La tecnología aeronáutica ha avanzado mucho desde el histórico primer vuelo de los hermanos Wright. Con el paso del tiempo, los aviones han evolucionado para volverse más fuertes y capaces de transportar cargas más pesadas y alcanzar velocidades más altas en el aire. Esto requirió la invención de un sistema de propulsión para generar empuje.
Hoy en día, las turbinas de gas son la forma de propulsión más utilizada, pero existen diferentes tipos y variaciones de este motor.
Las turbinas de gas modernas pueden generar decenas de miles de libras de empuje o caballos de fuerza mecánicos, lo que permite que los aviones viajen más rápido, más lejos y mejor que nunca.
En este artículo, aprenderá sobre los cuatro tipos principales de motores de turbina: turborreactor, turbohélice, turbofán y turboeje.
RESUMEN
Básicamente, todos los motores de aeronaves comparten un principio de funcionamiento común basado en la tercera ley del movimiento de Newton:
"Por cada acción hay una reacción igual y opuesta".
Todos siguen el mismo ciclo, pero difieren en la forma en que convierten la energía en empuje o potencia. A continuación, se ofrece una descripción general:
-
Turborreactor: Rendimiento de alta velocidad, ruidoso, consume mucho combustible.
-
Turbohélice: eficaz a velocidades moderadas con empuje impulsado por hélice.
-
Turbofán: común en aviones de pasajeros, confiable y con operaciones más silenciosas.
-
Turboeje: impulsa helicópteros y unidades auxiliares con especial atención a la potencia mecánica.
¿Qué son los motores de turbina?
Los motores de turbina de gas son un tipo de motor de combustión interna que genera energía utilizando un flujo de aire a alta velocidad.
Funcionan haciendo circular el aire de forma continua mediante estos cuatro procesos clave:
-
Consumo
-
Compresión
-
Combustión
-
Escape
Estos motores comparten un principio de diseño fundamental: separar los procesos en diferentes secciones para mejorar las operaciones de rendimiento.
Pero a diferencia de los motores alternativos, donde estas funciones se realizan secuencialmente en una sola cámara, las turbinas de gas las realizan simultáneamente.
1. Motor turborreactor
El turborreactor fue el primer tipo de motor de turbina de gas que se desarrolló para la propulsión de aeronaves y sigue siendo un diseño notable en la historia de la aviación (a pesar de haber sido reemplazado en gran medida en la aviación comercial moderna).
El motor a reacción tiene un rendimiento superior en cuanto a velocidad y altitud en comparación con los motores alternativos, pero tiene capacidades limitadas de despegue y ascenso. Las hélices son más capaces a velocidades más bajas y durante el despegue y el aterrizaje, lo que resulta en una mayor eficiencia de combustible.
Tenga en cuenta que es importante que todos los motores de turbina funcionen dentro de los límites de temperatura, velocidad de rotación y torque designados.
La configuración de potencia puede variar según la instalación y puede incluir parámetros como temperatura, torque, flujo de combustible o RPM.
Normalmente, los límites operativos se alcanzan antes de avanzar completamente los aceleradores, independientemente de las condiciones climáticas.
Los turborreactores funcionan comprimiendo aire, mezclándolo con combustible, encendiendo la mezcla y expulsándola a altas velocidades para producir empuje.
Cómo funciona
-
Entrada de aire: la entrada dirige el aire suavemente hacia las aspas del compresor. En el caso de aeronaves que vuelan a velocidades supersónicas, el sistema de entrada reduce el flujo de aire a velocidades subsónicas para proteger el motor.
-
Compresor: El aire es comprimido por múltiples etapas de ventiladores, aumentando significativamente su presión.
-
Cámara de combustión: el aire comprimido se mezcla con el combustible y se enciende. Los turborreactores funcionan con una proporción pobre de aire y combustible de aproximadamente 50:1, lo que ayuda a controlar la refrigeración del motor.
-
Turbina: Los álabes de la turbina absorben energía de los gases de escape a alta velocidad. Esta energía impulsa el compresor.
-
Escape: Los gases a alta presión salen del motor, generando empuje.
Los turborreactores se utilizaron ampliamente en los primeros aviones a reacción, como el Heinkel He 178, pero ahora se encuentran principalmente en aplicaciones militares y de alta velocidad.
2. Motor turbohélice
El motor turbohélice es básicamente un motor turborreactor conectado a una hélice a través de una caja de cambios reductora. Es realmente ideal para vuelos regionales que operan a velocidades y altitudes intermedias.
Ahora bien, el motor turbohélice tiene múltiples ventajas sobre otros tipos de motores, como su peso ligero, su sencillez de funcionamiento y su mínima vibración.
Es más capaz cuando vuela a velocidades entre 250 y 400 mph y altitudes entre 18.000 y 30.000 pies.
Su potencia se mide en caballos de fuerza en el eje y se determina mediante las rpm y el par motor. El motor también produce empuje a reacción, pero esto solo representa un pequeño porcentaje de su potencia total.
Los motores de turbohélice son más pesados y complejos que los de turborreactor, pero realmente destacan por su capacidad de generar empuje a bajas velocidades. La desventaja es que su eficiencia disminuye a medida que aumenta la velocidad de vuelo.
Cómo funciona
-
Núcleo del turborreactor: El núcleo del motor funciona como un turborreactor, generando energía.
-
Caja de cambios: El eje de la turbina de alta velocidad se conecta a una caja de cambios, que reduce la velocidad de rotación para impulsar la hélice.
-
Hélice: La hélice genera empuje desplazando un gran volumen de aire a velocidades más bajas.
Aproximadamente el 80-85% de la energía del motor se utiliza para impulsar la hélice, mientras que la energía restante sale por el escape.
Los motores turbohélice se pueden encontrar en aviones como el King Air y el Dash 8, estos generalmente operan en rutas regionales y de carga.
3. Motor de turbofán
Un motor de turbofán es un motor a reacción con un ventilador canalizado que desvía parte del aire de admisión alrededor del núcleo.
Los motores de turbofán están presentes en toda la aviación comercial moderna porque logran un equilibrio perfecto entre capacidad, potencia y reducción de ruido. Los motores de turbofán pueden ser de bajo o alto bypass.
Son una evolución de la tecnología de los turborreactores, diseñados para generar la mayor parte de su empuje a través de un gran ventilador de derivación.
Cómo funciona
-
Ventilador: Un gran ventilador entubado en la parte delantera empuja el aire desviado alrededor del núcleo del motor. Este aire desviado genera empuje adicional y enfría el motor.
-
Motor central: Parte del aire entra en el núcleo, donde sufre compresión, combustión y escape, de forma similar a un turborreactor.
-
Relación de derivación: esta relación compara la cantidad de aire que pasa por el núcleo con la cantidad que pasa a través de él. Los motores con alta derivación son más eficientes y silenciosos.
Muchos motores de turbofán utilizan dos carretes, con compresores y turbinas de alta y baja presión independientes. Este diseño mejora el rendimiento y la fiabilidad.
Aviones como el Boeing 747 y el Airbus A320 dependen de motores de turbofán para un rendimiento confiable en distintas altitudes y velocidades.
4. Motor de turboeje
Los motores de turboeje están diseñados principalmente para transferir potencia mecánica en lugar de generar empuje. Se utilizan ampliamente en helicópteros y unidades de potencia auxiliares (APU).
Cómo funciona
-
Núcleo del turborreactor: El núcleo del motor funciona de manera similar a un turborreactor.
-
Eje de transmisión: La turbina impulsa un eje de transmisión conectado a una transmisión.
-
Transmisión: Este sistema transfiere energía rotacional a las palas del rotor del helicóptero.
En los helicópteros, esto permite un control preciso de la sustentación y la dirección. Los motores de turboeje también proporcionan energía a bordo para aeronaves más grandes cuando están en tierra.
El Bell 206 y el Sikorsky UH-60 Black Hawk son ejemplos de helicópteros propulsados por motores de turboeje.
Motores de gas vs. motores alternativos
Una distinción notable entre las turbinas de gas y los motores alternativos radica en cómo manejan las cuatro funciones principales del motor.
En un motor alternativo, estas funciones se producen dentro de la misma cámara de combustión en etapas secuenciales, es decir, cada fase debe esperar a que se complete la anterior.
En un motor de turbina de gas, cada función tiene su propia sección dedicada, lo que permite que todos los procesos ocurran de forma simultánea y continua.
Un motor de turbina de gas típico se compone de las siguientes secciones:
-
Entrada de aire: dirige el aire hacia el motor.
-
Sección del compresor: aumenta la presión del aire a través de múltiples etapas de compresión.
-
Sección de combustión: mezcla el aire con el combustible y enciende la mezcla.
-
Sección de la turbina: extrae energía de los gases de escape para impulsar el compresor.
-
Sección de escape: expulsa gases a alta velocidad para producir empuje.
-
Sección de accesorios: proporciona sistemas de soporte, como energía para instrumentos y componentes auxiliares.
-
Sistemas de apoyo: incluye sistemas esenciales para el arranque, la lubricación, el suministro de combustible y funciones auxiliares como antihielo y presurización.
Preguntas frecuentes
-
¿Por qué los turborreactores son menos comunes hoy en día?
Los turborreactores no son tan eficaces ni tan ruidosos, por lo que son menos adecuados para la aviación comercial. Los motores de turbofán ofrecen una alternativa más silenciosa y con un consumo de combustible más eficiente. -
¿Qué es una relación de derivación en motores de turbofán?
La relación de derivación es la cantidad de aire que fluye alrededor del núcleo del motor en comparación con el aire que pasa a través de él. Los motores con alta relación de derivación son más silenciosos y más eficaces a velocidades subsónicas. -
¿Qué son las APU y cómo funcionan?
Las unidades de potencia auxiliares (APU) son motores de turboeje que proporcionan energía eléctrica y aire presurizado en tierra. También pueden servir como fuentes de energía de respaldo durante el vuelo. -
¿Cómo logran los turbohélices eficiencia de combustible?
Los turbohélices generan empuje acelerando grandes volúmenes de aire con una hélice, lo que los hace ideales a velocidades y altitudes moderadas. -
¿Los motores de turboeje se utilizan sólo en helicópteros?
No, los motores de turboeje también alimentan las APU y otros sistemas mecánicos en aviones grandes.
Llevar
Los motores de turbina de gas han recorrido un largo camino y han evolucionado hasta convertirse en cuatro tipos principales para diferentes necesidades de la aviación.
Los turborreactores priorizan la velocidad, los turbohélices se destacan en operaciones de rango medio, los turbofán equilibran el rendimiento y la reducción de ruido, y los turboejes proporcionan potencia mecánica para helicópteros y sistemas auxiliares.
A medida que aprenda más sobre estos motores, comenzará a ver la notable ingeniería detrás de la aviación moderna.
¿Interesado en motores e instrumentos?
¡Nuestras guías están diseñadas para ayudar!
-
6 funciones del aceite utilizado en los motores de los aviones
-
Diferencias entre motores turbohélice y motores de pistón: eficiencia y seguridad
¿Le resultó útil este artículo?
¿Crees que nos hemos olvidado de alguna pregunta importante de la entrevista? ¡Cuéntanoslo en los comentarios a continuación!
