapas compresoras y a la hélice, mueve todo lo anterior.

TURBOHÉLICE DE EJE FIJO

La función de la caja reductora es

disminuir las RPM provenientes del

eje, para mover la hélice a una velocidad menor.

El motivo de esto es que la hélice

suele trabajar entre 900 rpm y 1900

rpm ya que velocidades superiores

podrían hacer que las puntas de

hélice girasen a una velocidad

cercana a la del sonido, para lo cual no están diseñadas.

Turbohélice de eje partido o turbina libre y de eje fijo o turbina fija.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como el eje está partido.

En este tipo de motores el flujo del aire va de atrás a delante.

Se ve como entra el aire por la parte de atrás del motor, se comprime y se mueve hacia delante del motor para

mezclarse con el combustible y entrar en las cámaras de combustión, los gases de la combustión en este caso

pasan por 2 turbinas, una de ellas unida al compresor y que es la encargada de moverlo y la otra la turbina

“libre” unida a la hélice y encargada de su movimiento.

Este tipo de motores donde el

flujo va hacia delante se

diferencian exteriormente por

tener los escapes próximos a la

hélice.

•Durante el encendido del motor, solo la sección del compresor tiene que ser movida por el starter,

cuando en otros motores tendría que mover todos los componentes incluyendo la reductora. Esto

permite utilizar un starter más pequeño ahorrando peso.

•Se puede reducir o poner en bandera la hélice sin parar el motor. Esto facilita la subida de

pasajeros y una operación en tierra más silenciosa.

VENTAJAS

Empuje

• Es la fuerza desbalanceada que provoca la diferencia de momentum

• Entra aire a baja velocidad y sale aire con gases a alta velocidad

• Las presiones en la entrada y la salida son idénticas (P=Patm)

𝐸 = 𝑚𝑜𝑢𝑡𝑉𝑜𝑢𝑡 − 𝑚𝑖𝑛𝑉𝑖𝑛

Velocidades 𝑉𝑜𝑢𝑡 y 𝑉𝑖𝑛 son relativas al avión

𝐸 = 𝑚2𝑤2 − 𝑚1𝑤1

V: velocidad del vuelo𝑤2: velocidad de la mezcla aire-combustible que sale 𝑤1: velocidad del aire que entra.

𝑚2 = 𝐺 + 𝐺𝑐 𝑚1 = 𝐺

𝐺: flujo másico de aire que entra𝐺𝑐: flujo másico de combustible

Cuando el avión está en vuelo:𝑤1 = V = Velocidad del vuelo

𝑤2 = 𝑤𝑐 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜

Suponiendo 𝐺 + 𝐺𝑐 ≈ 𝐺

𝐸 = 𝐺 + 𝐺𝑐 𝑤𝑐 − 𝐺𝑉 𝐸 = 𝐺(𝑤𝑐 − 𝑉) [N]

Potencia empuje:

Empuje

𝑃𝑒 = 𝐸 ∗ 𝑉 = 𝐺 𝑤𝑐 − 𝑉 ∗ 𝑉 [W]

Rendimiento de propulsión:

𝜂 = (𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑒𝑝𝑢𝑗𝑒)/(𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜)

𝜂 = 𝑃𝑒/𝑃𝑐

𝑃𝑐 =1

2𝐺 + 𝐺𝑐 𝑤𝑐

2 −1

2𝐺𝑉2 ≈

𝐺 𝑤𝑐2 − 𝑉2

2

𝜂 =2𝑉

𝑤𝑐 + 𝑉

𝑃𝑐: Potencia producida por el incremento de energía entre el aire que entra y el aire mas los productos de la combustión que salen del motor, medido por un observador situado en el motor.

Gasto específico de combustible:

𝑔𝑒 =𝐺𝑐𝐸

[kg/s Combustible]/[N empuje]