Sistemas Propulsivos

Franco Espejel Rodrigo Augusto

Materia: Sistemas propulsivos

Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior De Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Unidad Profesional Ticomán.

Motor Trent 900 de la marca Rolls Royce, Fuente: http://www.rolls-royce.com/

Materia: Sistemas Propulsivos. Título del trabajo: Comparativa y Evolución de los sistemas propulsivos. Nombre: Franco Espejel Rodrigo Augusto. Grupo: 4AM2. Lugar y Fecha: México D.F. a 28 de Enero de 2014 1 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



Contenido: 1.- Introducción. 2.-Capítulo I: Evolución de los sistemas propulsivos. 3.-Capítulo II: Comparativa de los sistemas propulsivos. 4.-Conclusiones. 5.-Bibliografía.

2 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



1.-Introducción: El objetivo de esta investigación es desarrollar un contenido simplificado e integrado, del que se pueda apreciar tanto la comparativa entre los diferentes sistemas propulsivos, como la evolución que ha tenido lugar durante los pasados doscientos años, que nos ha llevado al desarrollo de sistemas propulsivos que proveen a la aviación moderna, la cual tiene aplicaciones comerciales, militares, aeroespacial y muchas otras. Esta compilación se desarrolla en dos capítulos, en el primero se abordará el progreso tecnológico que nos ha llevado desde las primeras ideas de motor hasta los más actuales e innovadores de los motores de reacción, considerando también los acontecimientos históricos que impulsaron o ralentizaron la creación de los sistemas propulsivos. Como la industria de los motores es un proceso de innovación constante se han incluido también algunas ideas que aún se mantienen en la fase del “sketch” y

que se espera que sean una realidad en algunos años. El desarrollo se presenta de forma cronológica, con una secuencia lógica, lo que significa que en algún momento debido a la similitud entre dos motores que no hayan sido inventados ese mismo año, se haga referencia al más actual antes de que hayan sido construidos.

F-1.1 Motor Tay de la maca Rolls Royce, Fuente: http://www.rolls-royce.com/ 3 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



El segundo capítulo cubre la necesidad de encontrar las diferen cias y semejanzas que hay entre los varios sistemas propulsivos existentes hasta h asta el momento; Ésta necesidad surge del diseño de aeronaves, y de la pregunta: ¿En qué se diferencia éste sistema propulsivo de los demás y cuál es el que mi aeronave necesita dependiendo de sus especificaciones? Lo que lleva a otro tipo muy diferente de caracterización, ventajas y desventajas a considerar en cada uno de los sistemas propulsivos.




2.-Capítulo I: 70-10 Ac:

Herón de Alexandria desarrolló lo que se cree es el primer sistema accionado por vapor, llamado aeolipile, el cual constaba de una vela que hacía girar el centro mediante la dirección opuesta de dos fuerzas excéntricas de gases e xcitados mediante el calor que se transmitía desde la vela. Esto demostraba lo que ahora se conoce como propulsión a chorro, que es el principio de funcionamiento de un Aero-reactor.

F1 El aeolipile de herón, Fuente: http://www.natureduca.co m/

1800:

El ingeniero y químico francés Phillipe Lebon proyectó un motor alimentado e inflamado por una máquina eléctrica, propuso el fundamento del movimiento de un pistón, como la reacción a una explosión de una mezcla de aire y gas dentro de un cilindro. 1841:

Luigi de Cristoforis creó y mantuvo funcionando por ocho horas co nsecutivas un motor que usaba petróleo como combustible, ya que la combustión ocurría dentro del motor se clasificó como un motor de combustión interna.




1848:

• Alfred Alfred Drake fue el primer investigador que usó gasolina en lugar de gas, dando así

pie al combustible que más se usa en el mundo actualmente. •Jhon Stringfellow creó una máquina de vapor capaz de impulsar un modelo. 1854:

En este año, Jhon Ramsbottom desarrolló el anillo de presión del pistón, así permitiendo el desarrollo de presiones de trabajo tales como las que se conocen hoy en día. 1857:

Los italianos Barsanti Y Matteuci construyeron y obtuvieron la patente del primer motor de combustión interna interna a gas que usaba como comburente una una mezcla de aire e hidrógeno para obtener una potencia mecánica de aproximadamente 5 kw, el motor constaba de dos cilindros a gas enfriados con agua que desarrollaban 100 rotaciones por minuto en el cigüeñal.

F2 El motor de Barsanti y Matteuci, Fuente: www.barsantiematteucci.it

1861:

Nikolaus August Otto creó un primitivo motor de combustión interna que usaba gas de alumbrado para realizar su combustión.




1863:

El francés Etienne Lenoir realizó en 1860 un motor que él mismo había desarrollado, aunque su modelo había sido probado como imposible de montar en un vehículo, en 1863 se adaptó al modelo de cuatro tiempos del Francés Beau de Rochas. El modelo más reciente de Lenoir producía 0.7kw y 80rpm, sólo tenía un cilindro que era enfriado por agua.

1870:

F3 El motor de Etienne Lenoir, Fuente: www.britannica.com

El ciclo termodinámico Brayton bajo el que se rigen los actuales motores de turbina tu rbina de gas, fue propuesto por George Brayton por primera vez en el motor reciprocante que quemaba aceite, el motor fue desarrollado por él; el motor n o funcionaba óptimamente y sólo funcionaba a muy bajas velocidades.

F4 Motor de Brayton, Fuente: todayinsci.com




1876:

Otto perfeccionó su motor aplicando el ciclo de cuatro tiempos planteado por Beau de Rochas en 1870, separando los tiempos en admisión, compresión, expansión y escape, el motor era encendido por chispa eléctrica, y usaba gasolina. Todas estas especificaciones nuevas para la época le dieron al motor de Otto la posibilidad de aplicarse en forma de transporte. El único inconveniente con el motor era la baja eficiencia que manejaba.

1878:

F5 Ciclo ideal de Otto, Fuente: Termodinámica, Ç Termodinámica, Çengel engel

Como el ciclo de cuatro tiempos necesita de dos revoluciones del cigüeñal por cada carrera de potencia del motor, se intentó obtener un mejor rendimiento con el mismo tamaño del motor y una simplificación de las válvulas de admisión y escape, fue por eso que Dugald Clerk creó el motor de dos tiempos.

F6 Motor de dos tiempos de Dugald Clerk, Fuente: modelenginenews.org Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos

8



1886:

•En 1886 Samuel P. Langley desarrolló un Aeródromo, que creó utilizando estudios de

la aerodinámica, del diseño del cuerpo del avión, de motores y del vuelo, mientras era el tercer secretario del instituto Smithsoniano, el único problema que tuvo fue que su Aeródromo no podía ser controlado y estabilizado, pero había creado una máquina autosustentable, que podía transportar a un humano.

F7 El Aeródromo de Samuel P. Langley., Fuente: http://www.sil.si.edu/

•Karl Benz y Gottlieb Daimler simultáneamente y por separado desarrollaron el motor

de alta velocidad que serviría como modelo de los motores alternativos futuros. Motores muy parecidos a éste serían usados posteriormente para impulsar aviones.




1888:

En Estados Unidos y Dinamarca se comienzan estudios del uso de turbinas como generación de electricidad sin el uso del combustible fósil como medio de actuación. 1893:

•En 1893 Samuel P. Langley volvió a intentar inte ntar el vuelo de uno de ssus us Aeródromos pero

no pudo realizar el vuelo debido a que la máquina era incontrolable en una brisa muy ligera. •En este año se le concedió la patente de “Procesos de operación y tipos de construcción para máquinas de combustión” a Rudolf Diesel, por sus estudios teóricos

de un motor más eficiente que el que había hecho Nikolaus August Otto; se basó en la teoría de Sadi Carnot.

1901:

F8 Motor de Rudolf Diesel, Fuente: dieselpowermag.com

El “Manly-Balzer” fue el primer motor de avión diseñado con propósito, era un motor

radial enfriado por agua de 5 cilindros, construido para el proyecto “Langley Aerodrome” Aerodrome”.




F9 Charles Manly y Samuel P. Langley, Fuente: http://www.sil.si.edu/

F10 El Motor de Balzer, Fuente: http://airandspace.si.edu/

1903:

•En 1903 el asistente personal de Langley, Charles Manly intentó un vuelo con un

motor diseñado por Stephen Balzer en Nueva York; que tenía cinco cilindros en configuración radial, que era enfriado mediante agua, que producía 52.4 HP de potencia a 950 rpm que pesaba 207.5 libras.

F11 Motor Manly-Balzer, Fuente: flying machines .org




•Se les atribuye a los hermanos Wright el primer vuelo a motor prolongado y verificado,

su trabajo estableció las las bases para el vuelo de los paratos más pesados que el aire. Su motor era de 4 cilindros de gasolina y fue instalado en el “Wright Flyer” construido con madera de pino.

F 12: El motor en línea de los hermanos Wright, Fuente: old-picture.com

•Charlie Taylor construyó un motor de avión en linea para el Wright Flyer. 1906:

León Levavasseur produce con éxito un motor de 8 cilindros enfriado por agua, configuración v, para uso en aeronaves.

F10 El motor V-12 de León Levavasseur, Fuente: autos.yahoo.com 12 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



1907:

Se usó un motor diseñado por un conductor y diseñador de motores de motocicleta estadounidense llamado Glenn Curtiss como sistema de propulsión de un dirigible, esto lo interesó en la aviación y lo llevó a la creación de sistemas propulsivos con la Asociación de Experimentos Aéreos (AEA) por sus siglas en inglés.

F11 Glenn Curtiss y uno de sus modelos, Fuente: http://airandspace.si .edu/

1908:

•Los hermanos Wright patentan su invento: El aeroplano. •René Lorin patento el diseño del estatorreactor, un tipo de motor a reacción que

carece de compresores y turbinas, ya que la compresión se lleva a cabo debido a la alta velocidad a la que debe funcionar.

13 F12 Elde estatorreactor, de René Lorin, Fuente: Evolución y Comparación los Sistemas Propulsivos xplanes.free.fr



•Gnome Omega diseño el primer motor rotativo rotat ivo en el mundo en ser producido en masa.

Impulsando el Farman III que rompió el record mundial por resistencia de 180 km. 1909:

Henry Ford mandó a producción al modelo T de su marca, hecho que cambió la idea del automóvil como un lujo de transportación, a una herramienta de uso en la vida cotidiana. 1914:

• Al Al inicio de la primera guerra mundial Rolls- Royce diseño su primer aeromotor “The Eagle”, impulsando el primer vuelo trasatlántico, así como el primer vuelo desde

Inglaterra a Australia.

F13 Rolls Royce Eagle, Fuente: modelenginenews.org

• Gnôme-Rhône fue el mayor fabricante de motores de avión hasta 1918, con sus

diseños de motores rotarorios Delta de 9 cilindros. 1917:

•Se creó el OX-15 de Cur Curtiss tiss Aeroplane and Motor Company, motor de baja reputación

que era considerado obsoleto, fue el último diseñado por Glenn Curtiss; Era un motor de 8 cilindros en configuración V con

90°, que creaba 105 HP y era enfriado con agua.




F14 El plano del motor OX-5 de Curtiss, Fuente: www.enginehistory.org

•Un motor alternativo, radial de 9 cilindros fue creado por la compañía francesa Le

Rhone, su peso era de 323 libras, montado en el avión Nieuport, utilizado durante la primera guerra mundial, tenía dos modelos de diferente potencia, Le Rhone 80HP Creaba 80 caballos de fuerza y Le Rhone 110HP creaba 110.

F15 Dibujo moderno del motor Le Rhone 80Hp, Fuente: www.aviation-history.com




•En sólo cinco días fue pensada la solución de un motor ligero que resistiera esfuerzos

de guerra, de ahí surgió el motor Liberty L-12, de manos de Jesse G. Vincent de Packard Motor Car Company y de E.j: Hall de Hall-Scott Motor Company. La orden or den de fabricación de 22,500 motores fue enviada y el trabajo repartido entre Buick, Cadillac, Lincoln, Marmon y Packard. El Liberty L-12 era un motor específico de aviación, tenía 12 cilindros en configuración V, era enfriado con agua y producía 400 caballos de fuerza.

F16 El Liberty 12, Fuente: www.enginehistory.com

•Durante la primera guerra mundial, más de una línea de corriente fueron cortadas por

las líneas enemigas, se usaron turbinas para crear de 25 a 30 Kw. •La compañía General Electric demostró un motor de 350 caballos de fuerza con la

innovación del súpercargado, instalado a un motor de pistones que usa los gases del escape para accionar un compresor de aire que empuje aún más al avión a grandes alturas.




F17Motor Liberty 12 con súper cargado de GE, Fuente: www.enginehistory.com

•La empresa Hispano-Suiza desarrolla motores para aviación de 8 cilindros para la

aviación militar española. 1918:

•Sanford Alexander toma la idea de August Rateau de utilizar un turbocompresor para

mejorar el rendimiento a gran altitud y crea el primer turbocompresor con éxito. •Bristol prueba el motor “Jupiter”, un motor radial de nueve cilin dros en estrella simple,

originalmente diseñado para fines de la primera guerra mundial.

F18 El motor Júpiter de Bristol, Fuente: www.aviationarchive.org.uk




1919:

El motor “Lucifer” desarrollado por Bristol era un motor radial de 3 cilindros enfriado

por aire, desarrollaba 1OO HP.

F19 Avión inglés con un motor Lucifer de Bristol, Fuente: www.aviastar.com

1921:

•La industria alemana durante la copa del pistón, organizada por el Ministerio Imperial

de Transporte Alemán, descubrió los beneficios del uso de aleaciones ligeras como material de los pistones, en lugar de usar los pistones de acero. •Thomas Midgley Jr. Y T.A. Boyd descubrieron la eficacia del (TEL), Tetraetilo de Plomo como el aditivo anti “Knock”. La adición del tetraetilo de plomo redujo el golpe,

permitiendo mayores tasas de compresión y como resultado, mejores desempeños y eficiencias. 1923:

•La aviación no era una forma viable de transportación hasta que en 1923, Charles

Lawrence construyó un motor de 9 cilindros que fue desarrollado por por la Corporación Aeronáutica Wright (WAC), (WAC), el cual pertenecía a la famosa serie de motores Whirlwind. El más famoso de esa serie fue el Wright J-5 de 220 caballos de fuerza que fue el motor que dio potencia al Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh durante 33 horas seguidas de Nueva York a Paris, y el Bellanca durante 43 horas seguidas de Nueva York a Alemania por Clarence Chamberlain, en mayo de 1927. 18 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



F-20 El J-5 de Charles Lawrence, Fuente: www.enginehistory.org

• El “Bristol Cherub” era un motor de aviación de dos cilindros, refrigerado por aire

popular para aviones pequeños.

F21 El motor de Bristol, Cherub, Fuente: www.enginehistory.com




1925:

Los expertos decían que los motores de aviación debía ser enfriados por agua, pero la empresa Pratt & Whitney desarrolló el Wasp, un motor más ligero que era enfriado por aire, y que revolucionaría la industria aeronáutica, en 1926 la fuerza naval estadounidense mandó un pedido de 200 de estos aviones, en 1927 William Boeing instaló en su modelo 40A los motores Wasp mejorados que se basaron en el modelo Wasp Original.En 1930 un avión con motor Wasp llevó a Charles Lindbergh través de Estados unidos en un tiempo récord de 14 horas y cuarenta y cinco minutos.

1926:

F22 El Wasp de Pratt & Whitney, Fuente: http://www.pw.utc.com/Where_Weve_Been

•Pratt & Whitney crea un motor aún más potente, con un peso de 750 libras y 525

caballos de fuerza, the Hornet.

F23 The Hornet, de P&W, Fuente: http://www.pw.utc.com/Where_Weve_Be Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos

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•Robbert Goddard uno de los más prominentes pioneros en el campo de los cohetes,

desarrolló y probó exitosamente un cohete propulsado por combustible líquido, este utilizaba oxígeno líquido y gasolina como propulsantes. En total recorrió unos 67 metros. Su diseño consistía en su tobera ubicada en la parte superior, y justo debajo se hallaban los depósitos de combustible que alimentaban las cámar as de combustión, protegidos de los gases de escape por un cono de amianto (Que resiste las altas temperaturas a las que son expulsados).

F24Robert Goddard y su cohete wwwistp.gsfc.nasa.gov

•El “Jaguar IV” el primer motor radial sobrealimentado producido en serie para el uso

en aeronaves. Su diseñocontaba con 14 cilindros, era enfriado por aire y utilizaba gasolina como combustible. •BMW diseña un motor de 12 cilindros en V para motorizar aviones civiles y

comerciales. 1927:

El motor de 4 cilindros “”Havilland Gypsy” enfriado por aire pasó a convertirse en uno de los motores de aviones deportivos más famosos.




1928:

•Argus Motoren lanza el “Argus As 10” un motor de aviación de pistones d e baja

potencia diseñado principalmente para aviones de entrenamiento.

F26 Argus AS 10, Fuente: www.enginehistory.org

•El “Phoenix” de Bristol fue un motor experimental , radial de pistones adaptado para

funcionar con el ciclo Diesel. 1929:

En éste año fueron fusionadas dos de las empresas más prolíferas de la industria

•

aeronáutica de la época, Curtiss Aeroplane and Motor Corporation y Wright Aeronautical Corporation, dando pie al gigante Curtiss-Wright Corporation. •Frank Whittle fue el primero en registrar un motor turborreactor de aviación, él era un

joven piloto oficial de la Fuerza Aérea Real Inglesa (BRAF), pero no fue tomado en serio. Fundó junto con sus asociados la empresa Power Jets Ltd, contratada después por la RAF para desarrollar turbinas de gas para motores a reacción.




F27 Frank Whittle y su turborreactor, Fuente: www.grahamrowan.com

•Fue desarrollado el modelo R -1830 de la empresa Pratt & Whitney, era un u n motor radial

que tenía 14 cilindros en dos secciones de 7 cilindros cada una. La potencia en HP variaba de 800 a 1350 dependiendo del modelo. La idea surgió de la necesidad de mantener un área frontal mínima y aumentar la cilindrada máxima con un motor radial, así creando las líneas de motores radiales.

F28 R-1830 de Pratt & Whitney, Fuente: wwwenginehistory.org

•Lycoming crea su primer motor de aviación, un motor radial, de 9 cilindros, este motor

era llamado R-680, fueron construidos más de 25,000 motores Lycoming R-680.




•Robert Goddand lanzó su primer cohete con instrumentación, podía llevar una carga

de hasta 1kg. • El “Gnôme -Rhône Mistral Mayor”, motor de 14 cilindros en doble estrella refrigerado

por aire, comenzó a producirse usandose en una aplia variedad de aviones durante la segunda guerra mundial. 1930:

Frank Whittle presentó su primer patente para un turboreactor. 1931:

•Rolls Royce desarrolla el e l motor “R”, que supera el récord de velocidad velocid ad aérea, con una

velocidad de 400 mph, se trataba de un motor V-12, supercargado, con una mezcla especial de gasolina. Que le otorgó a Rolls-Royce la base tegnológica para desarro llar el “Merlin”.

F29 Rolls Royce R, Fuente: www.airpowerworld.info.




•“Hydra” fue un motor radial de uso aeronáutico de Bristol, experimental de 16 cilindros

en doble estrella, un extraño ejemplo de motor radial con cilindros en número par, jamás entró en producción. F30 Hydra de Bristol, Fuente: modelenginenews.org

1932:

•Robert Goddard lanzó un cohete igualmete propulsado con combustible líquido,

manejado a control remoto . •Mikulin crea el “AM -34” el primero motor de aviación refrigerado por líquido que fue

desarrollado en la Unión Sovietica. También empleo el primer sistema de paso variable de la hélice.

F31 AM-34 de Mikulin, Fuente: www.lasegundaguerra.com

•El “Pratt & Whitney R -1830” es un diseño radial de dos filas, 14 cilind ros, refrigerado

por aire que se convirtió en el motor de aeronave más producido en la historia.




1933:

El “Daimler -Benz” un motor de 16 cilindros en configuración V motorizó dirigibles. 1935:

•Hans von Ohain inventó el primer motor a reacción, aunque su invención también se

le atribuye a Frank Whittle quien lo inventó de forma independiente, fue von Ohain el creador del motor del primer avión a reacción el HE-178, que funcionaba con hidrógeno como combustible.

Primer turborreactor de von Ohain constuido por Max Hahn en 1935. Fuente: http://foro.elgrancapitan.org/viewto pic.php?p=419132

•Alfa Romeo crea el “Daimler -Benz DB 601” un motor de aviación de pistones con

configuración V12 invertida. •Bristol prueba su motor radial de 9 cilindros “Draco” parecido a una versión anteri or

pero modificado para usar sistema de inyección de combustible.




1936:

El Bristol “Hercules” fue un motor radial de aviación de 14 cilindros en doble estrella,

el primero de sus diseños con válvula de camisa.

Bristol Hercules, Fuente: http://commons.wikimedia.org

1937:

•Funciona el primer turborreactor de Frank Whittle, montado después en un Gloster

E29/39.

Aeronave impulsada por el motor de Whittle, Fuente: http://www.mirror.co.uk/

•Robert Bosch funda la empresa Bosch a la cual se le atribuye el encendido magnét ico

y la bomba de inyección para motores que operan bajo el ciclo Diesel. •El Wroght R -3350 Duplex-Cyclone es uno de los motores radiales más potentes

producidos en Estados Unidos. 27 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



•El “R-2800” de Pratt & Whitney un motor radial de 18 cilindros refirgerado por aire es es

considerado unos de los mejores motores de pistones jamás diseñados.

Pratt & Whitney R-2800, Fuente: http://www.f4ucorsair.com/r2800.h tml

1938:

•Lycoming desarrolla el motor O-145, motor de cilindros opuestos, Igor Sikorsky crea

el primer helicóptero funcional y exitoso, el cual era impulsado por un motor O-145, de 65 caballos de fuerza.

Igor Sikorsky y su helicóptero en 1939, Fuente: http://listas.20minutos.es




•El motor “Centaurus” de Bristol, Bristo l, un motor radial de 18 pistones fue uno de los motores moto res

de aviación más grandes en entrar en producción. 1939:

BMW crea un motor aeronautico radial refrigerado por aire utilizado en varios aviones militares durante la segunda guerra mundial, mu ndial, esta constituido por dos filas de 7 cilindors cada una.

1940:

•El “Heinkel He 176” es el primer avión que voló con éxito impulsado unicamnete por

un motor a reacción de combustible líquido.

He-176 el primer avión a reacción del mundo, Fuente: http://jpcolliat.free.fr/he178/he178-

•El “Jendrassik Cs -1” el primer turbopropulsor en funcionar, no es puesto en servicio.




1940:

•El Gloster Meteor, el primer caza de reacción británico impulsado por un “Rolls Royce

Derwent V” estableció un nuevo record de vuelo de 606 mph.

Gloster Meteor, Fuente: http://www.forosegundaguerra.com

•La demanda del “Rolls -Roys Merlin” un motor aeronáutico de pistones, enfriado por

líquido, de 27 litros y 12 cilindros, que impulsaba el Hawker Hurricane, un caza británico transformó a Rolls-Royce de una compañía relativamente pequeña en un principal competidor en aeropropulsión. •La empresa Junkers crea un motor aeronautico de 12 cilindros en V con un sistema

de refrigeración que requería de mucho menos líquido haciendo que el motor fuera más pequeño y ligero, con una serie de mejoras que permitían que funcionara a mayores revoluciones por minuto, el “Jumo 213”.

Derwent V, Fuente: http://www.airpowerworld.info

•Mistsubishi desarrolla un motor de 14 cilindros de doble estrella enfriado por aire, el “Kasei” fue el motor más grande

disponible en Japón al inicio de la guerra. •Nakajima desarrolla el motro “Hakiri” de 9 cilindros refrigerado por aire empleado en

aviones navales de la armada japonesa, entregaba una potencia de entre 700 y 840 30 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



HP. La misma empresa desarrolló en “Homare” un motor radial refrigerado por aire del

rango de los 2.000 cv, de 18 cilindros también usado por la armada. •eL “BMW 003” fue un turboreactor que alcanzó la producción en serie durante la

segunda guerra mundial. 1941:

•El llamado Twin Wasp de 1350 caballos de fuerza se transforma rápidamente en el

motor más usado en tiempos de guerra, durante la cual Pratt & Whitney produce más de 166,500 motores, entre aviones de combate, transporte y bombarderos.

Pratt & Whitney Twin Wasp, Fuente: http://www.ww2aircraft.net/

•El “Argus As 014” es un pulsorreactor aleman usado para motorizar un misíl crusero. 1942:

Debido al uso y producción de súpercargados por parte de la compañía General Electric, fueron la mejor opción para comenzar el desarrollo del proyecto de Frank Whittle, que fue el primer turbo reactor de América, llamado I-A. Ese mismo año, dos motores I-A impulsaron el vuelo de un Bell XP-59A, El empuje de esos motores de reacción era de 1250 libras, el modelo actual GE90-115B tiene un empuje de 115000libras, 90 veces más.




Motor GE90-115B,

1944:

Fuente: http://www.sunlakesaeroclub.org

•Se desarrolla el motor J-33 con 4000 libras de empuje, que dio impulso al primer Jet

militar operacional, el P-80 Shooting Star que batió un récord d e velocidad de 620 mph en 1947, y el motor J-35 montado a un avión Douglas D-558-1 Skystreak Alcanzó las 650 mph; El J-35 fue el primer motor en usar un compresor de flujo axial.

Motor J35, Fuente: http://www.rcgroups.com

•Rolls-Royce comenzó a desarrollar la aero turbina de gas. 32 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



•El último motor de la familia Pratt & Whitney el “R -4360” culmina con la tecnología del

motor de pistones. 1947:

El “Bell X -1” el primer avión cohete en romper la velocidad de sonido.

Bell X-1, Fuente: http://www.militaryimages.net/

1948:

“100 shp 782”el primer motor turbo eje en ser aplicado al uso de aeronaves . 1949:

El primer vuelo impulsado por un estratoreactor, por el “Leduc 010” un avión de

investigación construido en Francia.




Leduc 010, Fuente: http://xplanes.free.fr

1950:

• Aunque Aunque la necesidad de motores alternativos durante la guerra impidió que Pratt &

Whitney desarrollara motores a reacción, en 1950 abre el laboratorio Andrew Wilgoos de Turbinas de Gas para pruebas de turbo reactores, el más avanzado de su época. •Continental crea “0 -470” una familia de moto res a carburador de 6 cilindros opuestos

horizontalmente, enfriados por aire diseñado para aviones livianos. 1951:

Estados Unidos toma la iniciativa de cambiar su enfoque a la producción de motores de reacción, lo que deja en manos de Pratt & Whitney la manufactura de todos los motores alternativos y sus partes. 1952:

Pratt & Whitney crea el motor a reacción J57, se usa p ara dar propulsión al modelo de Boeing, B-52 Stratofortress, por medio de 8 de estos turbo reactores. En 1952, este modelo gana el trofeo Collier por su mejor eficiencia, confianza, buen desempeño, y por ser el primer motor en llegar a las 10,000 libras de empuje.




Motor a reacción J57, Fuente: http://www.elgrancapitan.org

1953:

•El F-100 Super Sabre se convierte en el primer avión de producción en romper la

barrera del sonido, es impulsado por el motor de Pratt & Whitney J57. •Rolls-Royce ingresa al mercado de la aviación civil con el “Dart” un diseño de

turbohélice usado para el Vickers Viscount, un avión comercial que se convirtió en uno de los más exitosos aviones postguerra. Se convirtió en la llave para la aceptación universal de la turbina de gas en la industria aeroanutica.




1954:

Voló por primera vez un helicoptero de turbina el “Kaman HTK -1” de rotores

entrelazados.

Kaman HTK-1, Fuente: http://1000aircraftphotos.com

1955:

Se desarrolló un concepto de motor que funcionaba con un ciclo de aire líquido, (LACE) desarrollado por la compañía Marquardt. En este concepto de motor que necesita de aire para funcionar, el aire era licuificado en un intercambiador de calor. La limitación de este motor nuevo para su época era que necesitaba mucha mezcla licuada para la admisión, en comparación con la combustión realizada. 1957:

Se crea la familia de motores “O -540” de Lycoming, de montaje horizontal opuesto de

seis cilindros, utilizado en aviones de ala fija y helicopteros. 1958:

•Se logra concretar el diseño real y eficiente del motor de pistones rotativos, creación

atribuida a Félix Wankel, se considera un motor rotativo porque todos los procesos de un ciclo son hechos al mismo tiempo, a diferencia de los motor es alternativos que sólo pueden hacer uno a la vez, esto se consigue con engranes excéntricos. •General Electric crea el J47, primer motor a reacción en ser certificado para uso civil

por la Administración de Aeronáutica Civil (CAA).




1960:

•El “Avon” el primer motor a reacción de flujo axial diseñado por Rolls -Royce impulso al “Comet” que se convirtió en el primer avión comercial de reacción en entrar en

servicio en el trasatlántico, lo que marcó un gran gr an paso en la historia de la aviación.

General Electric J47, Fuente: http://www.williammaloney.com

1960:

•El “Avon” el primer motor a reacción de flujo axial diseñado por Rolls -Royce impulso al “Comet” que se convirtió en el primer avión comercial de reacción en entrar en

servicio en el trasatlántico, lo que marcó un gran paso en la historia de la aviación.




Rolls-Royce Avon, Fuente: http://centurion-mbt-two.synthasite.com/

•El “Conway” en el Boeing 707 s e convirtió en el primer turbo fan en el mundo en entrar

al servicio.

Rolls-Royce Conway, Fuente: http://www.enginehistory.org




•Al surgir el “TriStar” un avión comercial de fuselaje ancho, Rolls-Royce pone en marcha los “RB211” una línea de motores turbo fan. 1963:

•Pratt & Whitney desarrolla el Turbo-Fan JT8D que traía ventajas a los aviones de

pequeño y mediano tamaño, el JT8D se ha transformado en el turbo ventilador más usado a nivel mundial. •El Atlas Centaur era un cohete impulsado por el RL -10 de Pratt & Whitney, que fue fu e el

primer motor de cohete que usaba hidrógeno líquido, fue la base de la industria espacial por los siguientes 40 años.

Pratt & Whitney RL-10, Fuente: http://daniloercoli.com

•Pratt & Whitney desarrolla el modelo PT6, motor de reacción de turbina libre, una

nueva y revolucionaria idea dentro de los motores de reacción. Este modelo se convirtió en el motor de turbina de gas más utilizado en su tiempo.




1964:

•Se desarrolla el Pratt & Whitney TF30, primer motor turbo ventilador con afterburne r

para el ejército estadounidense, fue montado en un Air Force F-111A.

Pratt & Whitney TF30, Fuente: http://commons.wikimedia.org

•Un proyecto que había comenzado desde los años 50 es desvelado por el ejército

estadounidense, el Lockheed SR-71 Blackbird, impulsado por dos motores J58 de Pratt & Whitney, capaces de mover al avión más rápido que una bala. 1966:

Pratt & Whitney desarrolla el primer turbofan comercial de alto Bypass, el JT9D, que impulsó al Boeing 747.

Pratt & Whitney JT9D, Fuente: https://www.pw.utc.com




1967:

Fue en este año que Lycoming desarrolló el primer y único motor acrobático aprobado por la Administración Federal de Aviación (FAA). 1970:

•Uno de los primeros motores turbo eje es certificado para la instalación en

helicópteros ligeros, el PT6T de Pratt & Whitney, se convierte en la figura para la confiabilidad, durabilidad y bajo costo de mantenimiento mantenimiento

de los los motores de

helicópteros.

Pratt & Whitney PT6T, Fuente: http://www.helicopterbuyer.com

•P&W

es

elegido

por la Fuerza Aérea Estadounidense Estadoun idense por su modelo F100 fighter engine para impulsar al Douglas F-15 Eagle, lo que les dio la superioridad aérea por los siguiente 40 años.




Prueba del F100, Fuente: http://defensetech.org

•Continental fue la primera compañía en introducir el Boeing 747, siendo el primer

avión con fuselaje ancho con cuatro motores turbofán produ cidos por Pratt & Whitney. •CFM International desarrolla una familia de turbofán para designación militar con un

rango de empuje desde 82 a 151 KN los “CFM56”. 1971:

General Electric se define más hacia la aviación civil, con el motor turbo ventilador CF6-6 de alto bypass, usado en el Douglas DC-10. De este motor se derivó una familia de motores de reacción que dan propulsión a los aviones más significativos como: el Boeing 747 y 767, y el Airbus A300, A310 y el A330.




General Electric CF6-6, Fuente: http://www.swannysmodels.com

1972:

Se introduce el “Garrett TFE731” una familia de turb ofan engranados que actualmente

llevan acumuladas 100 millones de horas de vuelo. 1974:

•El JT8D-200 y su serie subsecuente, subs ecuente, de P&W, fue de los primeros motores que fueron

creados con consciencia ambiental, era menos ruidoso, más limpio y más eficiente.

Pratt & Whitney JT8D-200, Fuente: http://es.wikipedia.org




•Se crea la familia de mot ores para uso en helicopteros y aviones “Kimov TV3 -117”. 1977:

El Voyager 1, fue el primer instrumento espacial en tomar fotografías de las lunas de Júpiter, esto fue posible gracias al empuje que le dio el cohete Alfa Centaur, cohete que a su vez fue impulsado en su etapa alta por la ingeniería Pratt & Whitney.

Alfa Centaur, Fuente: http://fdra.blogspot.mx

1981:

La NASA lanza el Columbia, la primera nave espacial, las naves subsecuentes fueron impulsadas de la tierra al espacio por medio de turbo bombas Pratt & Whitney.

Lanzamiento Columbia, Fuente: partners.nytimes.com




1983:

P&W introduce el PW200, un turbo fan que ofrecía un gasto de combustible muy económico, así como el primer sistema electrónico de control del motor en aviación comercial. 1989:

Se inicia el proyecto japonés del programa de creación de motores como el VCE/turboramjet, bajo la la investigación del sistema de propulsión para el transporte súper e hipersónico (HYPR). Este ciclo combinado usa un turbo-acelerador para el rango de velocidades Mach 0-3, y un motor Turbo-ramjet para el rango de velocidades Mach 25.5. La investigación ha involucrado estudios de admisión, turbo -maquinaria, tobera de escape y sistemas de control. 1992:

Aviadvigatel Aviadvigatel crea crea un motor de de reacción reacción de dos dos ejes para para uso civil civil y militar el “PS -90”.

Aviadvigatel PS90, Fuente: es.wikipedia.org e s.wikipedia.org

1995:

•General Electric creó el motor turbo ventilador con mayor potencia del mundo, el

GE90, que entre dos motores de esta familia son los que impulsan al Boeing 777, ya que tiene un empuje de 122 965 libras. Es el turbo ventilador con el ventilador más 45 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



grande del mundo, 128 pulgadas de diámetro; Los alabes del ventilador están hechos de materiales compuestos y la tasa de Bypass es la más grande existente: (9:1), para crear la mayor eficiencia propulsiva de cualquier motor comercial de transporte.

•El PW -150 de Pratt & Whitney es el motor turbo hélice más grande construido, se

anuncia que impulsará al Bombardiar Aerospace Dash 8 Q400.

Pratt & Whitney PW-150, Fuente: pw.uts.com

•General Electric crea un motor tipo turboeje para su uso en helicopteros que se

convirtió en el primer motor de turbina en conseguir certificado para su uso civil. 1997:

Se crea el motor PW4000 que crea 98,000 libras de empuje, es usado para las versiones más grandes del Boeing 777. 2000:

•El motor JF119 fue desarrollado por la empresa estadounidense Pratt & Whitney, el

sistema propulsivo para el avión Joint Strike fighter; Por primera vez en la historia la




fuerza aérea, los marinos y la naval de Estados Unidos, Y la Fuerza Aérea y naval Inglesa pilotearían el mismo avión con el mismo motor.

Joint Strike Fighter, Fuente: armsdata.net

•El aeronave A -380 de Airbus necesitaba de un modelo especial de fabricación, para

el cual se necesitaba del trabajo conjunto entre General Electric y Pratt & Whitney, fue así como en el año 2000 se desarrolló el motor GP7000.

GP7000, Fuente: en.wikipedia.org




•Pratt & Whitney se alía con la empresa aeronáutica rusa NPO Energomash para

impulsar un cohete de 900,000 libras de empuje, así creando pauta para los nuevos modelos aeronáuticos de lanzamiento. •”GE HONDA HF 120” un pequeño turbofan para el mercado de reactores estima una

demanda de más de 200 unidades anuales. 2004:

El programa“Hyper -X” creado por la NASA tiene primer avión no tripula do impulsado por un motor “scramjet” en mantener la altitud. Parte de la serie de aeronaves

experimentales estadounidenses diseñadas para volvar a velocidades superiores a Match 10 (diez veces la velocidad del sonido).

HyperX - X43, Fuente: www.microcraft.aero

2005:

Europrop desarrolla el motor de 11.000 cv para el avión de transporte militar “Airbus A400M”, que que al entrar entrar en proceso proceso será será la turbohélice turbohélice más potente. potente. 48 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



TP400, motor para el Airbus A400M, Fuente: www.airbus.com

2006:

•Lycoming desarrolla el Centro de Tecnología Avanzada, con lo que logra desarrollar

el motor Thunderbolt, el motor de pistones más confiable en el mercado, su potencia, régimen y otras especificaciones varían dependiendo del modelo.

Lycoming Thunderbolt, Fuente: www.lycoming.com




•General Electric desarrol la un turbo fan de alta derivación utilizado en el Boeing 787

y 747-8 el “Genx”. 2012:

Continental Introduce su modelo O-200-AF, motor de alta eficiencia que combina peso ligero con la posibilidad de usar un combustible alternativo, crea entre 90 y 100 caballos de fuerza, es enfriado con aire, y tiene un peso de 170.18 libras.

Continental O-200-AF, Fuente: http://en.wikipedia.org




A Futuro:

•Se ha comenzado el desarrollo de un nuevo motor a reacción, por parte de la

compañía General Electric, el GEnx que producirá de 55 000 a 70 000 libras de empuje, y reemplazará a la más importante familia de turbo ventiladores de GE, Los GF. Uno de los motores de esta serie ha recibido la certificación otorgada por la FAA de aeronavegabilidad.

Diseño Genx, Fuente: http://htka.hu

•La NASA ha desarrollado mo tores eléctricos, estos se alimentan por medio de energía

solar fotovoltaica (obtenida de la radiación solar). •Recie ntemente se han desarrollado motores alternativos de ciclo Diesel con el fin de

aumentar durabilidad y rentabilidad.

Avión solar, Fuente: www.orbitaverde.com




Comparativa de los sistemas propulsivos: El motor ha tenido un avance exponencial continuo desde hace dos ciclos, comenzando con los pequeños motores hasta los más actuales, se han adicionado componentes y sistemas, se han desarrollado motores de combustión externa y de combustión interna, motores a reacción y alternativos; Y hasta el motor Wankel del inventor alemán que lleva ese nombre. Ni se diga de los medios de conversión de energía, como la hélice que ha tenido al menos una configuración por cada nuevo motor, que d ecidieron ponerle paso variable, vari able, que se les ocurrió que ahora debía variar el paso mediante engranes en el cubo o HUD, y demás invenciones que han ocurrido a lo largo de la historia de la planta motriz en aviación. La otra es el uso de tobera, que también es un método de conversión de energía, más usado para los motores a reacción, pero hay tantos tipos iguales, como la tobera de geometría variable y la tobera divergente convergente y la que es sólo convergente, que ya no sabemos entre la gran gama de posibilidades que tenemos para elegir, al momento de diseñar nuestro avión. Con tanta información, creación y mejoramiento del sistema propulsivo dentro de los pasados siglos, se ha formulado una nueva pregunta, ¿cuál sistema propulsivo es el más rápido, el más eficiente, el más moderno? Esto precisamente es lo que se busca resumir en el segundo capítulo de este trabajo.

Scramjet de la NASA, el X-43; Fuente: www.nasa.gov




Para comenzar hay que recordar que un sistema propulsivo cuenta de un motor y de un sistema de conversión de la energía: Sistema de conversión de energía

Sistema propulsivo Motor

Dentro de los sistemas de conversión de energía, hay dos, la tobera y la hélice, las dos funcionan bajo las leyes de Newton. La hélice:

Es un dispositivo que recibe una gran cantidad de flujo másico

̇ , que es la cantidad

de masa que pasa a través de un dispositivo en un tiempo determinado. Recibe la cantidad de flujo másico dependiendo del diámetro de la hélice, es decir, una hélice tendrá un flujo másico mayor entre mayor sea su hélice. La ley de continuidad nos d ice que el flujo másico de entrada debe ser igual al flujo másico de s alida, entonces lo que puede variar es la presión y la velocidad, y si se recuerda, una forma de conseguir fuerza, o en nuestro caso aeronáutico, empuje, es:

  = () … [ ̇ ] ]   = …  … (1) (1) 53 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



Por lo tanto el empuje en una hélice es la diferencia de velocidades (entrada y salida) por el flujo másico que se obtiene con un área mayor o menor.

 = ( −  )̇ …(2) Con esta información, se comienzan a ver las ventajas y desventajas del uso de hélice en el avión. 

Uso de un gran flujo másico, es decir que mueve una gran cantidad de masa.



De ese gran flujo másico, obtiene una velocidad moderada comparada con la la que obtiene la tobera.



Lo más probable es que que se tenga tenga que usar un motor de combustión interna alternativo, aunque una excepción es el motor turbohélice que tiene como el nombre lo dice, hélice y turbo maquinaria.



El uso de hélices significa que el avión no será rápido pero será resistente.



La velocidad en la punta de la hélice no puede superar la velocidad de 1 Mach, pues comienzan a hacerse vórtices que crean un gran arrastre aerodinámico, alentando de manera considerable al avión.



El avión avión está sujeto a cierta pérdida de potencia potencia del motor debido a la carga de la hélice.

Motor Turbo Hélice en un banco de pruebas, Fuente: airvoila.com 54 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



La tobera:

Al igual que la hélice, h élice, convierte con vierte energía en empuje, y al igual que la hélice funciona fun ciona bajo las leyes de Newton y la ley de la continuidad, especialmente bajo la tercera ley de Newton, que dice que a toda fuerza corresponde una reacción de la misma magnitud y dirección, pero en sentido opuesto. Es por eso que se les llama motores de reacción a todos aquellos que usen una tobera como medio para transformar la energía.

Tobera simplificada, Fuente: Dibujo Propio

La tobera es la parte final del turbo reactor, es la que acelera la salida de los gases antes de su salida de vuelta al llamado sumidero, que en este caso es la atmósfera. La tobera a menos que sea para trabajo en velocidades supersónicas, es de tipo convergente, es decir que entre más avanza el aire a través del turbo reactor, menor es el área por la cual puede pasar el aire. El aire entra a la tobera por medio de un área relativamente grande, a una velocidad, temperatura, y presión dada, y sale por un área más pequeña que a la que entra, aumenta la presión y se reduce la presión. Hay que recordar que a mayor temperatura se mantenga el fluido de trabajo, mayor será la temperatura transformada, y como siempre, los materiales son la restricción para el motor, pues los componentes del reactor no soportan temperaturas por encima 55 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



℃

de los 1500 , y si se pudiera soportar esa temperatura, mayores velocidades serían posibles. Para encontrar la relación entre las presiones y áreas y lo demás, haremos uso de la fórmula de flujo másico:

 = ̇ … (3) Si el flujo másico de salida debe ser igual al de entrada teóricamente, pues en realidad el aire en la cámara de combustión es mezclado con un combustible:

   =    …(4) Pero la densidad es función de la presión, por lo que se sustituye:

 =  …(5)        =     …(6) Por la función

 = √  , se deduce que las tres variables son área, presión y

temperatura De esta información se deducen varias cosas a comparar. 

El motor motor que tiene tobera generalmente trabaja con un flujo másico menor a con el que trabaja la hélice, alterando menor cantidad de aire.



Si la tobera no altera gran cantidad de aire, altera altera mucho a esa pequeña porción, dándole una gran velocidad y mayor temperatura de los gases de salida.



Se pueden usar en dos tipos de motor, en los motores rotativos rotativos y en los cohetes.



La única forma en que la tobera alcanzará una velocidad supersónica es con una configuración convergente divergente.




Motores de combustión interna:

Debido a las velocidades a las que están diseñados para trabajar, los motores de combustión de uso aeronáutico usan o tobera o hélice, en la siguiente gráfica se muestran los medios de conversión de energía en ergía para los grupos más generales de turbo reactores.

Motores de combustión interna.

De uso Aeronáutico

Alternativos

Rotativos

Uso de Hélice

Uso de Tobera

Cohetes

Uso de Toberas

Uso de Hélice

Las velocidades a las que trabajan los diferentes motores con su respectiva aeronave están presentadas en la siguiente tabla, en donde la velocidad está dada en número Mach. Uso

Motor

Rango(Mach)

Helicópteros

Turbo Eje

0.25-0.5

Misiles

Turbo Reactor y Turbo 0.5-1 Fan

Aviación comercial

Turbo Fan y Prop Fan

0.5-1

Misiles de Crucero

Turbo Fan

0.5-1

Aviación general y de

Turbo Hélices

0.5-1

transporte



Aviación de combate


Turbo Reactor y Turbo 1.8-3 Fan con Afterburner

civil Turbo Reactor y Turbo 1.8-3

Aviación supersónica

Fan con Afterburner

Misiles

Estato reactor y Estato- 2.5-4 Cohetes

Puesta en orbita

Propulsión mixta, Estato 5-25 Reactores de combustión supersónica

Transporte Hipersónico

Propulsión mixta, Estato 5-25 Reactores de combustión supersónica

Diferencias entre los motores de combustión interna alternativos:

MCIA Horizontal Opuesto, Fuente: www.subaru-global.com

Con o Sin caja de reducción: Sin una caja de reducción y con un motor de altas revoluciones, rápidamente la punta de la hélice se acercaría a la velocidad de 1 mach, creando vórtices y arrastre. Fuera




de esa situación fatalista, se usan para obtener una mayor potencia a cambio de régimen o velocidad de la flecha. Número de cilindros: Una mayor cantidad de Cilindros significa un mayor volumen total, lo que significa mayor potencia pero mayor peso, por lo que los motores de varios cilindros son usados dependiendo el tamaño y peso del avión.

Configuración del motor: La configuración del motor es muy importante pues afectará en la potencia entregada y el régimen del eje; hasta el momento el único que ha conseguido certificación de la FAA debido a su alta eficiencia, versatilidad, tamaño reducido y gran potencia es el Horizontal Opuesto.

Motor en configuración V, no usado en aeronáutica actual, Fuente: www.motorpasion.com

Número de tiempos en ciclo Otto. El número de tiempos es cuantos procesos deben ocurrir en un ciclo termodinámico, en el caso de Otto 4 tiempos, los tiempos son: admisión compresión, expansión y escape; El pistón debe recorrer dos carreras carrer as para que el cigüeñal gire una sola vuelta,




esto afecta al momento de crear una un a potencia. Se usa solamente ciclo Otto porque los motores que trabajan con Diesel Diferencias entre los Motores Rotativos Aeronáuticos: Air Breathing Engine: La primera gran diferencia se encuentra en si necesitan de aire o no para funcionar, pues si son “Non Breathing Engines” que funcionan con turbo maquinaria serían un

híbrido entre cohete y motor rotativo. Por lo tanto todo aquel motor que no tenga su propio tanque de oxígeno y que necesite de una inducción de aire como comburente para funcionar se le llama Air Breathing Engine.

Ejemplo de un “Air Breathing Engine”, en este caso es un Turbo Fan, Fuente: www.makersweekend.org

Turbo maquinaria: El uso de turbo maquinaria significa el uso de compresor y de turbina conectados mediante un eje para el aprovechamiento de la velocidad de los gases de salida, por lo tanto es un sistema que se retroalimenta, pues el compresor us a la energía captada por la turbina para comprimir el aire entrante para que al momento de la combustión la velocidad de salida sea mayor. El uso de turbo maquinaria permite velocidades de 60 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



trabajo muy altas debido al incremento de presión que se hace debido al giro del compresor, el cual tiene potencia de flecha subministrada por la turbina. Las diferentes variaciones de los motores de reacción que necesitan de aire y tienen turbo maquinaria son presentadas a continuación: Turbo Reactor: Es lo más acercado al primer motor de reacción, no tiene accesorios diferentes, funciona bajo el ciclo Brayton como todos los demás, es el menos potente y ya cas i no es usado debido a que ya hay mejores reactores. Consta de un compresor, un eje, difusor al inicio, cámara de combustión, turbina y tobera. Es la forma más sencilla de motor a reacción. Turbo Fan: Es una de las variaciones del Turbo Reactor, hace uso de un ventilador antes del compresor, esto sirve para tener un mayor flujo de aire, y cierta compresión, usa un concepto llamado Bypass, que significa la relación entre lo que entra normalmente al motor, y el extra que da el fan que no pasa por la cámara de combustión. Es este motor de reacción el que más se usa en aviación civil debido a que es más silencioso, entre otras cosas.




Turbo Fan esquematizado de Pratt & Whitney, Fuente: www.pw.utc.com

Turbo Prop: El uso del Turbo Prop surge de la necesidad de usar tanto las ventajas de la tobera como las ventajas de la hélice, aprovecha los gases para también mover una hélice y así tener más de una fuente de empuje dentro del mismo sistema, es usado en grandes aviones de transporte, que necesitan de una gran potencia, pero no de una muy alta velocidad.

Avión soviético con cuatro turbo props, Fuente: www.1ms.net




Turbo Shaft: Es un motor especial, pues no usa una tobera como método de conversión de energía, tiene los mismos elementos que un turbo reactor, excepto que el eje de la turbina está conectado mediante piñones y engranes cónicos a un roto r principal, que tiene un giro de flecha. Este rotor es el que mueve generalmente las palas de un helicóptero, o el generador de la unidad de potencia auxiliar.

Un Turbo Shaft para helicóptero, Fuente: www. Armyrecognition.com

Motor Wankel: Es considerado un motor rotativo, puesto que todos sus procesos y estados son continuos y al mismo tiempo, sin embargo no funciona como un motor de turbina de gas, consta de un eje excéntrico con una figura triangular redondeada, que mientras en una de sus aristas realiza la compresión, con otra está haciendo la expansión y mediante bujías enciende en otra parte. No es un motor alternativo porque no reciproca ni usa sistema biela manivela; Aun así funciona como un ciclo Otto 4 tiempos. Ha habido algunos motores Wankel usados en aviación.




Motor Rotativo Wankel, Fuente: www.autoevolution.com

El otro tipo de motores a reacción que necesitan de aire son aquellos que funcionan sin turbo maquinaria, que sorprendentemente son los que alcanzan velocidades supersónicas muy altas, normalmente más de de 1 Mach hasta 7 u 8. Pulso Jet: Con velocidades mayores a 1 Mach, permite la entrada del aire a través del difusor, y luego a través de válvulas que se cierran cuando ocurre una explosión dentro de la cámara de combustión, para direccionar la fuerza de los gases hacia atrás, y causar un empuje muy grande.

Esquema de un Pulso Jet, Fuente: www.brandigg.de

Ram Jet: Es sorprendente que quitando las válvulas de apertura y cierra de la cámara de combustión del pulso jet, el empuje sea aún mayor, y es justamente debido a la gran gr an cantidad de energía que está siendo liberada, que las válvulas se vuelven innecesarias, siendo que con la inercia, la acción de los gases es inmediatamente hacia atrás. Como es lógico asumir, el flujo másico de este sistema propulsivo es muy grande, y es lo que le permite tener valores de velocidad entre 1 y 8 de Mach. 64 Evolución y Comparación de los Sistemas Propulsivos



Esquema de la NASA de un Ramjet, Fuente: www.grc.nasa.gov




Conclusiones: El objetivo de este trabajo era formar el conocimiento básico general de los motores que el tiempo de clase no permite crear, era adquirir el conocimiento que debe tener un Ingeniero en Aeronáutica y que nunca es enseñado en la carrera de Ingeniería en Aeronáutica. Si bien en termodinámica se nos dio un u n repaso rápido de los conceptos bases, se necesitaba de mucho tiempo y dedicación para verdaderamente llegar a conocer los fundamentos de los sistemas propulsivos. Por lo expuesto anteriormente, se considera cumplido el objetivo principal del trabajo No es sabio despreciar la historia porque en la historia están las indicaciones de errores y éxitos ocurridos anteriormente, y no se volverá a intentar algo que ya falló, a menos que haya una nueva idea, fundamentada y validada de forma apropiada. Este es el objetivo de hacer una investigación investigación del desarrollo del sistema propulsivo, y fue cumplido de manera satisfactoria. La comparativa de los sistemas propulsivos tiene su fundamento en que, como ingenieros, necesitamos de una base sólida de las desventajas y ventajas que tiene cada uno de ellos, pues al momento de diseñar se necesita saber qué tipo de sistema propulsivo se requiere en un momento determinado. Lo más resaltante dentro del capítulo uno fueron los avance s que hizo Pratt & Whitney en la industria aeronáutica, y cómo se han ido convirtiendo en una de las industrias más importantes a nivel mundial. Sin embargo en el capítulo dos hubo más de una cosa que vale la pena resaltar, como por ejemplo las velocidades que maneja cada una de las aeronaves y sus motores más comunes, dando así una referencia futura a los motores que más convienen para cada tipo de aeronave y dependiendo su función.




Bibliografía:

Richard van Basshuysen, Fred Schäfer; Internal Combustion Engine Handbook; SAE International. Dale Crane; Aircraft Powerplant; Aviation Supplies & Academics. Aca demics. Edward F. Obert; Motores de Combustión Interna; CECSA. David A. Spera; Wind Turbine Technology; Editor. N/A; Diesel-Engine Management; Bosch Paul Zarchan; Developments in High Speed Vehicle Propulsion Systems http://www.geaviation.com/company/aviation-history.html http://www.rolls-royce.com/about/heritage/history/ http://www.pw.utc.com/Where_Weve_Been http://www.lycoming.com/Lycoming/Company/History.aspx


Sistemas Propulsivos

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