En la actualidad, existe un fenómeno aerodinámico que asusta a la mayoría de los pilotos de avión: el paro del compresor. Este fenómeno puede ser desencadenado por incidentes simples como el impacto de un pájaro. Un paro del compresor puede generar una pérdida total de empuje del motor, vibraciones intensas y fuertes explosiones en el motor. Incluso puede tener efectos catastróficos como una falla total del motor. Veamos qué causa el paro del compresor y cómo evitarlo.
El funcionamiento del motor de un avión
El funcionamiento sincronizado del ventilador, los compresores, la cámara de combustión y las turbinas genera el empuje necesario para mover el avión hacia adelante. Es importante notar que en un motor a reacción, solo una pequeña porción del aire que ingresa va a la cámara de combustión, el resto pasa por el motor sin ser utilizado.
Ahora, enfoquémonos en una sección particular del motor: el compresor. El compresor es la parte encargada de comprimir el aire entrante y aumentar drásticamente su presión. En este motor en particular, hay dos unidades de compresores.
Los álabes estatores están unidos al revestimiento del motor y se encargan de garantizar que los álabes rotores del compresor reciban el flujo de aire en el ángulo correcto. Los álabes rotores del compresor tienen una sección transversal aerodinámica.
La física del paro del compresor
Antes de entender el paro del compresor, es necesario comprender la física de los perfiles aerodinámicos. Un perfil aerodinámico produce sustentación cuando el fluido fluye alrededor de él. Sin embargo, si aumentas demasiado el ángulo de ataque, notarás que las líneas de flujo se separan. Se formarán vórtices en la parte superior del perfil y se producirá un flujo inverso en esa área. Se puede decir que el perfil ha entrado en pérdida. Es importante destacar que con una pala giratoria, el ángulo de ataque es relativo al movimiento de la pala.
Considera ahora la situación de un impacto de ave. La obstrucción causada por el ave puede alterar drásticamente el flujo en la entrada del motor y cambiar el ángulo de ataque del compresor. Si este ángulo de ataque es demasiado alto, se produce un flujo inverso y se produce el paro del compresor. Durante un paro del compresor, este ya no puede enviar el aire entrante a la cámara de combustión, lo que provoca una falta repentina de aire en esa área. Esto significa que la refrigeración en la cámara de combustión se reduce drásticamente y la temperatura en esta sección del motor aumenta drásticamente.
Hay dos posibilidades para la presión de salida del compresor durante un paro. Puede aumentar o disminuir. Para comprenderlo, debemos conocer las características de un compresor. Si reducimos la velocidad de flujo de masa del compresor con la ayuda de un cono, la gráfica de presión frente a flujo de masa se verá así. Después de alcanzar un máximo en la presión, esta disminuye debido al paro del compresor.
Una baja velocidad de flujo puede provocar un alto ángulo de ataque y, por lo tanto, un paro del compresor. Esta gráfica es fundamental para entender las consecuencias de un paro del compresor en un motor. Supongamos que el punto de operación inicial del compresor es A y, debido al paro, se mueve a B. Aquí, la presión en la salida del compresor disminuye drásticamente y hay una gran caída en el flujo de aire.
El aire disponible es insuficiente y, por lo tanto, solo se quema una porción del combustible. Este combustible no quemado y muy caliente, que escapa por la parte posterior de la cámara de combustión, se encontrará con el aire rico en oxígeno que no pasa por la cámara de combustión y se producirá una combustión repentina. Por otro lado, si debido al paro, el punto de operación inicial A se mueve a C, la presión en la salida del compresor aumenta repentinamente y hay una ligera caída en el flujo de masa.
En este caso, hay suficiente aire disponible para la combustión completa del combustible, pero no hay suficiente enfriamiento en la cámara de combustión. Estas condiciones y la alta presión en el centro del motor provocan explosiones repentinas y los gases de escape pueden escapar por uno de los lados del motor.
Este proceso puede repetirse varias veces en un segundo hasta que se alcance el equilibrio de presión. Esto se conoce como una ráfaga del compresor, que causa fuertes ruidos y vibraciones en el motor. Si no se controla adecuadamente, incluso puede provocar una falla total del motor.
Evitando el paro del compresor
Es interesante darse cuenta de que las consecuencias de un simple impacto de ave pueden ser tan graves. Otras causas que pueden desencadenar un paro del compresor o una ráfaga del compresor se enumeran a continuación. Los pilotos deben tomar las medidas necesarias para superar estos eventos desagradables.
El ángulo de ataque incorrecto de las álabes del compresor y una relación de combustible a aire excesivamente rica son las principales causas de un paro del compresor. Corrigiendo estos parámetros, se puede superar un paro del compresor. Los aviones a reacción suelen tener una disposición de álabes de guía de entrada variables en la parte frontal de los motores.
Ajustar el ángulo de estos álabes corrige en gran medida el ángulo de ataque de los álabes rotores. Además, el uso de válvulas de purga para soplar aire y aumentar el flujo de aire también reduce en gran medida los efectos de un paro del compresor. Otra técnica es limitar el suministro de combustible controlando el acelerador.
Esperamos que hayas disfrutado de esta explicación sobre cómo una pequeña perturbación puede generar una gran inestabilidad dentro de un motor a reacción. Otro fenómeno interesante asociado a este tema es una ráfaga rotatoria. Planeamos publicarlo próximamente.
