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Una de motores: alternativos, turborreactores, turbohélices, turbofanes y turboprops Imprimir E-mail
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Artículos - General
Escrito por Administrator   
Domingo, 26 de Octubre de 2008 19:25
El principal problema a resolver del vuelo fue encontrar el motor adecuado. Caley ya tenía planeadores y había dado con la forma adecuada del ala y del avión. Henson y Stringfellow ya tuvieron en mente, como muchos otros, el avión movido con máquinas de vapor.

Pero pesaban mucho y no fue hasta la llegada del motor de combustión cuando se consiguió que el avión volase.


El motor, básicamente, era el mismo que el de un coche (a pesar de que llegasen a tener configuraciones extrañas, como esos rotativos en los que el cigüeñal permanece fijo y todos los cilindros giran entorno a él). En los cilindros se producen explosiones en un orden determinado, haciendo que éstos se muevan de forma alternativa arriba-abajo y por medio de mecanismos se convierte este movimiento lineal alternativo en uno rotativo, el que mueve la hélice.

Pero al ir volando cada vez más rápido y necesitar más potencia surgen problemas. Y el motor de pistón moviendo una hélice nos causara dos problemas: por un lado cada vez son más pesados, y empieza a ser necesario otro tipo de motor (la solución vendría con el turbohélice, que con poco peso da mucha más potencia que un motor alternativo); por otro lado está el propio problema que viene de utilizar una hélice. La hélice gira, así que la punta de la hélice tiene una velocidad proporcional al radio de la hélice y a la velocidad de giro. Y además el avión avanza... ¿qué ocurre cuando nos acercamos a ciertas velocidades? Pues que la composición de velocidades de la hélice girando y el avión avanzando hace que esta no sirva para nada. Sí, tal cual, aparecen fenómenos de compresibilidad, ondas de choque, que hacen que la hélice apenas proporcione tracción y sin embargo necesite mucha potencia para girar. Por eso los cazas de pistón se atascaron en los 700 y muchos km/h, tal vez siento el más rápido un P-47 experimental con sus 811 km/h.



Con la llegada de los motores a reacción desaparecieron los problemas de la hélice. La forma de funcionar es muy sencilla. Empezamos por el turborreactor y vamos añadiendo otros motores a continuación. El compresor se mueve, haciendo que entre aire en el motor y comprimiendolo, llevándolo hasta la cámara de combustión, donde se mezcla con combustible y se le inflama, y es expulsado hacia atrás a toda leche, empujando al avión hacia adelante. Parte de la energía de estos gases se queda en la turbina, que no hace otra cosa que arrastrar el compresor. ¿Fácil, no?



El turbohélice viene a ser lo mismo que el turborreactor, solo que la turbina mueve el compresor y la hélice, obteniéndose principalmente la tracción con ésta, y un empuje residual con los gases de escape. Y ahora os preguntáis... si ya teníamos el motor alternativo con hélice, ¿Para qué el turbohélice? Pues... porque para una misma potencia pesa MUCHO menos.




Una vez mas os diré que esto es algo así como el turborreactor. ¿La diferencia? Esta vez la turbina mueve el compresor y el fan. A estos motores se les conoce como de doble flujo, el que atraviesa directamente la cámara de combustión y el externo. El empuje se consigue con los gases de ambos flujos, los que atraviesan la cámara de combustión y los que son acelerados por el fan. Además al 'envolver' los gases fríos a los calientes se consigue reducir el ruido. Se dividen a su vez en de alto indice de derivacion y de bajo índice. Siendo este índice el cociente entre el gasto másico de aire de los dos flujos.



¿Qué es entonces el prop-fan? pues si lo que he leído lo he entendido bien viene a ser un turbofan de tan alto índice de derivacion que, al ser tan grande la carcasa externa, se decide prescindir de ella, siendo un motor híbrido entre turbofan y turbohélice. Sus bondades... una reducción de hasta 30% en consumo. ¿Lo malo? El ruido...

Para otro día me dejo los estatorreactores, los pulsoreactores y otros engendros raros.

¿Por qué tanto tipo de motores? Pues... por costes y por rendimientos:
  • Si quieres volar 'lento' en un avión pequeño, necesitas una hélice -los otros motores gastan mucho para volar lento- y lo más adecuado es un motor más barato, de pistones.
  • Si quieres ir lento en un pájaro más grande ya conviene un turbohélice, porque los motores de pistón de igual potencia pesarían mucho
  • Si quieres ir rápido ya no te valen las hélices, como vimos antes...
    • Para ir MUY rápido, un turborreactor. Pero si bajas la velocidad ya no es eficiente y gasta mucho así que necesitas...
    • Un turbofan.
Espero que haya quedado más o menos claro...


Para leer algo más sobre PropFans:
  1. AerospaceWeb
  2. Flight Global
  3. Air Space Mag
Última actualización el Lunes, 10 de Noviembre de 2014 19:44
 

Comentarios  

 
0 # Me despistasAdministrator 10-11-2014 19:29
Anonimo dijo:
Citación:
Se me hacen raros tus dibujos (los de Aeronautics Learning Laboratory for Science Technology and Research (ALLSTAR)- FIU)

Desde mi punto de vista, dibujan el compresor y la turbina al revés.

Para mí siempre se asocia baja presión alto volumen específico lado ancho (y viceversa).

Por otro lado, el dibujo del motor de pistón da la impresión de que los pistones están fuera del motor.

Por otro lado, gracias por tus "post".
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0 # RE: Una de motores: alternativos, turborreactores, turbohélices, turbofanes y turbopropsAdministrator 10-11-2014 19:30
Wert dijo
Citación:
Si, la verdad es que los dibujos no son muy standat que digamos.

Las hélices si que se pueden utilizar en velocidades cercanas a la del sonido, solo que han de ser especiales para ese propósito, al igual que las alas.
El Tu-95 es un turboprop que llega a los 900km/h.
El tema es dar inclinación a la pala, como una cimitarra.

El UDF(Unducted Fan) o Propfan se caracteriza por tener la hélice directamente conectada con la Turbina o el Compresor. No hay caja reductora y las rpm de la hélice son iguales a la de la turbina (bastante altas).
No hay cowling que reduzca la velocidad del flujo, ya que deliberadamente se deja al fan en velocidades cercanas a la del sonido, ya que su diseño les permite funcionar en ese rango de velocidades. Creo que siempre son helices contrarotatoria s.
Los 2 problemas mas relevantes, el ruido y asegurar que un alabe no salga disparado y corte de cuajo el fuselaje.

Otra cosa, al flujo secundario del Turbofan lo incluyes como gases de escape. ñgñgñgñ .. el flujo de la helice tampoco son "gases de escape". Creo que da confusión.

Saludos,

wert - AVA
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0 # Os dejo un e-mail que me ha llegado como comentarioAdministrator 10-11-2014 19:31
Val dijo...

Citación:
La ventaja que tiene el propfan es que desarrolla unos álabes con flecha de tal forma que consigue evitar la formación de ondas de choque (básicamente es lo mismo que el ala en flecha pero aplicado a un motor).

Igual estaría bien que mencionaras el GTF, ahora mismo el GTF(15% de ahorro de combustible igual ruido) y el propfan (30% de ahorro) se marcan como los posibles motores del futuro (tengo una entrada de GTF con enlaces que os pueden servir y tal http://www.ytodolodemas.com/2008/07/02/gtf/ )

Una de las fuentes de ruido son los pares de torbellinos desprendidos, que al interaccionar enter sí desprenden ruido. En la "capa de cortadura" que se genera entre la corriente externa y el flujo principal de un turbojet es donde se genera el ruido. Cuando metes un turbofan lo que estás haciendo es que la "capa de mezcla" sea entre corriente externa-flujo secundario y flujo secundario-flujo primario. Al hacer eso lo que haces es mezclar aires que tienen una diferencia de velocidades mucho menor, con lo cual los pares de torbellinos desprendidos serán más débiles y por tanto generarán menos ruido.

El turbofan reduce el ruido por "mezcla más aires parecidos" no por la carcasa.
Una vuelta de tuerca para reducir el ruido es mezcla todavía más el aire.... y los de Boeing han hecho una chorrada superutil:
http://materiel.goodrich.com/images/787engine.jpg
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