“El turbofán y su funcionamiento”
Asignatura: Introducción Introducción a la Ingeniería Civil Mecánica Mecánica Profesora: Prof. Ing. Adelaida Rojo Tapia Alumno: Ignacio Arturo oto Morales !ec"a: #$%$&%'(
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)ndice Páginas Índice……………………………………………………………… ……………………. 2 Glosario…………………………………………………………… …………………… 3 Introducción……………………………………………………… …………………. 4 Desarrollo………………………………………………………… ………………….. 5-11 Sistemas de roulsión………………………………………………. 5-! "ur#orreactores………………………………………………… ………. $ %uncionamiento tur#orreactor de &u'o (nico…………… )-* "ur#orreactor de &u'o do#le +tur#o,án ……………………. 1-11 Diagrama concetual………………………………………………………… …. 12 /onclusión………………………………………………………… ………………… 13-14 2
/omlemento…………………………………………………… ……………….. 15-1$ 0i#liogra,a….. ……………………………………………………………………… 1)
*losario •
Combustión: la com+ustión se refiere a las reacciones ,uímicas
,ue se esta+lecen entre cual,uier compuesto - el oígeno. A esto tam+i/n se le llama reacciones de oidación. 0e este tipo de proceso se desprenden energía lumínica calórica - se llevan a ca+o rápidamente. •
Postcombustión: Proceso en el cual se le in-ecta com+usti+le a
la me1cla -a com+ustionada proveniente de alg2n tipo de motor a reacción3 reali1ado por un post,uemador. •
comresores son má,uinas especialmente dise5adas - construidas para aumentar la resión en los gases3 a trav/s de un intercam+io de energía entre am+os3 en donde el tra+ajo producido por el compresor es traspasado al gas. Compresor : 4os
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Arrastre: es la fricción entre un o+jeto sólido -
fluido 6un lí,uido o gas7 por el ,ue se mueve. Alabes: Corresponde a las paletas curvas de una tur+ina o tur+o
má,uina3 cu-o principal o+jetivo es desviar el flujo de la corriente para la transformación de energía cin/tica.
Introducción 4as má,uinas se "an vuelto un factor fundamental en los procesos industriales - por ,u/ no tam+i/n en las acciones de nuestro día a día3 -a sea al movili1arnos en alg2n tipo de automóvil "acia el tra+ajo o el colegio3 al viajar a diversos lugares en avión3 al su+ir un ascensor de un edificio3 o tam+i/n el simple "ec"o de reci+ir energía el/ctrica en nuestra casa trae consigo una serie de procesos físicos ligados a má,uinas3 como -a se "a dic"o de distintos tipos dependiendo de la situación. Por ejemplo3 tan solo el "ec"o de ,uerer viajar "acia alg2n país en avión involucra el accionar de una má,uina ,ue involucra m2ltiples fenómenos físicos. 8l avión es propulsado por un motor ,ue "ace posi+le ,ue este sea capa1 de volar - despla1arse a trav/s del glo+o. 9Pero ,ue es la propulsión 4a propulsión es el movimiento generado a partir de una fuer1a ,ue empuja o da impulso. ;n sistema de propulsión es una má,uina ,ue produce un empuje ,ue genera un movimiento deseado en un determinado o+jeto. 8n aviones - naves espaciales3 el empuje generado se +asa - corresponde a la aplicación 4
de la tercera le- de
istemas de propulsión 4a cantidad de empuje generado depende del flujo de la masa de aire ,ue pasa atreves del motor - la velocidad de salida de la me1cla del gas - el aire. 8isten distintos sistemas de propulsión ,ue generan empuje de maneras ligeramente distintas. in em+argo3 me referir/ principalmente al motor de tur+ina tur+ofán ,ue se clasifican dentro de los motores a reacción3 ,ue como se "a descrito anteriormente es un tipo de motor ,ue genera empuje a trav/s de la epulsión de un c"orro de fluido a una gran velocidad de acuerdo a las 4e-es de
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i se piensa en la primera 4e- de movimiento de segundo3 el empuje de+e eceder al arrastre del avión para ,ue este pueda acelerar. Mientras más grande la diferencia entre empuje arrastre3 más rápido el avión es capa1 de acelerar. 8s por esta ra1ón ,ue eisten diversos tipos de motores ,ue satisfacen distintas necesidades de vuelo3 como las altas velocidades3 !
la eficiencia del motor3 el transporte de cargas pesadas3 etc. 8n este sentido3 los aviones de pasajeros o de carga se encuentran la ma-or parte del tiempo viajando a una velocidad su+sónica crucero constante. Para estos aviones3 ,ue el empuje eceda al arrastre en grandes cantidades no es tan necesario como una alta eficiencia del motor - un +ajo consumo de com+usti+le. >a ,ue el empuje depende en la cantidad de aire o gas movido 6o del c"orro7 - de la velocidad de este3 es más económico - eficiente para este tipo de aviones acelerar una gran masa de fluido 6aire7 en una pe,ue5a cantidad. > es precisamente esa la principal característica ,ue posee el motor de tur+ina tur+ofán.
Tur+orreactores Como fue mencionado anteriormente3 la principal característica del tur+ofán es la mejora del rendimiento acelerando en pe,ue5as cantidades grandes masas de aire3 provocando a la ve1 una reducción de la velocidad media del c"orro propulsivo generado por el motor. Para poder entender a ca+alidad el funcionamiento del tur+ofán es necesario entender el funcionamiento de los tur+orreactores de flujo 2nico3 -a ,ue el tur+ofán corresponde a una versión más eficiente de $
estos. 8l principio +ásico de funcionamiento de los tur+orreactores se +asa en la transformación de los fluidos propulsantes 6aire - com+usti+le7 en energía cin/tica3 "aciendo ,ue la me1cla resultante de estos fluidos propulse al avión. 4os elementos +ásicos de todo tur+orreactor son los siguientes:
Conducto de admisión o difusor Compresor 8je Cámara de com+ustión Tur+ina To+era de escape
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!uncionamiento del tur+orreactor de flujo 2nico 8n los motores de tur+ina3 el aire o gas atmosf/rico ingresa al tur+orreactor3 el com+usti+le es in-ectado al gas atmosf/rico ,uemado3 los gases -a a una temperatura mu- elevada de+ido a la compresión a la ,ue fueron sometidos - a la com+ustión3 se epanden a medida ,ue avan1an en el tur+orreactor "acia la to+era3 provocando un empuje necesario para mover al avión. )
A continuación se entregara una eplicación más detallada: •
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;na gran cantidad de masa de aire entra al motor a trav/s del difusor - es dirigido "acia la sección de compresión3 ,ue consta de varios ala+es ,ue rotan a altas velocidades. 8l compresor aumenta considera+lemente la presión del aire ,ue entra al motor3 pasando por una serie de ala+es rotativos - estacionarios3 como fue mencionado anteriormente. A medida ,ue el gas atmosf/rico avan1a por el motor3 es for1ado a entrar a secciones con menos - menos volumen3 la presión aumenta a2n más. Como consecuencia3 la temperatura del gas atmosf/rico tam+i/n aumenta en grandes cantidades de+ido a la disminución del volumen - a la alta presión de este. Al llegar a la cámara de com+ustión al aire comprimido se le in-ecta com+usti+le - se "ace arder esta me1cla3 aumentando la energía del mismo. 8sta me1cla es acelerada "acia la tur+ina de+ido a la alta presión creada anteriormente por el compresor. Al llegar a la tur+ina3 la me1cla de gases con com+usti+le se epanden a medida ,ue avan1an - pasan a la tur+ina "aciendo ,ue los ala+es de este roten3 o+teniendo - etra-endo así la energía necesaria para "acer funcionar tam+i/n al compresor 6,ue se encuentra generalmente conectado a la tur+ina a trav/s de un eje7 - a variados elementos del avión. 8l propósito de la to+era es convertir la energía en velocidad3 produciendo el necesitado empuje. 4a to+era permite ,ue el flujo de gases comprimidos a una alta temperatura se epandan a medida ,ue avan1an3 donde se aceleran - aumenta la velocidad. 4a diferencia entre la cantidad de movimiento de gases en la entrada3 - posterior salida del motor es lo ,ue produce la fuer1a de empuje necesaria para mover al avión.
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Tur+orreactor de do+le flujo 6tur+ofán7 8n el tur+orreactor de do+le flujo o tur+ofán corresponde a una versión modificada del tur+orreactor de flujo primario3 los dos comparten la misma estructura - elementos internos3 pero el tur+ofán contiene un ?fan@ u+icada al inicio del motor3 es decir3 una especie de compresor compuesto por m2ltiples ala+es cu-a función es acelerar el gas entrante al motor. Ca+e mencionar3 ,ue generalmente el fan de+e girar a una velocidad muc"o menor a la de los compresores internos de alta presión3 por lo ,ue suelen incorporar dos ejes separados ,ue permiten ajustar velocidades de rotación para cada sistema. 8n este tipo de tur+orreactor solo una parte del gas atmosf/rico entra al motor - es sometido a todo el proceso descrito con anterioridad 6al gas ,ue entra es com+ustionado se le llama flujo primario73 la otra parte del gas atmosf/rico ,ue ingresa al motor 6denominada flujo secundario7 no es sometido a la com+ustión3 - solamente es acelerada por el fan ,ue se encuentra en el conducto de admisión o difusor. 8n estos motores la ma-or parte del empuje es producido por el flujo secundario3 como mínimo un (B del empuje proviene del flujo secundario. Aun,ue eiste una menor energía relacionada al flujo secundario comparada con la energía del flujo primario3 +asta con mover - acelerar una gran cantidad de masa de aire - com+ustionar una pe,ue5a cantidad de aire para ,ue el tur+ofán produ1ca un empuje suficiente para mover al avión.
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/a#e tam#in mencionar ue eiste un ndice de deriación o ndice de #6ass +o 06Pass 7atio en ingls8 ue relaciona la cantidad de &u'o secundario utili9ado resecto del rimario. Por e'emlo8 si un tur#o,án :ace uso de una gran cantidad de &u'o secundario se dirá ue osee un ndice de deriación o #6ass eleado +:ig: #6ass. ;l contrario8 si :ace menor uso del &u'o secundario se dirá ue tiene un #a'o ndice de deriación +lo< #6ass. =s or esto ue los aiones de asa'eros8 o de transorte usan motores tio de tur#o,án de un ndice de eleación eleado +:ig: #6ass8 6a ue les ermite ia'ar a altas elocidades su#sónicas crucero resultando e>ciente 6 económico resecto de otras alternatias8 6a ue o,rece un menor consumo de com#usti#le.
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Mapa conceptual
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Conclusión ?os tur#orreactores de &u'o rimario son solo e>cientes a elocidades suersónicas 6 son mu6 ruidosos. =s or ello ue la ma6ora de los aiones :o6 en da utili9an en su lugar motores tur#o:lice a elocidades #a'as o tur#o,án a elocidades altas8 ue consumen menos com#usti#le8 son más silenciosos 6 son muc:o más e>cientes. Sin em#argo8 los tur#orreactores aun son usados :o6 en dia en misiles de crucero de medio alcance de#ido a su gran elocidad de escae8 6 relatia simlicidad8 6 ,ueron tam#in mu6 comunes en aiones de com#ate de la segunda guerra mundial8 de :ec:o8 ,ueron dise@ados con el o#'etio de roulsar este tio de aiones8 ero su uso a la ,ec:a de :o6 :a disminuido drasticamente. /omo conclusión odemos rescatar ue el o#'etio de este tra#a'o ,ue cumlido a ca#alidad8 se elicó el rinciio de ,uncionamiento 6 se dio a conocer los comonentes internos más imortantes. =s necesario mencionar 6 destacar ue los aances tecnológicos :an ermitido el desarrollo de diersos tios de motores a tur#ina ara distintos tios de necesidades de uelo. Siendo el tur#o,án un claro e'emlo de estos aances8 llegando a ser casi imrescindi#le en distintos tios de aiones en el dia de :o6. =s tam#ien e'emlo de cómo es cada e9 más imortante la necesidad de ue se cumlan márgenes de e>ciencia en este tio de máuinas ue tienen or o#'etio serir a millones de ersonas8 6 ue al cumlir estos 13
estándares se #ene>cian 6 satis,acen la necesidad de los mismos. Sin em#argo8 al ser estos motores altamente con>a#les siendo caaces de entregar a@os de sericio sin ma6ores ro#lemas mecánicos8 cuando se resenta alg(n tio de ro#lema8 de#ido a lo oco com(n estos 6 a las limitaciones ue :a6 ara simular auellos ro#lemas8 los euios mecánicos 6 de uelos odran llegar a sentirse oco rearados ara diagnosticar el ro#lema8 or lo ue se necesitan de euios de tra#a'o altamente eseciali9ados 6 con una asta eeriencia en el ru#ro.
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Complemento /omo 6a me :e re,erido a los tur#orreactores 6 tur#o,án8 a modo de comlemento me gustara :acer re,erencia a los motores de tur#inaA tur#o:lice 6 tur#orreactor de ostcom#ustión.
"ur#o:lice =ste motor se odra de>nir como una me9cla de un tur#orreactor 6 un motor de :lice. =n su interior tiene el n(cleo de un tur#orreactor ara roducir energa8 ero generalmente con dos tur#inas. ?a rimera tur#ina :ace ,uncionar al comresor mientras ue la segunda a la :lice. ?os engrana'es son necesarios ara reenir ue la :lice alcance elocidades suersónicas 6 ierda e>ciencia. ?a segunda tur#ina ue :ace ,uncionar a la :lice8 etrae la ma6or cantidad de energa desde el &u'o de aire ara :acer ,uncionar a la misma. ;roimadamente un 1B del emu'e total roducido or la tur#o:lice roiene de los gases de com#ustión roducida or la misma. ?as tur#o:lices oeran 6 son muc:o más e>cientes en elocidades su#sónicas #a'as8 or eso son utili9adas rincialmente or aiones militares de carga.
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=n la imagen se o#seran las artes ,undamentales del tur#o:lice8 6 en esta esec>ca imagen se arecia un tur#o:lice con un e'e (nico8 en donde la ca'a de engrana'e está conectada directamente a la tur#ina.
"ur#orreactor de ostcom#ustión 1!
=ste motor es un tur#orreactor con la caacidad adicional de in6ectar com#usti#le en los gases de com#ustión desus de ue estos :a6an asado or la tur#ina8 es decir en la to#era de salida. =l com#usti#le in6ectado roduce un emu'e adicional ma6or a aroimadamente el 5B. =l roceso de ostcom#ustión no utili9a el com#usti#le tan e>cientemente como en las cámaras de com#ustión8 lo ue roduce ue el uso de este rocedimiento incremente drásticamente los nieles de consumo del com#usti#le. =s or eso ue es generalmente usado en aiones de com#ate ara as ganar cortos eriodos de emu'e adicional como ara aumentar la elocidad al desegue o en manio#ras en el aire comle'as.
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i+liografía C1 Eos Fanuel ?óe9 Granero8 Eunio del 212 H=studio de un tur#o,án. C2 :ttJJstudentng.comJtransicion-al-tur#o:elice C! :ttJJ<<<.airsacemag.comJistJOnetJ&ig:t-toda6J:o
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