Los motores de turbina han sido los impulsores exitosos de las aeronaves durante casi un siglo. En este contenido, vamos a explicar el mecanismo de un motor de reacción y cómo funciona de manera lógica y paso a paso.
Principio de funcionamiento
Un motor de turbina mantiene el movimiento hacia adelante de una aeronave utilizando un principio muy simple, el mismo que hace que un globo lleno de aire se mueva. Se trata de la tercera ley de Newton del movimiento. Al igual que la fuerza de reacción producida por el aire mueve el globo, la fuerza de reacción producida por el chorro de alta velocidad en la cola del motor de turbina le hace avanzar.
La forma en que funciona un motor a reacción es produciendo un chorro de alta velocidad en la salida. Cuanto más alta sea la velocidad del chorro, mayor será la fuerza de empuje. Esta fuerza de empuje hace que la aeronave se mueva hacia adelante. Este chorro de alta velocidad se logra mediante una combinación de técnicas.
Combustión y compresión
Si se calienta el aire entrante a una temperatura alta, se expandirá enormemente y creará el chorro de alta velocidad. Para este propósito, se utiliza una cámara de combustión, donde se quema una forma atomizada del combustible. La combustión efectiva requiere que el aire esté a una temperatura y presión moderadamente altas. Para llevar el aire a estas condiciones, se utilizan una serie de etapas de compresor. Las aspas rotativas del compresor añaden energía al fluido y su temperatura y presión aumentan a un nivel adecuado para sostener la combustión.
El compresor recibe la energía para la rotación de una turbina que se coloca justo después de la cámara de combustión. El compresor y la turbina están unidos al mismo eje. El fluido de alta energía que sale de la cámara hace que las aspas de la turbina giren. Puedes ver que las aspas de la turbina tienen una forma especial de perfil aerodinámico que crea una fuerza de sustentación y las hace girar.
A través de estos pasos, hemos logrado nuestro objetivo: un chorro de aire muy caliente y de alta velocidad que se emite desde la salida del motor. El casco del motor se estrecha hacia la salida, lo que resulta en una velocidad de escape aún mayor. En resumen, la operación sincronizada del compresor, la cámara de combustión y la turbina hace que la aeronave avance.
Sistemas de propulsión modernos
Las aeronaves modernas utilizan un arreglo de compresor y turbina ligeramente mejorado llamado motor de doble eje o de «dos spools». Se utilizan dos etapas independientes de turbina y compresor. El eje del compresor exterior pasa de forma concéntrica a través del interior. La turbina exterior está sujeta a un fluido de baja energía y funcionará a una velocidad más baja que la turbina interior. Las aspas de baja presión son más largas. Esta baja velocidad ayuda a reducir el estrés centrífugo en la raíz, mejorando así la vida útil de las aspas. Algunas aeronaves modernas incluso utilizan un motor de «tres spools».
El motor que hemos discutido hasta ahora se llama más específicamente motor turbojet. Los motores turbojet tienden a producir altos niveles de ruido. Se hizo una mejora revolucionaria a este motor al añadir un gran ventilador con el eje de baja presión. A estos motores se les llama motores turbofán y casi todas las aeronaves comerciales los utilizan. Un motor turbofán desvía un gran volumen de aire.
El conducto de desvío cada vez más estrecho proporciona una buena velocidad de chorro al aire desviado. En un motor turbofán, la mayoría de la fuerza de empuje proviene de la fuerza de reacción del ventilador. Además, el ventilador mejora significativamente el flujo de aire en el sistema al succionar más aire, lo que ayuda a mejorar el empuje. Esto significa que se crea un alto empuje con un gasto ligeramente mayor de combustible.
Esta es la razón por la que los motores turbofán son altamente económicos en cuanto al consumo de combustible. El ruido producido por un motor de turbina depende en gran medida de la velocidad del chorro de salida. Debido a que en un motor turbofán el aire frío desviado se mezcla con el aire caliente, es posible mantener la velocidad de salida dentro de un límite, superando así el problema del ruido con un escape más silencioso y una mejor economía de combustible. Los motores turbofán continúan dominando los sistemas de propulsión de las aeronaves.
Esperamos que esto haya sido una buena introducción al funcionamiento de los motores de turbina y cómo funcionan los motores a reacción. Gracias por leer este contenido.
