Clase electrónica semana N° 05: Motores de Reacción
Clase electrónica semana N° 05
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Motores de Reacción
Un motor a reacción es un sistema propulsivo cuyo principio de funcionamiento esta basado en la aplicación de la 2da y 3ra Ley de Newton. Entonces, los motores a reacción son todos aquellos que utilizan una serie de gases, que expulsados a gran velocidad y presión, ejercen una fuerza en sentido contrario (impulso o avance).
También podemos definir los motores de reacción como aquellas máquinas térmicas que transforman la energía de los propulsantes (combustible y aire atmosférico) en energía cinética del chorro de gases que las atraviesan.
Estos se pueden dividir en dos grandes grupos: autónomos y no autónomos. Los autónomos son aquellos que no no necesitan tomar ningún elemento del ambiente en que operan para realizar la reacción química que los propulsa por transportar con ellos mismos todo lo necesario, por ejemplo los motores cohete.
Los motores de reacción no autónomos, precisan del aire atmosférico del ambiente en que operan para reaccionar químicamente con el combustible que el mismo transporta. Este es el tipo de motor de reacción que se usa en aviación, por ejemplo turborreactores, turbofans, cohetes, estatorreactores, motores de agua entre otros.
Ciclo de Brayton
En los motores de reacción de los aviones, es ampliamente utilizado el ciclo de Brayton, así como en todas aquellas centrales termoeléctricas que no operan con vapor de agua. Consiste en dar presión al aire para luego calentarlo quemando el combustible, cuando el gas alcanza una alta temperatura, se hace pasar por una turbina donde se extrae su energía; una parte de esa energía se emplea para impulsar el compresor, y la energía restante se utiliza para girar un generador eléctrico. El ciclo de Brayton se muestra en los diagramas PV y TS en la Figura 1.
Diagrama Pv y Ts del ciclo de Brayton
El ciclo de Brayton se puede resumir de la siguiente manera:
1 -2: Compresión adiabática en el difusor.
2 -3: Combustión a presión constante.
3 -4: Expansión adiabática Del trabajo total que se obtiene en la turbina, una parte se aprovecha para hacer girar el compresor, con lo cual el trabajo útil será la diferencia de ambos.
4-1: Exclusivamente ideal y a efectos de completar el ciclo.
A conticuación se muestra una descripción detallada e interactiva del funcionamiento del ciclo:
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Investigue mínimo dos ejemplos de motores de reacción. Explique brevemente para que se utilizan y como funcionan.
Referencias Consultadas:
1. Wark K. & Richards D. (2001). Termodinámica. (6ta. Ed., pp. 720-727). Madrid: McGraw-Hill
2. Cengel Y. y Boles M. (2002). "Termodinámica". Mc Graw Hill, 5ta edición.
3. Lopez R., "Ciclo Brayton" [pagina web], consultado el 24/10/2010, disponible en: http://cerezo.pntic.mec.es/rlopez33/bach/tecind2/Tema_3/brayton.html

Marihen Alvarez dijo
MARIHEN ALVAREZ
C.I.18241242
SECCIÓN: I-003-D
Tres ejemplos de motores de reaccion pueden ser:
Turbopropulsor, turboventilador y turbofan... DEFINIDOS A CONTINUACION....
Turbopropulsor:
Este motor produce dos tipos de empuje, uno con la hélice propulsora y el otro a través del escape. Una caja grande de engranajes permite que la turbina haga girar una gran hélice a altas velocidades, produciendo así el primer tipo de empuje. La caja de engranajes tiene muchas piezas movibles (que podrían romperse) y puede obstruir el paso del aire al motor.
Conforme la velocidad de la hélice aumenta, las puntas de las palas pueden acercarse a velocidades supersónicas. Si sucede esto, el flujo podría separarse y se podrían formar ondas de choque, disminuyendo el flujo de aire al motor. Por estas razones, el uso de este tipo de motor todavía está restringido a velocidades reducidas debido al gran tamaño de la hélice y a la caja de transmisión.
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La hélice precede a la entrada de aire y al compresor, pero tiene el mismo propósito. Proporciona un gran volumen de aire de alta presión al escape del motor. La entrada de aire y el compresor se utilizan para enviar una parte del flujo de aire al combustor. Se utiliza una turbina para accionar la hélice y el compresor, y los calientes gases de escape aceleran conforme abandonan el motor a través de la tobera de eyección. (Éste es el segundo tipo de empuje, después del empuje producido por la hélice).Como, en realidad, sólo una pequeña cantidad del flujo de aire se quema dentro del motor, el turbopropulsor puede generar una fuerza de empuje bastante grande con un consumo de combustible que es bajo en comparación al de un turborreactor. Cuando un avión está diseño para volar a velocidades no muy altas, el turbopropulsor es generalmente el motor que se elige.
Turboventilador:
Este motor puede ser descrito como un punto intermedio entre el turbopropulsor y el turborreactor. El turboventilador incluye una gran hélice interna (a veces llamado "ventilador canalizado") y dos corrientes de aire que fluyen a través del motor. La corriente principal viaja a través de todos los componentes como sucede en un turborreactor, mientras que la corriente secundaria generalmente es impulsada a través de una tobera de eyección para mezclarse después con la principal corriente de escape.
El turboventilador tiene varias ventajas en comparación con los otros dos tipos de motores. El ventilador no es tan grande como la hélice de un turbopropulsor, por lo que la velocidad alcanzada por la punta de las paletas del ventilador no es tan alta. Además, el ventilador se encuentra dentro de de la cubierta del motor, lo cual permite que la aerodinámica se pueda controlar mejor. A velocidades más altas, la separación del flujo es menor, y la formación de ondas de choque es menos problemática.
Un turboventilador puede ser utilizado para volar a velocidades transónicas que alcancen Mach 0.9. El ventilador es más pequeño que la hélice de un turbopropulsor, pero es capaz de aspirar mucho más aire que un turborreactor, por lo que genera más empuje. Al igual que el turbopropulsor, el turboventilador consume menos combustible que un turborreactor. El turboventilador es el motor preferido de los aviones comerciales que vuelan a velocidades subsónicas altas.
Aunque es posible usar dispositivos de poscombustión (afterburners) en una o en ambas corrientes de aire, una pequeña cantidad de empuje adicional viene acompañada de un enorme aumento en el consumo de combustible. El costo es tan alto, de hecho, que es muy raro que un turboventilador tenga afterburners.
Motor de turbofan
La mayoría de los motores a reacción modernos son realmente turbofans, también llamados turboventiladores, donde un compresor de baja presión actúa como un ventilador (fan, en inglés), proporcionando aire comprimido no sólo al núcleo del motor, sino a un conducto de derivación. El flujo de aire derivado bien pasa a una tobera fría separada o se mezcla con los gases de salida de la turbina de baja presión, antes de expandirse a través de una tobera de flujo mixto.
Los motores turbofan civiles tienen un empuje específico bajo (empuje neto dividido por el flujo de aire) para mantener el ruido del motor bajo y mejorar la eficiencia en el combustible. En consecuencia, la relación de derivación (flujo de derivación dividido por el flujo del núcleo) suele ser alta, entre 4:1 y 8:1. Sólo se necesita una única fase de ventilador debido a que el bajo empuje específico implica una relación de presión del ventilador baja.
En los turbofans militares, sin embargo, el empuje específico es alto, para aumentar el empuje dado en una zona, aumentando también el ruido del motor. Generalmente se necesita varias etapas de ventiladores para alcanzar una alta presión.
Referencias bibliográficas
http://www.3djuegos.com/foros/tema/234844/0/motores-a-reaccion/
http://wings.avkids.com/Libro/Propulsion/advanced/types-01.html
12 Abril 2011 | 12:39 AM