Facultad de Aeronáutica Aeronáutica Sistemas Propulsivos 01T Proyecto de Investigación
Título: Tipos de Combustibles Utilizados en Motores de Turbina de Gas Grupo 03 Integrantes: Nombre
Carné
Erick Stanley Arevalo López
AL142389
Alejandro Enrique González Castro
GC142115
Héctor Manuel Hernández y Hernández
HH150381
Ariana Ariana Belén Mira Barraza
MB150236
Samuel Samuel Geovanny Geovanny Reyes Avilés
RA132000
Docente: I ng. Francisco Alfredo Morales Morales Trujill Truj illo o
Fecha de entr e ntrega: ega: 16 de febrero febrero de 2018
1
Tipos de Combustible Utilizados en Motores de Turbina de Gas Stan ley Arévalo, Alejandro González, Héctor Hernández, Ariana Mira, Samuel Reyes Escuela de Aeronáutica, Universidad Don Bosco
Abstract — En la industria de la aeronáutica moderna hay muchos tipos de combustible con fabricados con diferentes características cada uno para cumplir un propósito en específico en situaciones puntuales. No se puede mencionar combustible de aeronave en general, se necesita establecer una separación la aviación ci vil y la aviación mili tar, y a partir de acá empezar la califi cación de los dif erentes tipos de combustible, características y como resulta en el desempeño del motor. Se sabe que se están investigan do combustibles más amigabl es con el ambiente, de igual forma que tengan la misma eficiencia o aun mejor de los ya creados.
Contenido I. INTRODUCCION……………………………………...1 A. II.
Marco Histórico……………………………………. 1 Combustibles utilizados en la aviación…………….. 2
A.
Combustibles utilizados en la aviación civil……….. 2
1.
JET A-1………………………………………………2
2.
JET A ………………………………………………... 3
3.
JET B………………………………………………... 4
B. 1.
Combustibles Utilizados en Aviación Militar ………..5 JP-1…………………………………………………...5
2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
III.
JP-2…………………………………………………....5 JP-3…………………………………………………....5 JP-4…………………………………………………....6 JP-5…………………………………………………....6 JP-7…………………………………………………....6 JP-8…………………………………………………....6 JP-9…………………………………………………....7 JP-10…………………………………………………..7 Conclusión…………………………………………... 8
IV.
REFERENCIAS…………………………………….. 9
Index Terms — Combustible de aeronave, Queroseno, Jet A, Jet A-1, Aviación civil, Aviación militar, producto químico.
L
I. I NT RODUCCION a gasolina de aviación es un derivado del petróleo, inflamable elaborado a base de p roductos obten idos de la
reacción de alquilación catalítica de los butanos y butilenos , lo cual le imprime calidad antidetonante de alto nivel. La calidad de los alquilados es aumentada mediante la adición de compuestos aromáticos que mejoran el octanaje de esta gas olina. La Gasolina d e aviación debe ser utilizada únicamente como combustible en los motores de aviones de combustión interna. La Gasolina es perfectamente segura si se maneja correctamente y se usa solo como combustible de motor. No debe usarse para la limpieza porque al mezclarse sus vapores con el aire en proporción 1.4% a 7.6% en volumen se forman mezclas inflamables. Los vapores de esta gasolina son más pes ados que el aire y por lo tanto se acumulan en lugares bajos. [1] Mediante el proceso de combustión, la energía química del combustible se transforma en energía térmica para su aprovechamiento en la turbina en la qu e se convierte en trabajo. Por tanto, la capacidad de la turbina va a depender, en gran medida de las cualidades del combustible. Los combustibles deben poseer ciertas propiedades que son importantes tales como: Poder calorífico (Cantidad de calor produ cida por la combustión), Viscos idad (Mide la dificultad que presenta el combus tible a fluir), Volatilidad (Hace referencia a la facilidad para formar vapores con la temperatura), Punto de congelación, Temperatura de Ignición y Temperatura de autoignición. [2] A. Marco Histó rico
Todo comenzó cuando Hans Von Ohain en Alemania, construyó el primer moto r de reacción que utilizó en un avión que era el Heinkel He 178 el 27 de agost o de 1939. Poco después, Frank Whittle, ingeniero aeronáutico y militar británico, des arrolló su propio motor de reacción, pero fue utilizado para volar un avión hasta el 14 de mayo de 1941. Los primeros moto res de reacción fueron utilizados en la Segun da Guerra Mundial, pero debido a los es cases que hubo de gasolina por la guerra, W hittle u tilizó queroseno para echar a andar su motor, el cual, sigue siendo el combustible principalmente utilizado por las aerolíneas y flotas militares del mund o. [3] Aunque los combustibles de aviación son mucho más tolerantes que los motores de gas olina y diésel, los s istemas de combus tible de las aeronaves y motores son muy sensibles a las propiedades físicas y químicas de los combustibles. Por lo que se requirió de nuevos están dares para la calidad de los motores de turbina.
2 A. Combustibles utilizados en la aviación civil
El primer combustible de avión (del inglés, Jet Propellant 1 o JP-1) fue desarrollado a finales de la Segunda Guerra Mundial. A pesar de que el combustible funcionaba, los militares comenzaron a bus car formas de mejorarlo y de este modo, mejorar el funcionamiento de s us aviones . Otras variaciones incluyeron el JP-2 (muy inflamable) y JP-3, el cual tenía problemas de bloqueo de vapor y pérdida de combustible. En 1944, los Estados Unidos de América pu blicaron las especificaciones para el JP-1, queroseno de un pun to de congelación a -60ºC. El queroseno con alto pun to de inflamación se introdujo ya en 1948 para reducir el riesgo de incendios a bordo de los porta aviones. La primera especificación para este grado fue RDE/F/KER 203 y tenía un punto de inflamación similar gas óleo ligero. El primer avión de la Armada de los Estad os Unidos de América uso gasolina de aviación, pero el plomo del combustible ataco la sección caliente de los componentes del motor. Más adelante, aparece el JP-4 con una mezcla de queroseno y gaso lina q ue reflejó muy buenos resultados y fue utilizado por la fuerza aérea de los Estados Unidos de 1951 hasta mediados de 1990. Este combus tible fue similar al combus tible Jet B utilizado por los aviones particulares. La USAF des arrollo un combustible muy similar al Jet A-1 comercial para reducir los incendios as ociados con el combustible de corte ancho que apareció durante el conflicto del sudeste asiático. La fuerza aérea cambió del JP-4 al JP-8 en los años 90, y fue des arrollada en 1978. Tiene un punto de inflamación más alto que el JP-4 y es menos carcinógeno. Su formulación es similar al Jet A-1, que ahora es utilizado por aviones comerciales. JP-8 fue especificado en 1990 por el gobierno de los Estados Unidos de América como un reemplazo para los veh ículos gubernamentales con diésel. Fue ampliamente utilizado por el ejército de los Estad os Unidos de América. Se proyecta su permanencia d e uso al menos hasta el 2025. II. COMBUST IBLES UTI LIZADOSEN LA AVIACIÓN El uso de aditivos en el querosen o está muy restringido por la normativa de aviación. Solo se permiten ciertos antioxidantes, mejoradores de conductividad eléctrica, mejoradores de lubricidad y desactivadores de metales. Eso sí, todos deben estar previamente homologados. Pero el queroseno no es el único combustible que pueden utilizar los aviones. Las avionetas con motores de encendido por chisp a utilizan avgas (aviation gas oline). La más utilizad a es la 100 LL (Low Lead, o baja en plomo), sobre todo en motores sobrealimentados. La principal diferencia respecto a las gasolinas d e automoción es que contiene plomo tetraetilo y su octanaje es de 100 en lugar de 95.
El combustible de avión o el combustible para turbinas de aviación (ATF) es un tipo de combustible diseñado para uso en aviones propulsado s por motores de turbina d e gas . Los combus tibles más utilizados para la aviación comercial son Jet A y Jet A-1, producidos bajo unas especificaciones internacionales estan darizadas. El otro combustible comúnmente usado para la aviación comercial es el Jet B que se utiliza por su mayor rendimiento en climas fríos . [4] El co mbustible de avión es una mezcla de un gran número de diferentes hidrocarburos. Los combus tibles para aviones de tipo Kerosen e (incluyendo Jet A y Jet A-1) tiene una distribución de número de carbonos aproximadamente entre 8 y 16 (átomos de carbon o por molécula); El de corte amplio o combustible de aviones de tipo nafta (incluyendo Jet B), tiene un numero de carbon os aproximadamente ent re 5 y 15. [4] Propiedades fisicoquímicas [5]
El queros eno es un líquido transparente (o con ligera coloración amarillenta) obtenido por des tilación del petróleo, de densidad intermedia entre la gas olina y el gasóleo o diésel, que se utiliza como combus tible. El q ueroseno y otros combus tibles de aviación s on un blending de diversas corrientes de refinería con el fin de conseguir unas propiedades determinadas marcadas por la normativa vigente. Son mezclas de hidrocarburos : • Parafinas lineales (n-parafinas) • Parafinas ramificadas (iso-parafinas) • Ciclo parafinas (naftenos) • Hidrocarburos aromáticos (principalmente alquílensenos y alquilnaftalenos ) y olefinas (0,5% -5% como máximo) con diferentes productos químicos. El número de átomos de carbono puede variar en el intervalo de C9 a C17. Peso molecular: Media de 170 (C9-C17). Fórmula molecular: C9-C17. Solubilidad: Insoluble en agua (5 mg/l),
miscible con
disolventes de petróleo. Punto de fusión: - 34 °C Punto de ebullición: (140/145 – 210/240) ºC Presión de vapor: (2,1-2,6) torr a 21ºC Punto de inflamación: Aproximadamente de 38 ºC a 52 ºC Límite de explosividad: Inferior: 1,3%; su perior: 6% (concentración en aire). Umbral de olor: 0,6 mg/m3 (0,1 ppm). Temperatura de autoignición: 177 ºC a 329 ºC. 1. JET A-1
El Jet A-1 es un combustible de grado queroseno adecuad o para la mayoría de los aviones con motor de turbina. Se produce según un estricto estándar internacionalmente acordado, tiene un punto de inflamación superior a 38 ° C (100 ° F) y un punto de congelación máximo de -47 ° C. Está ampliamen te disponible fuera de los EE. UU. combus tible líquido qu e se inyecta continuamente en una cámara de combus tión en la que se produce una corriente constante de gas es a elevada presión y temperatura. Este chorro de gas es el que genera la p otencia que, por reacción, impulsa al avión.
3 Los turborreactores actuales de altas p restaciones comprimen el aire hasta tres y cuatro veces más que los motores de émbolo. La compresión del aire, previa a su mezcla con el combustible, es uno de los factores que más influyen en la economía del produ cto. [6][7] TABLA I P ROPIEDADES DEL JET A -1 [8] Dete rminaciones
Especificaciones
Aspecto
Claro brillante y vis ual mente libre de materia sólida y agua no dis uelta a tempe ratura ambiente Informar
Color
Método de ensayo
1.0
0.0 15 25.0
ASTM D 324 2 ASTM D1319
26. 5 0.30 0.0040
ASTM D 637 9 ASTM D 1266 ASTM D 3227
Negati va 38 – 40 [°C]
ASTM D 495 2 ASTM D 56 – ASTM D 3828 ASTM D 1298 – ASTM D 4052
Densidad a 1 5 °C, kg/m3
775 – 840
Jet A es un tipo similar de combustible queroseno, producido segú n una es pecificación ASTM y normalmente solo disponible en EE. UU. Tiene el mismo punto de inflamación que el Jet A1 pero un pun to de congelación más alto (-40 ° C). Se s uministra con la especificación ASTM D1655 (Jet A). En el resto del mundo, la especificación más popular es la Jet A-1 exceptuando los antiguos estados soviéticos, donde TS-1 es el más común. TABLA II P ROP IEDADES DEL JET A [8] [9]
ASTM D 156 o ASTM D 6045 ASTM D 5452
Contaminación por partículas, mg/l Composición Acidez tota l, mg KOH/g Aromáticos, % en volumen Aromáti cos totales Azufre, % en peso Azufre mer ca ptano, % en peso Rea cci ón doctor Punto de inflamación
2. JET A [8] [9]
Fluidez Punto d e co ngelación °C -47.0 ASTM D 2386 Visc osidad cinemática 8000 ASTM D445 20 °C, cSt Combustión Poder ca lorífico Neto, 42.80 ASTM D 3338 MJ/kg Corrosión Corrosión en lámina de 1 ASTM D 130 cobre , (2 hor as ± 5 min a 100 °C ± 1 °C) Estabilidad Estabilidad térmica 260 ASTM D 3241 (JFTOT) Tempera tura de control, °C Conductividad Conduc tividad eléctrica, 50 - 600 ASTM D 2624 pS/m Aditivos: Los nombres y el código de aprobación de la DEF-STAN 91-91/9 deben se r aclarados en el certificado de calidad Aditivo Ant ioxidante, 17 – 24 mg/l En combus tibles hidro procesados y combus tibles sintéticos, obligatorio 24 En combus tibles no hidro procesados, opcional. Desactivador de 5.7 metales, opci onal, mg/l Aditivo antiestático, 3.0 mg/l 5.0
Dete rminaciones
Especificaci ones
Aspecto
Claro, brillante y visu al mente libre de mate ria sólida y agua no dis uelta en tempe ratura normal.
Composición Acidez tota l, mg KOH/g Aromáticos, % en volumen Aromáti cos totales Azufre, % en peso Azufre mer ca ptan, % en peso Reacci ón doctor Punto de i nflamación (1) Densidad a 15 °C, kg/m3
775 - 840
Método de ensayo
0.1 0 25.0
ASTM D 324 2 ASTM D1319
26. 5 0.30 0.0030
ASTM D 637 9 ASTM D 1266 ASTM D 3227
negativa 38 – 40 [°C]
ASTM D 4952 ASTM D 56 – ASTM D 3828 ASTM D 129 8 – ASTM D 4052
Fluidez Punto de c ongelación °C -40.0 ASTM D 2386 Visc osidad c inemática 80 ASTM D445 20 °C, cSt Combustión Pode r ca lorífico Neto, 42.80 ASTM D 3338 MJ/kg Corrosión Corrosión en lámina de 1 ASTM D 130 cobre , (2 horas ± 5 min a 100 °C ± 1 °C) Estabilidad Estabilidad térmica 260 ASTM D 3241 (JFTOT) Tempera tura de control, °C (2) Conductividad Conduc tividad eléctrica, 450 ASTM D 2624 pS/m Aditivos: Los nombres y el código de aprobación de la DEF-STAN 91-91/9 deben ser aclarados en el certificado de calidad Según acuerdo Anti-conge lante, vol % Desactivador de Opcional metales, opci onal, mg/l Aditivo antiestático, Opcional mg/l Anti-oxidante Inhibidor anti -corrosivo
Opcional Según acuerdo
4 NOTAS:
(1) Los resultados por el método D56 son usualmente de aproximadamente 2 ° C por encima de los obtenidos por D3828 e IP 170. (2) No s e permiten depós itos de color anormales. (3) Obligatorio en combustibles hidro procesados a 17.0-24.0 mg/L, y debe agregarse inmediatamente después del proces amiento . TABLA III DIFERENCIAS ENTRE COMBUSTIBLE JET A-1 Y JET A [10] Propiedad Punto de inflamación Temperatura de autoignición Punto de congelación
Jet A-1
Jet A 38 - 40 °C (100 °F) 210 °C (410 °F)
-47 °C (-53 °F)
-40 °C (-40 °F)
Temperatura de la flama adiabática máxima
250 0 K (22 30 °C) Temperatura de combus tión de aire libre: 1030 °C
Densidad a 15 °C
0,804 kg/l
0,820 kg/l
42,80 MJ/kg (11,90 kWh/Kg)
43,02 MJ/kg (11,95 kWh/Kg)
34,7 MJ/l (9.6 kWh / L)
35,3 MJ/l (9.8 kWh / L)
Energía específica
Densidad de ene rgía
3. JET B
También conocido como JP-54 es un combustible de gaso lina-queroseno, diseñado p ara climas muy fríos. Es por ello que se utiliza muy poco, debido a que la compos ición de encen der del jet-B lo hace más difícil de manejar; es altamente inflamable. Se con oce como combustible de corte amplio; tiene un punto de congelación bajo de aproximadamente -60 ° C y un punto de inflamación muy bajo también. El uso de nuevas rutas que pas aban sobre los polos Fig. 1 hace necesaria la utilización de es te tipo de co mbus tible [11].
Fig. 1 Ruta que cruza el polo norte, el uso del Jet-B se da prin cipa lmente es estados unido s.
En la Tabla IV s e mues tran las principales características de este combus tible que es más usad o en aviones militares ya que es muy difícil su uso en la aviación civil por lo complicado de manejar. TABLA IV P ROPIEDADES DEL JET-B Pr opiedad Valor o Unidades Descripción ° T ipo de Combustible Alta Volatilidad ° Punt o de congelación -60 Composición Aromatic mg KOH/g Aditivos antioxidantes mínimo mg/L Presión de Vapor (149°C) 20.7 Corrosión ------- Densidad 900 Kg/m^3 Cont aminantes Reacción al ------agua En la presente tabla se muestra un resumen de las pro piedades más impor tantes del JP-B. Investigac ion es Actuales
A principios de 1995, el GRC de la NASA formó una asociación con varias empresas de motores a reacción para des arrollar el código de combus tión nacional (NCC), que ayudaría a los ingenieros aeroespaciales a resolver complejos problemas de combustión en turbinas de gas, cohetes y motores hipersónicos [12]. Reducir el costo y mejorar la seg uridad del acceso esp acial; son elementos claves de la visión aeroesp acial de la NASA. El desarrollo de mejores y eficientes combustibles para generar po tencia y evitar la emisión de sus tancias toxicas siempre avanzan juntos . Uno de los más importantes avances es el desarrollo del Biopetroleum MERO de la 2ª generación este sup era lo co nvencional de los demás combustible, teniendo en cuenta sus parámetros y especialmente teniendo en cuenta la relación con un sistema de combustible alternativo, el biocombus tible tiene sus ventajas y des ventajas. Son combustibles líquidos hechos de productos agrícolas como cereales u oleaginosas. Pueden ser combinados con combus tibles fósiles. Son una alternativa muy atractiva al keroseno actualmente utilizado porque no requiere de modificaciones en los motores de los aviones y puede ser mezclado con el keroseno y usado con la actual generación de motores ya existentes para cons eguir una aviación con emisiones más limpias para el medio ambiente. El combustible tiene alto poder lubricante, por lo tanto, disminuye el desgaste de las piezas del motor por la fricción y prolonga la vida útil de las boq uillas de inyección de combustible. El poder lubricante del petróleo es muy importante porque algunas partes del motor se engrasan directamente con combus tible en vez que por el lubricante. El combustible no requiere de ninguna condición especial de almacenamiento y se pueden almacenar en el mismo tipo de contenedores utilizados para el almacenamiento de petróleo. El combus tible tiene mejores propiedades de combustión y por lo tanto disminuye significativamente los efectos del motor; el humo, la cantidad de partes s ólidas, azufre,
5 dióxido de carbono e hidrocarburos en general. Gracias a su estructura, el combus tible es adecuado para las operaciones donde en donde la contaminación del suelo es causada por combustible, es decir, especialmente en la agricultura y la producción forestal, utilización del agua en zonas de protección, etc. Se considera que el combustible es limpiador, como uno que tiene poder para liberar carbono y perfectamente limpiar el motor y tod os los sistemas de combus tible, evitando así de la sedimentación d e los filtros de combus tible. Cuando el co mbus tible se almacena, es necesario asegurar la claridad del espacio de almacenamiento y proteger el combustible del con tacto con agu a. El almacenamient o duradero de combustible no es recomendado ya que la pos ibilidad de la des composición de su s partes . Es agres ivo hacia el caucho y se oxida fácilmente con la s iguiente creación de s edimentos y productos ácidos [13]. B. Combustibles Utilizad os en Aviació n Militar
“Jet Propellant” es el nombre que reciben los diferentes combustibles para turborreactores. Tienen el corte de destilación superior al de las gas olinas. Suelen estar entre C12 y C16 átomos de carbono. El límite superior de des tilación es inferior al de los combus tibles diésel, estando el corte de des tilación entre 150-300ºC.
Fig. 2. Cronología de combustibles militares en EE. UU.
1. JP-1
En d etalle, el JP-1 (MIL-F-5616), conocido también como Avtur, fue el primer carburante para aviones a reacción, cualificado en 1944 por la Administración es tadounidense. Era un qu eroseno puro con alto grado de inflamabilidad respecto al Avgas y un punto de congelación de -60°C, que limitaba más su disponibilidad, siendo rápidamente sustituido por varios combustibles de los llamados de talla grande, como los JP-2, JP-3 y, en 1951, JP-4. 2. JP-2
TABLA V P ROPIEDADES DEL BIOPETROLEUM Propi edad De nsidad (15 C) Nume ro de a cidez
Val or o Descripción 882 0.23
In fl amación
168
Conten ido de azufre Vi s cosidad cinemática Capa cidad calorífica
0.1 4.5 39
Unidades
/^3 / C Mg/Kg 2/ MJ/kg
En la present e tabla se muestra un resumen de las propiedades más impor tantes del Bipet roleum.
Las especificaciones JP-2 son estándares obs oletos des arrollados durante la Segunda Guerra Mund ial. El JP -2 estab a ideado para s er más fácil de producir que el JP-1, pero nunca fue us ado de manera mayoritaria. El combus tible JP-2 intentaba conseguir un combus tible más b arato que el JP-1 al tener una menor exigencia respecto al punto de congelación. No tuvo cas i aplicación práctica. 3. JP-3
La propuesta original para el combustible JP-3 s e hizo en enero de 1947. Los requisitos para este combus tible fueron en gran medida dictados por el deseo de establecer un combustible militar de máxima disponibilidad; sin embargo, algunos de los límites de ciertas propiedades s e basaron en los datos de investigación y la experiencia operacional que se habían obtenido en ese momento. En diciembre de 1947, se estableció la primera especificación AN-F-58 p ara el combus tible JP-3. Algunas de las restricciones sobre las propiedades físicas de este combustible difieren de las de la propuesta original. La segu nda revisión de la especificación JP-3 se realizó en marzo de 1949 y la designación se cambió a AN-F-58a y luego a MILF-5624. En ese momento, el contenido aromático permitido se redujo al 25 por ciento en volumen, y el número de bromo se aumentó a 30. La especificación JP-3 permaneció inalterada hasta mayo de 1951, en cuy o momento el contenido de azufre de mercaptano se limitó a un máximo de 0,005 por ciento en peso. Esta revisión fue el resultado de las dificultades de corrosión, los posibles problemas d e hinchazón de la g oma) y los olores objetables que se encontraron durante las pruebas del motor.
6 TABLA VI
4. JP-4
El JP-4 es el equivalente militar al Jet B, es decir una mezcla 50/50 de gas olina y kerosen o, la diferencia respecto al combustible civil recae en el uso de tres principales aditivos, que s on el inhibidor de hielo (FSII), aditivos antiestáticos y aditivos desactivadores de metales pesados . Cumple con los requisitos de la Especificación Militar de los Estados Unidos MIL-DTL-5624U Grado JP-4 y de la especificación británica DEF STAN 91-88 AVTAG / FSII. En diciembre de 1953, la especificación JP-4 s e modificó para eliminar los requisitos del 10 por ciento y punto final y para agregar valores límite en los puntos 20, 50 y 90 por ciento en la curva de d estilación. Aunq ue tales mezclas podrían cumplir con la especificación global, el componente volátil se pierde fácilmente por la intemperie durante el almacenamiento y durante el vu elo; y la porción p esada restante no sería adecuada para el us o de aeronaves. La especificación MIL-F-5624C se introdujo en mayo de 1955 e incorpora cambios en la volatilidad y la gravedad específica. Estos cambios fueron dictados más por el deseo de disponibilidad universal que por consideraciones técnicas.
ESPECIFICACIONES DE COMBUSTIBLES MILITARES Grado
JP-3 JP-1
JP-4
JP-5
Punto de congelación °F Aromáticos, porcentaje por volumen Número Bromine
-76(max)
-76(max)
-76(max)
-40(max)
20(max)
25(max)
25(max)
25(max)
3(max)
5(max)
5(max)
5(max)
Azufre total, porcentaje por peso Calor de Combustión BTU/lb Gravedad específica Viscosidad a 20°C en mm2/s Densidad mínima a 15°C en kg/L Existent gum, mg/100ml
0.2(max)
0.4(max)
0.4(max)
0.4(max)
-----
18400(min)
18400(min)
18300(min)
0.850
0.78-0.739
0.802-0.75
0.845-0.788
-----
-----
-----
8.5
-----
-----
0.751
0.788
5.0(max)
7.0(max)
7.0(max)
7.0(max)
5. JP-5
Conocido como A vcat y des arrollado en 1952, el JP-5 es expresamente para aviones embarcados en portaaviones , donde el riesgo de incendio es particularmente elevado. Es una mezcla compleja que contiene elementos alcalinos, naftalinas e hidrocarburos aromáticos. Su peso es de 0,81 kg/l., tiene un alto grado de inflamabilidad (mínimo 60°C) y es el carburante primario para la mayoría de las marinas militares. Es menos volátil que el JP-4 ya que sobre la cubierta de los portaaviones el riesgo de incendio puede suponer un gran desastre, su principal aditivo es el Oppanol-B200. Su código OTAN es F44. Este combus tible requiere aditivos especiales militares para su us o en ámbitos bélicos, y d ebe cumplir las es pecificaciones MIL-DTL-5624 (JP-5) y DEF STAN 91-86 (AVCAT/FSII).
6. JP-7
El JP-7 fue des arrollado para s u uso en aviones supersó nicos avanzados de uso militar, debido a su estabilidad térmica y alto punto de inflamación. Tiene un rango de temperatura de des tilación de 182 °C a 288 °C [14]. Se utilizo en el motor turbo jet Pratt & Whitney J58 (JT11D-20) para impulsar al ahora ya retirado Lockheed SR-71 Blackbird. Este avión supersónico alcanzo más de Match 3. Entre otros motores de turbina de gas que utilizan es te combus tible tenemos el scramjet SJY61 de Pratt & Whitney (impulsa el Boeing X-51) [15], [16]. ❖ Formulación y Fórmula química El JP-7 tiene formula química aproximada [17]:
Propiedades
Fig. 3. Combustibles de turbina de gas militares
7 P ROPIEDADES DEL JP-9 7. JP-8
El 1980, el combustible JP-4 fue reemplazado por el JP-8, un combustible basado en keroseno utilizado para aviones a reacción de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Este combus tible es d e propiedades muy parecidas a las del Jet A y Jet A-1, pero a este se le agrego tres aditivos: mejorando la lubricidad, evitando la corrosión y un aditivo antiestático [17] ❖ Formulación y Fórmula química El JP-8 tiene formula química aproximada [17]: ❖
Propiedades
TABLA VIII P ROPIEDADES DEL JP-8 Propiedad
Valor o Descripción
Unidades
Tipo de Combustible
Keros eno
--
Densidad (15 °C) Gravi ty °API (15°C) Visc osidad (-20 °C)
775-840 37-51 8
Energía Mínima de Encendido por Chispa
0.2
/ AD ° ° /
Tempera tura de Autoignición (1 atm)
238
°
Punto de Congelación Flashpoint Cal or Especifico de Combustión
-50 38 43.0 50
En la present e tabla se muestra un resumen de las pro piedades más impor tantes de JP-9. Sea AD: Adimensional [1 4][18]
8. JP-9
Combustible utilizado por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos como combustible para misiles cruceros, debido a su alta Energía de combustión por unidad de volumen.
Propiedad Tipo de Combustible
Densidad (15°C) Gravity °API Viscosidad: a -54 °C a -32 °C a -18 °C Flashpoint Cal or Especifico de Combustión Energía Mínima de Encendido por Chispa Tempera tura de Autoignición
Valor o Descripción
Unidades
Mezcla si ntética de alta densidad 935-956 16.8-20
--
/ AD
50 20 12 23 42. 087 0.2
° / m
250
°
En la present e tabla se muestra un resumen de las pro piedades más impor tantes de JP-9. Sea AD: Adimensional [1 4][18]
9. JP-10
El JP-9 que era utilizado por la Fuerza Aérea de Estados Unidos como combustible para misiles crucero fue reemplazado por el JP-10 [5]. ❖ Formulación y Fórmula química El combus tible JP-10, tiene la estructura química única exo tetrahidrodi (ciclopentadieno). Se prepara por hidrogenación de ciclopentadieno comercialmente disponible, que produce el material s ólido endo-tetrahidrodi (ciclopentadieno). La estructura endo intermedia se isomeriza a continuación en presencia de un catalizador para producir JP-10 puro. La estructura química se mues tra en la Fig. 5.2 [18]. La fórmula química es [19] :
Formulación y Fórmula química El combustible JP-9, es un combustible de hidrocarburo de alta dens idad compues to por tres componentes diferentes diseñados para tener una alta volatilidad que permite la ignición adecuada a bajas temperaturas. Está compuesto de [18][19] (Vea Fig. 5.1) o Metilciclohexano (De 10%-12% en pes o) o JP-10 Exo-Tetrahidrodi (ciclopentadieno) (De 65% -70% en peso) RJ-5 (dímeros de H-norbornadieno) (De 20%-25% en pes o) o ❖
Fig. 5. Formul a Química del JP-10 [18]
❖
Propiedades TABLE X P ROPIEDADES DEL JP-10
Fig. 4. Formul a Química del JP-9 [18]
Propiedad Tipo de Combustible
❖
Propiedades TABLA IX
Densidad (15°C) Gravity °API Punto de Congelación
Valor o Descripción Sinté tico de Alta Densidad 935-943 18.5-20 -79
Unidades --
/ AD °C
8 Viscosidad: a -54 °C a -32 °C a -18 °C Flashpoint Cal or Especifico de Combustión Energía Mínima de Encendido por Chispa Tempera tura de Autoignición
Héctor Manuel Hernández y Hernández 37 14 9 53 42.1 0.2
° /
245
°
En la pres ente tabla se muestra un r esumen de l as propiedades más impo rta ntes de JP-10. Sea AD: Adimensional [14][18]
Nació en Santa Ana, El Salvador, el 19 de octu bre de 1996. Estudio mecánico industrial en Centro Escolar Católico Rafael Campos, posteriormente se graduó de técnico en mecánica industrial en Centro Escolar INSA. Actualmente estudia en la Universidad Don Bosco la carrera de ingeniería en Aeronáutica. Esta becado por el programa de becas Federico Huguet, en la Universidad don Bosco. Entre sus ramas de interés está la fabricación y montaje de partes de aeronaves.
III. CONCLUSIÓN ✓ Es
co mprobado que a lo largo de la historia los combus tibles para aeronaves han ido variando, ya sea por avances tecnológicos, necesidad o lo que es más importante: Mejorar el desempeño de las aeronaves. Actualmente los más utilizados para la aviación civil, El Jet A y Jet A-1, aunque el primero solo es utilizado mayoritariamente en Estados Unidos y el segundo es de uso común en la industria, cumplen con las especificaciones y requerimientos por regulación a ser utilizados . Sabiendo q ue últimos avances motores permiten la investigación en nuevos componentes químicos, se espera que un futuro pueda mejorarse la efectividad de estos y hacerlos más amigables con el ambiente. ✓ Existen
muchos más combustibles para motores de turbina de gas que para motores recíprocos, y esto se debe a que cada motor que propulsa una aeronave tiene un objetivo de diseño particular y no s olo esto, sino que, el hecho de poseer aeronaves más rápidas con techos mucho más altos, y por tano que usen motores de turbina de gas, han enfocado las investigaciones a este tipo de combustibles dejando a un lado los para motores recíprocos. Estas investigaciones no están solo interesadas en desarrollar combustibles con gran calor de combustión por unidad de masa, capaces de soportar bajas temperaturas, etc sino que es tán comprometidas a reducir la emisión de gases de efecto invernadero que incrementan la problemática ambiental.
Biografías
Erick S tanley Arevalo Lopez, nació el 20 de
septiembre de 1995 en el municipio de Soyapango, departamento de San Salvador. Realizó sus estudios desd e primaria hasta bachillerato en el “Liceo Cristiano Reverendo Juan Bueno La Coruña”, culminando estudios en el año 2013 con el grado de “Bachille r General – especialidad en informática”. Cuenta con diplomado en astronomía por parte de la Universidad de El Salvador - UES (2015). Actualmente es estudiante de 4° año de ingeniería Aeronáutica en la Universidad Don Bosco.
Ariana Belén Mira Barraza nació en San
Salvador, El Salvador el 17 de febrero de 1998. Se gradu ó de bachillerato general del Colegio Cristiano Cefas en el 2014. Desd e 2015, realiza su s estud ios de ingeniería en aeronáutica en la Universidad Don Bosco. En sus campos de interés se encuentra la ciencia y la música. En un futuro planea especializarse en el área de diseño y estructuras aeronáuticas.
Alejandro Enrique González Castro nació
en San Salvador, El Salvador, el 18 de enero de 1996. Se graduó de bachiller técnico industrial opción electrónica en el Colegio Don Bosco en Soyapang o, 2014. Continuo su formación con un Técnico en Ingeniería Electrónica en la Universidad Don Bosco, se graduó en el 2016. Actualmente él estudia en la Universidad Don Bosco la carreta de Ingeniería en Aeronáutica. Entre sus campos de interés está la física teórica, el aeromodelismo, aviónica y el desarrollo de una un modelo matemático que permita diseñ ar la aeronave más eficiente posible. Al graduarse del técnico industrial opción electrónica, recibió el primer lugar en el primer y tercer año . En las exposiciones técnicos científicas que se llevan a cabo en el Colegio Don Bosco, durante sus tres años de estudio se encontró siempre entre los tres primeros lugares (2012-2014). Se graduó del Técnico en Ingeniería Electrónica con un nombramiento honorifico (Magna cum laude). Después de culminar sus estudios en la Universidad Don Bosco aspira a continuar sus estudios en el extranjero siempre en el área de la aeronáutica. Samuel Geovanny Reyes Avilez nació u n 31
de octub re de 1995, en el municipio de San salvador, San Salvador, El Salvador. Comenzó sus estudios de preescolar en el “Colegio Renacimiento” en el municipio de Ilopango has ta el sexto grado, pos teriormente en una institución llamada: “Liceo Bautista” del mismo municipio, en 2008 hasta el noveno grado e ingresó a una institución llamada “Escuela Técnica de Mecánica de Aviación”, terminando en la Universidad Don Bosco en 2014. Actualmente Se en cuentra estudiando Ingeniería A eronáutica.
9 IV. REFERENCIAS [1] Raúl Felipe Trujillo Mejía, “Hidrocarburos: Manejo seguro,” 4ta ed. Bogota D.C. 2010 pp. 24-25. [2] BORJA GALMÉS BELMONTE, “Mo tores de reaccion y turbinas de gas” 1ra ed. 2015, pp 185-186. [3] American Society of Mechanical Engineers ”Journal of Engineering for Gas Turbine and Power”, Vol 140, Num. 1-2, 2018. [4] C. P. Company, «Aviation Turbine Fuel Introduction,» de Aviatio n Fuels, tecn ical Review, vol. 1, San Ramon, California, 2007, p. 94. [5] Instituto Nacional de Seguridad e Higiene, “Queroseno – Documentación toxicológica del limite de esposición profes ional del queroseno (Combustible de aviación)”, 2016, 10-2-2018. [6] R. Aviation, «Composición del Jet A-1,» p. 1, 2015. [7] R. Aviation, «¿Propiedades del Jet A-1, » p. 2, 2015. [8] ExxonMobil Aviation, «World Jet Fuel Specifications,» 2005 ed. Leatherhead, UK 2005. Pp. 5-10 [9] C. C. Chevron Phillips, «Safety Data Sheet, Jet A Aviation Fuel,» The Woodlands, TX., 2016. [10] PetroCanada, «Safety Data Sheet, Jet A/A-1 Aviation Turbine Fuel,» Calgary Alberta, CANADA., 2016. [11] Dave Lawicki mayo 2002. Jet Fuel Characteristic. Boing. [12] NASA, 2015. Glenn Combus tion Research for Aeronautical Propulsion. [13] Milan Olsovvsky, Marian Hocko, enero 2011, The effect of biofuel addition to flight keroseno on a rubber gasket. [14] “JET FUELS JP-4 AND JP-7,” vol. 1, 1990. [15] SR-71A Flight Manual (U), Issue E, Change 2. SR-71 Online - Paul R. Kucher, 1989. [16] “ASSIST Quick Search, Basic Profile: MIL-T-38219D Military Specification, Turbine Fuel, Low Volatility, JP7,” DLA.mil, Aug. 1998. [17] T. Edwards and L. Q. Maurice, “Surrogate Mixtures to Represen t Complex Aviation and Rocket Fuels,” J. Propul s. Power , vol. 17, no. 2, pp. 461 – 466, 2001. [18] Coordinating Reseach Council Inc, Handb ook o f Aviation Fuel Properties. 1983. [19] T. A. Thomas A. Ward, Aerospa ce prop ulsi on systems. John Wiley & Sons, 2010. [20] F. Campbell, Structural Composite Materials, 1st ed. United States, 2010, pp. 383-387. [21] Aviation Fuels Technical Review. California, 2007. [22] G. Totten, Fuels and Lubricants Handbook, 1st ed . 2003, p. 91. [23] Handbook of Aviation Fuel Properties. United States , 1983, p. 6. [24] H. Barnett and R. Hibbard, Properties of Aircraft Fuels. Washington DC., 1956, pp. 7-9, 68-69.