PROPULSIÓN A CHORRO Procedimiento por el que se impulsa hacia delante un objeto como reacción a la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran velocidad. Ejemplo sencillo de propulsión a chorro es el movimiento de un globo hinchado cuando se deja salir el aire repentinamente. Mientras se mantiene cerrada la abertura, la presión del aire en el interior del globo es igual en todas direcciones; cuando se suelta la boca, la presión interna que experimenta el globo es menor en el extremo abierto que en el extremo opuesto, lo que hace que el globo salga despedido hacia adelante. Un motor a reacción no funciona de forma tan sencilla como un globo, aunque el principio básico es el mismo. Más importante que la diferencia de presiones resulta la aceleración a altas velocidades del chorro que sale del motor. Esto se consigue en el motor mediante fuerzas que permiten al gas fluir hacia atrás formando un chorro. Los aviones son impulsados acelerando aire hacia atrás y ejerciendo una fuerza sobre estos. La fuerza de igual magnitud y dirección opuesta del fluido sobre el avión es lo que lo impulsa. Una hélice acelera ligeramente una gran masa de fluido, mientras que el motor a chorro del avión ocasiona que una masa relativamente pequeña de aire sufra una gran cambio en la velocidad.
La propulsión a chorro se emplea preferentemente en aeronaves que precisan alcanzar grandes velocidades velocidades o altitud, como son los cohetes y naves espaciales Para conseguir una alta velocidad de chorro se precisa quemar un combustible de alta energía a grandes presiones, que produzca el volumen de gas necesario. Como oxidante puede utilizarse el oxígeno del aire, haciéndolo entrar en el reactor y comprimiéndolo posteriormente, o también suministrándolo al motor mediante depósitos habilitados junto al propio motor en el caso de que la atmósfera no disponga de oxígeno.
REACTORES A la cámara de combustión (1), se envía combustible desde el tanque (2), y también se envía oxidante desde el tanque (3), utilizando las bombas (4) y (5) respectivamente. Los productos gaseosos resultantes son expulsados por la tobera de Laval (6), hacia el medio circundante. Todos los reactores atmosféricos dependen del flujo de una gran masa de aire que se comprime, se emplea para oxidar el combustible y finalmente se expande hasta bajas presiones a través de una tobera para lograr una elevada velocidad de salida del chorro.
EL CICLO TERMODINÁMICO BRAYTON El ciclo termodinámico Brayton que se utiliza en todos los motores de turbina de gas. La figura muestra un diagrama Ts del ciclo de Brayton. Usando el motor de turbina estación sistema de numeración , comenzamos con flujo libre en condiciones de estación 0. En vuelo de crucero, la entrada disminuye la corriente de aire a medida que se lleva a la cara compresor en la estación 2 . A medida que el flujo disminuye, parte de la energía asociada con la velocidad de la aeronave aumenta la estática presión del aire y el flujo es comprimido. Idealmente, la compresión esisentrópica y la estática temperatura también se incrementa, como se muestra en la gráfica. El compresor hace trabajo en el gas y aumenta la presión y la temperatura isotrópicamente a la estación 3 de la salida del compresor. Puesto que la compresión es isotrópica idealmente, una línea vertical en el diagrama Ts describe el proceso. En realidad, la compresión no es isotrópica y la línea de proceso de compresión se inclina a la derecha, debido al aumento en entropía del flujo. El proceso de combustión en el quemador se produce a una presión constante de la estación 3 de la estación 4 .El aumento de la temperatura depende del tipo de combustible utilizado y la relación combustibleaire . El gas de escape caliente se pasa entonces a
través de la turbina de potencia en el que el trabajo es realizado por el flujo de la estación 4 a la estación 5 . Debido a que la turbina y el compresor están en el mismo eje, el trabajo realizado en la turbina es exactamente al trabajo realizado por el compresor y, idealmente, el cambio de temperatura es el mismo. La boquilla entonces trae el flujo isotrópicamente de nuevo a presión de la corriente libre de la estación 5 hasta la estación 8 .Externamente, las condiciones de flujo volver a las condiciones de flujo libre, que completa el ciclo. El área bajo el diagrama Ts es proporcional al trabajo
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES A REACCIÓN DE PROPULSORES A CHORRO Un motor a reacción es un sistema propulsivo cuyo principio de funcionamiento está basado en la aplicación de la Segunda y la Tercera Ley de Newton 1ª Ley de Newton: Todo cuerpo permanece en estado de reposo o velocidad constante (aceleración = 0) cuando se le deja libre sin que actúe ninguna fuerza sobre él. 2ª Ley de Newton: que la fuerza total ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por su aceleración.
3ª Ley de Newton: A toda acción de una fuerza, hay una reacción igual actuando en la misma dirección pero en sentido contrario. Entonces podemos considerar que 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. Que podríamos llamar impulso o avance. Dentro del grupo de los motores a reacción, estos se pueden dividir en cuatro grandes grupos, tres de los cuales son utilizados actualmente por la industria aeronáutica. Los motores a reacción llamados motores cohete son aquellos que funcionan bajo el principio de reacción y no necesitan del aire ambiente para su funcionamiento. Por lo cual son ideales Para operaciones extra-atmosféricas
Turbohélice La propulsión en un motor turbohélice se realiza por la conversión de la mayor parte de la energía de la corriente de gas en potencia mecánica para arrastrar al compresor, accesorios, y carga de la hélice. Solo una pequeña cantidad (aproximadamente el 10 por ciento) del empuje del chorro está disponible por la corriente de gas de relativamente baja presión y baja velocidad
creada por las etapas de turbina necesarias para arrastrar la carga extra de la hélice. Las características y usos del turbohélice son como sigue:
1. Alto rendimiento propulsivo a bajas velocidades, lo cual resulta en cortas carreras de despegue pero que disminuye rápidamente a medida que la velocidad aumenta. El motor es capaz de desarrollar alto empuje a bajas velocidades porque la hélice puede acelerar grandes cantidades de aire a partir de velocidad 0 hacia delante del avión. 2. Tiene un diseño más complicado y es más pesado que un turborreactor. 3. Un consumo específico de combustible (TSFC) más bajo que el turborreactor. 4. Combinación motor y hélice con mayor área frontal lo cual necesita trenes de aterrizaje mayores para los aviones de ala baja, pero que no necesariamente aumenta la resistencia parasitaria. 5. Posibilidad de empuje inverso eficaz.
ESTATORREACTORES Los estatorreactor es son motores a reacción auxiliares que carecen de Compresores y turbinas, pues la compresión se efectúa por la alta Presión dinámica
debida a la alta velocidad que es necesario imprimir al estatorreactor para su funcionamiento.
se dividen esos ocho grupos según el tipo de compresor utilizado y la disposición de este
PULSORREACTORES
CICLO DE FUNCIONAMIENTO
Los pulsorreactores tienen un funcionamiento continuo, no se pueden más que encender o apagar según la alternación con los otros equipos a reacción (ya que un Estatorreactor no es más que un equipo auxiliar), como decíamos los "estatos" funcionan de manera continua mientras que los Pulsorreactores disponen de unas válvulas en su interior que permiten Ejecutar la combustión de manera intermitente a impulsos de alta Frecuencia.
El ciclo de funcionamiento de un motor es una de las características más destacadas de este, ya que es aquí donde se puede apreciar su rendimiento en cada una de sus fases. El proceso a que se somete al aire y al gas aire-combustible para funcionamiento de turbinas de gas y turborreactores corresponde al ciclo de Brayton : -Compresión adiabática -Combustión a presión constante -Expansión adiabática.
Turborreactores Los turborreactores son motores pertenecientes al grupo de las turbinas de ciclo abierto, con la única diferencia que para llamarse turborreactor es indispensable que en él se encuentre un compresor o turbocompresor
TIPOS DE TURBORREACTORES . Actualmente podemos diferenciar hasta ocho tipos diferentes de turborreactores. Se diferencian entre sí primeramente según sea su flujo, ya que este puede ser único o doble, dentro de cada uno de estos, se pueden diferenciar también según el número de compresores utilizados: simples o dobles, y finalmente
COMPRESORES Otra de las partes que componen los turborreactores son los compresores, que por cierto son los encargados de dar el prefijo a la palabra turborreactores. Un compresor es un aparato, maquina, que como su propio nombre dice, se encarga de comprimir el aire o cualquier otro gas. Por lo tanto lo que hace es reducir el espacio de este y incrementar su presión y temperatura
CÁMARAS DE COMBUSTIÓN En las cámaras de combustión se produce el llamado ciclo de combustión. Dichas cámaras están compuestas de una serie de partes: El núcleo de las cámaras, que
está recubierto interiormente por un material cerámico, el cual protege la parte exterior del núcleo, realizado normalmente de metales de gran resistencia. Inyectores: están repartidos por las paredes del núcleo, de forma que estos puedan repartir el combustible uniformemente en todo el espacio Llama: en la mayoría de las cámaras, la llama es el sistema más utilizado para encender la mezcla. Consiste en un tubo de material muy resistente a el calor, la punta del cual expulsa una llama de manera continua.
TURBINAS Las turbinas son elementos situados a la salida de la/s cámara/s de combustión que aprovechan parte de la energía cinética de la mezcla expulsada. De manera que si la turbina es solidaria con el mismo eje del compresor esta da una ayuda extra a la hora de comprimir el aire, por lo que cada vez el compresor irá más rápido y consecuentemente lo hará todo el grupo mecánico.
TOBERAS DE ESCAPE La tobera de escape es el último de los componentes, podríamos comparar las toberas con los tubos de e scape de un motor alternativo. Su función, principalmente, es la de evacuar los gases de salida lo más veloz posible.
COHETES
La discusión precedente sobre la propulsión a chorro se refiere a lo que se denomina propulsión se según la cual el fluido ambiente pasa atreves del aparato, se acelera y se impulsa para dar lugar al empuje de propulsión, la propulsión difiere de la anterior en que la materia impulsada para ocasiones del empuje se almacena dentro del aparato y ningún fluido es conducido, por lo tanto la propulsión autónoma, puede realizarse tanto para el fluido como e n el vacío El combustible propulsor de un cohete debe liberar energía sin consumir una materia extraña hasta ahora se ha utilizado el estado sólido, líquido y gaseoso en forma simple y en combinaciones, el más familiar es la pólvora y su liberación energética viene condicionada al tamaño y forma de sus granos, una liberación uniforme y relativamente lenta se obtiene con granos de unos metros de longitud y secciones transversales complejas Los cohetes se usan ampliamente, en proyectiles es dirigido y como elementos auxiliares de la aviación.
Rendimiento del cohete Como no existe fluido conducido a través del cohete, su operación es independiente del cohete de la velocidad propulsiva. La expresión del empuje se obtiene haciendo
