funcionamiento motor itsa
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PRINCIPIOSBASICOSDEFUNCIONAMIENTODELMOTORDEREACCION.LEYESFISICASDELMOVIMIENTO:LapartedelaMecnicaqueestudialarelacinentrelasfuerzasylosmovimientosqueprovocanse
denominaDINMICA.
LaDinmicasebasaentresPrincipiosfundamentalesquefueronenunciadosporIsaacNewton:
1. PrincipiodeInercia(PrimeraLeydeNewton):Paramodificarelestadodereposoomovimientodeuncuerpo,partculaogrupodepartculasesnecesarioaplicarleunafuerza.
2. PrincipiodeProporcionalidadentrefuerzasyaceleraciones(SegundaLeydeNewton):Lafuerzaqueactasobreuncuerpo,partculaogrupodepartculasesigualasumasamultiplicadaporsuaceleracin.Tambinseconocecomoprincipiodeigualdadentrelafuerzaqueactaylavariacindelacantidaddemovimiento(momentum)conrespectoaltiempoqueproduce.
3. PrincipiodeAccinyReaccin(TerceraLeydeNewton):Atodafuerzaseoponeotraigualydesentidocontrario.Cuandouncuerpo(partculaogrupodepartculas)interaccionaconotrocuerpo(partculaogrupodepartculas),lafuerzaque ejerceelprimerosobreelsegundoesigualydesentidoopuestoalaqueesteejercesobreelprimero.
MECANISMODELAPROPULSION:Paraqueuncuerposeacelereesnecesarioaplicarleunafuerza(porlaSegundaLeydeNewton)ydebeexistirotrocuerpoalqueleapliqueunafuerzaigualycontraria(porlaTerceraLeydeNewton).
Sicomoconsecuenciadelafuerzaaplicadasobreelcuerpo(avin)estesedesplazaenunadeterminada
direccin,
debe
haber
otro
cuerpo
(gases
de
escape
de
motor)
que
lo
haga
en
sentido
contrario.
Seconsiguequehayaunafuerzaaplicadasobreelavin(porelmotor),yquehagaaceleraraestey/ovencerlaresistenciaaerodinmicaqueleoponelaatmsferaenquevuela,mediantelavariacindelacantidaddemovimientoqueelmotorimprimealosgasesqueloatraviesan.
MOTORESYPROPULSORES:Losdistintossistemasempleadosparahacermovercualquiermvildisponenparahacerlodemotorydepropulsorque,generalmente,seencuentranbiendiferenciados.
Elmotoreselencargadodeextraerlaenerga(qumica)contenida enlafuentequelacontiene
(combustible)
y
transformarla
en
energa
mecnica
(que
puede
ser
un
par
de
fuerzas,
par
motor,
en
el
eje
delpropiomotor).Elpropulsoreselencargadodetransformaresaenergamecnicaproporcionadaporelmotorenenergacintica(demovimiento)delmvil.
Enelautomvilelmotorseencargadeextraerlaenergadelcombustible(gasolinaogasoil)ytransmitelaenergamecnicaalpropulsorquesonlasruedasmotricesdelcoche.Elparmotorenlasruedasseconvierteenenergacintica(movimiento)delcoche.
Enelcasodelferrocarrilelctricosumotoreselencargadodetransformarenparmotor(mecnico)laenergaelctricaquerecibedelacatenariaytransmitrselaalasruedasmotricesdelalocomotora(propulsor).
Lahlicedelbarcoodelavineselpropulsorenambosmediosdelocomocin.
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Solamentelosmotoresareaccinusadosenaviacinsonalavezmotoresypropulsores(motopropulsores),yaquetransformandirectamentelaenergaqumicacontenidaenelcombustibleenenergacinticadelchorrodegasesquesaledelmotoryqueeselquepropulsaalavinensentidocontrario.
SedenominanGruposMotopropulsoresalosformadosporlacombinacindeunMotor(generadordeenerga)yunPropulsor(encargadodeejercerlafuerzadepropulsin).EselcasoporejemplodelosTurboejesenqueelmotorturboejeseencargadegenerarlaenergaparamoverlastransmisionesysonlosrotoreslosencargadosdepropulsaralhelicptero.
Losmotoresdereaccinseclasificanenautnomosynoautnomos.Losprimeros,comolosmotorescohete,llevanabordotodaslasespeciesqumicasnecesariasparaproducirlacombustin.Lossegundossolollevanelcombustibleyeloxidante(oxgeno)necesariolotomandelmedio(atmsfera)enqueoperan.
PROPULSIONPORREACCION.ELMOTORDEREACCIONPRINCIPIODEFUNCIONAMIENTO:Sedenominanmotoresdereaccinalasmquinastrmicasquetransformanlaenergadelospropulsantes(combustibleyaireatmosfrico)enenergacinticadelchorrodegasesquelasatraviesan.Eseesprecisamentesuprincipiobsicodefuncionamiento.
EnrealidadnosestamosrefiriendoalosmotoresdereaccinNOAUTONOMOS,esdecirdelosqueprecisandelaireatmosfrico(oxidanteocomburente)delambienteenqueoperanparareaccionarqumicamenteconelcombustiblequeelmismotransporta.Esteeseltipodemotordereaccinqueseusaenaviacinyalqueentodolosucesivonosvamosareferir,sibiendebemoshacernotarqueexisteotrotipodemotoresdereaccinquesonlosAUTONOMOS(aquellos,comolosmotorescohete,quenonecesitantomarningnelementodelambienteenqueoperanpararealizarlareaccinqumicaquelospropulsaportransportar
con
ellos
mismos
todo
lo
necesario).
EnaviacinseusanmotoresNOautnomos.Aunqueexistenmotoresdereaccinnoautnomosdeotrostipos(estatorreactoresopulsorreactores),enaviacincasiexclusivamenteseusanlosTurborreactores,quesonlosmotoresquecomprimenelairequeadmitenmedianteunturbocompresor.TodocuantoveamosacontinuacinsereferiralosTurborreactores,aunquelesllamemosmotoresdereaccin.
LoselementosbsicosdetodoTurborreactor,yendodeadelantehaciaatrsenelmismosentidoenqueloatraviesanelaireylosgasesdelacombustin,son:conductodeadmisin,seccindecompresin,difusorprecmara(s),cmara(s)decombustin,seccindeturbinaytoberadeescape(salida).
Laformacomoseproduceelfuncionamientodeunmotordereaccines:
Elairequeincideenlaentradadelmotorsecomprimedebidoasuvelocidad,yporlaformadivergentedeel,enelconductodeadmisin(deentrada)delmotorantesdeentrarenelcompresor.
El(los)compresor(es),movido(s)atravsdeeje(s)interno(s)porla(s)turbina(s),medianteelsuministrodetrabajo,elevanconsiderablementelapresindelairequehabaentradoenel.
Elairecomprimidoesdeceleradoconvenientementealpasarporeldifusorprecmara(s)antesdeserintroducidoenla(s)cmara(s)decombustin,dondemezcladoconvenientementeconelcombustiblequeesinyectadoenella(s)hacearderaesteaunapresinprcticamenteconstanteperoelevandoenormementelatemperaturadelosgasesresultantesporelcalorgeneradodurante
lacombustin.
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Losgasesdecombustin,aunaelevadapresinytemperatura,sehacenpasarporla(s)turbina(s)dondeparcialmenteseexpansionan,extrayndolesaseltrabajonecesarioparamoverel(los)compresor(es),losaccesoriosdemotoryavinconectadosmecnicamentealmotory,ensucaso,lahliceoelejedepotenciaconectadosalmismo.
Finalmentelosgasesdeescapeseterminandeexpansionarenlatoberadesalidadondeseaceleranyseacabadeincrementarsuvelocidad(energacintica).Elincrementodecantidaddemovimientodelosgasesdeescaperespectoalaquetenaelairequeentrenelmotoreselresponsabledeproducirlafuerzadeempujeconqueelmotorpropulsaalavin.
LaadmisinylaseccindecompresinconstituyenlaZonaFra(ColdSection)delmotoryCmara(s)decombustin,seccindeTurbina(s)yToberaeslaZonaCaliente(HotSection)delmotor.
Elprocesotermodinmicomedianteelcualelmotordereaccinrealizaelfuncionamientodescritosepuederepresentarmedianteelciclo(BRAYTON) representadoenlaFig.1.
Enlamencionadafiguraserepresentantantoelciclotericocomolaaproximacindelcicloreal(prctico)quellevaacaboelmotorsobreelaire/gasesqueloatraviesan.Lascaractersticasdelciclo(terico),yaproximadamentelasdelcicloreal,son:
01:Compresin(adiabtica,sinadicindecalor)hastalaentradaenelcompresor(incluyendolacompresindentrodelconductodeadmisindelmotor).
12:Compresin(adiabtica)enel/loscompresor(es)ydifusorprecmara(s).
2
3:
Combustin
a
presin
constante
en
cmara(s).
34:Expansin(adiabtica)enlaseccindeturbina(s). 45:Expansin(adiabtica)finalenlatoberadesalida. 50:Exclusivamenteidealyaefectosdecompletarelciclo.Significaquelosgasesdeescapesehandevueltoalaatmsferayportantosupresinserlaatmosfrica.
AefectosexclusivamentecomparativosconloquepasaenunmotoralternativoserepresentanenlaFig.2tantoelciclodelmotordereaccin(BRAYTON)comoelquetienelugarenelmotoralternativo(OTTO).
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COMPONENTESYSISTEMASDELMOTORDEREACCION:Sehanenunciadoyaloscomponentesprincipalesdeunmotordereaccin,enelsentidoenquesonrecorridosporelairequeentraenelmotor,peroveamosahoraconmsdetallecomorealizanelfuncionamientoquetienenasignado,comoseintegranentresiyqueotrossistemassonnecesariosparacompletarelbuenfuncionamientodelmotorcompleto:
a)ConductodeAdmisin(deentrada):
Sibientcnicamenteespartedelavintieneunagraninfluenciaenelfuncionamientodelmotor,porloqueseanalizacomounapartemsdelmismo.
Debealimentaralmotorconlacantidaddeairequeestenecesita,conlasmnimasperturbaciones(sinturbulencia),conlamenorcantidaddeprdidasinternasporrozamientodelaire, conlamayorrecuperacindelapresindinmica (porefectodelavelocidadconqueelaireentraenelconducto)paratransformarlaenpresinalaentradadelcompresoryparatodaslascondicionesadmitidasdevuelodelavinyderegmenesdelmotor.
Esacantidaddeairedependerdelrgimen(r.p.m.)delmotor,velocidaddevuelodelavinydensidaddelaireenlaatmsferaenqueestvolando(altituddevuelo).
Losconductosdeadmisinsediseandependiendodelascondicionesdeoperacindelavinalqueestn
destinados
y
por
esta
causa
se
clasifican
en
Subsnicos
(para
vuelo
subsnico)
y
Supersnicos
(para
vuelo
supersnico).
LosconductosSubsnicostienenunageometrainteriorfijadivergente(enlaqueelaireseexpandeligeramente,disminuyesuvelocidadyaumentasupresinantesdeentrarenelcompresor).
LosSupersnicossondegeometravariable(paraadaptarsetantoalascondicionesdevuelosubsnicascomosupersnicas)deformaconvergentedivergente(conunazonaconvergentesupersnica,unagargantadeseparacinconlazonadivergenteenlaqueseanclalaondadechoqueatravsdelaqueelmovimientodelairepasadesersupersnicoasubsnico,yunazonadivergenteanterioralaentradaenelcompresorenlaque,yaconmovimientosubsnico,ocurreloyadichoanteriormenteparalosconductosSubsnicos).
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Cuandoelmotorestgirandoaaltasr.p.m.enelsuelo,antesdeiniciarlacarreradedespegue,estsuccionandoatravsdelconductodeadmisinelairequelerodea,porloquelapresinenelconductodeadmisinalaentradadelcompresoresligeramenteinferioralapresinatmosfricaexterior.Amedidaqueseincrementalavelocidaddelavindurantelacarreradedespeguelapresindinmicaalaentradaaumentay,aunquetambinseincrementanlasprdidasinternasporrozamientoenelconducto,lapresin
a
la
entrada
del
compresor
iguala
o
supera
a
la
presin
atmosfrica
externa,
es
decir
hay
una
recuperacin
depresinporefectodinmicoqueesunaimportantemisindelconductodeentrada.
Enresumen,hayunincrementodepresinytemperaturadelairealolargodelconductodeentradayunadisminucindesuvelocidad.
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b)Seccindecompresin:
Cuantomayorsealamasadeairequeatraviesaelmotormayorserlacantidaddemovimiento(masaporvelocidad)delosgasesalasalidadelatoberayportantomayorserelempujequeseproduce.Asuvezcuantomayorsealamasadeairequeprocesaelmotor,mayorserlacantidaddecombustibleque
podemosquemarconel,mayorserlaenergageneradadisponibleymayorposibilidadporconsiguientedeaumentarlaenergacintica(velocidad)conquelosgasesdeescapeabandonanelmotoro,loqueeslomismo,demayorempujeproducido.
Laconsecuenciadeloanterioresqueinteresaqueelmotormanejeunagranmasadeaireyparalograrloloquesehaceescomprimirelairequeentraenel.
Loscompresorescomprimenelgasmediantelaaplicacindeuntrabajomecnicoyengeneralpuedendividirseen turbocompresores(paracomprimirdeformacontinuagrandesgastosdeaireapresionesnodemasiadoelevadas)ycompresoresvolumtricos(quecomprimenpequeosgastosdeaireamuyaltapresin).
Sellamarelacindecompresindeuncompresor(odeunaetapadecompresor)alcocienteentrelapresinalasalidarespectoalapresinalaentradadelcompresor(odelaetapa).
Haydostiposdeturbocompresoresusadosenmotoresdereaccin:CentrfugosyAxiales.Haytambinuntercertipodecompresorqueesusado:elHbrido,peroesteenrealidadesunacombinacindelosdostiposanteriores,yaqueconstadealgunasetapasdecompresoraxialyunaltimaetapadecompresincentrfuga.
Ambostiposdecompresoresconstandeunaparteesttica,queestunidaasuvezoformapartedelaestructurafijadelmotor,ydeunaparterotatoriaqueestsoportadaporunejeinternoapoyadosobrerodamientos(cuyapistaexteriorsefijaenunsoportequeformapartedelaestructuradelmotor)quees
arrastrado
por
la
turbina.
COMPRESORCENTRIFUGO:
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ElcompresorCentrfugoestcompuestopor:rotorydifusor(contenidosenelcrter)yelcolectorqueeselcrtercircunferencialdemayortamaodelcompresor.
ElRotor(oimpulsor)esundiscometlicogiratorioalqueestnfijadosloslabesyqueseencuentraencerradoenelcrterdelcompresor.Elairepenetraenelcompresorcentrfugoaxialmente(endireccinparalelaalejedelmotor)yloslabesdelrotor,girandoaaltasr.p.m.,lodespidenradialmenteamayorvelocidadporfuerzacentrfuga.
ElDifusorseencuentrarodeandoalrotorensentidoradialeigualmentefijadoalcrter, estprovistodeunoslabesfijosquerecibenelaireradialmenteimpulsadoporelrotorylocanalizansuavementeytangencialmenteatravsdeunespacioentrelabesdivergentehaciaelcolector.Enesterecorridoelairepierdepartedesuvelocidad(energacintica)eincrementasupresin.
FinalmenteelColectorrecogeelflujoyacomprimidodeaireylocanalizanuevamenteensentidoaxialhacialazonadecombustin.
Haycompresorescentrfugosconmsdeunaetapadecompresin(hastatres),comoladescrita,situadasenserieycompresoresconrotores(impellers)dotadosdelabesporlasdoscaras(parapodercomprimirunamayorcantidaddeairesinincrementareldimetrodelcompresor).
COMPRESORAXIAL:
ElcompresorAxialconstaigualmentedeunrotoryunestator.Enelcompresoraxiallacorrientedeairesiguebsicamenteladireccinaxial delmotor.
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Elcompresorestformadoporunaseriedeescalones(oetapas)sucesivosensentidoaxialdelmotor,constituidocadaunodeellosporunaruedaderotoryunacoronaoanillodeestator(enesteorden).
Cadaruedaderotordeunescalndelcompresoraxialestconstituidaporunacascadadelabes(blades)ensentidoradial,espaciadosregularmenteydispuestoscircunferencialmenteencastradossobreundisco.Todoslosdiscosdelosescalonesdelrotorestnatravesadosporelejedelcompresor,unidossolidariamenteael,queeselque,arrastradoporlaturbina,leshacegirar.
Cadaanillodeestatorestformadoporunacascadadelabes(vanes)geomtricamentedispuestosdelamismaformaquelosdelrotor,peroqueseencuentranfijosalacarcasaexteriordelcompresor.
Loslabesdelrotoralgirarincrementan,debidoalefectoaerodinmico,lavelocidadtangencialdelaireysupresindinmica,esdecir,aumentansuenergacinticamediantelaaportacindeuntrabajomecnicoqueseextraedelaturbinaalaqueseencuentraunidoporeleje.Lapresinestticadelairetambinesen
cierta
medidaincrementadapor
el
rotor
debido
a
que
los
labes
estn
diseados
de
forma
que
hay
una
mayorseccinefectivadepasoentreellosalasalidaquealaentrada,haciendoporellounefectodedifusor(expansindelaire)quelaincrementa.
Acontinuacindepasarporelrotorelaireatraviesaporlacoronadelestator,dondelavelocidadtangencialquelehabacomunicadoelrotoressensiblementereducidadejandounavelocidadabsolutaalasalidasensiblementeigualalaquetenacuandoentrenelrotor(delmismoescaln).Nohaytrabajodesarrolladoenelestator,conloquelaenergacinticaqueelgaspierdealpasarporelsetransformaenpresin.
Portantoenlossucesivospasosporlosescalonesdelcompresorelairevaincrementandosupresin(ysutemperatura),manteniendosuvelocidadaxialalasalidaprcticamenteigualalaquetenacuandoentr.
Unaconsecuenciadeestoesqueelairetienemayordensidadcuantomscomprimidoest(alasalida),ocupamenosvolumen,porloqueparamantenerunavelocidad(axial)depasoconstantelaseccindepasoalasalidadebersermenorquealaentrada(labesmascortos).
c)Difusorprecmara(s):
Alasalidadelltimoestatordecompresor(denominadoconjuntodelabesguadesalida)elflujodeairetieneunavelocidadsensiblementeuniformeensentidoaxial.Esentoncescuando,antesdeentrarenlazonadecombustinpasaporunconductodivergente(Difusor)enelquesereducelavelocidadyseincrementalapresindelaire.
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LarazndeserdelDifusoresadecuarlavelocidaddelaireparasuentradaenla(s)cmara(s)decombustindetalformaquepermitaunaatomizacinadecuadadelcombustibleinyectadoenellas,unacorrectacombustinensuinterior,ascomoquelallamaquedeancladaenlazonaanteriordecmara(s)ynose
produzcaelapagadodellamaporqueestaseabarridaporlacorrientedeaire.
d)Cmara(s)decombustin:
Laenerganecesariaparahacerfuncionarelmotorseextraedelcombustiblemedianteunprocesotermodinmicodecombustinquetienelugarenla(s)cmara(s)decombustin.Laenergacalorficaqueseproduceenesteprocesoescomunicadaalflujodeaire(ygasesproductodelacombustin)queatraviesaelmotorelevandosustancialmentesutemperatura.
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Sinembargo,comosehavistoalverelciclotermodinmicodelmotor,lacombustintienelugarapresinprcticamenteconstanteylavelocidaddelgasasupasoporla(s)cmara(s)decombustintambinpermanececonstante.
Losrequisitosexigidosalascmarasdecombustinsonmuyexigentes.Algunasdelascualidadesquedebetenerunacmaradecombustinson:
Mnimaprdidadepresindelosgasesensupasoatravsdelacmaradecombustin.Laprdidadepresinenlacmarasueleserproporcionalalarelacindecompresindelcompresor.
Altaeficienciadelacombustinenlacmara.Elrendimientodelacombustinestmuycercadelaunidad(oscilaalrededorde095)ysedefinecomoelcocienteentrelatemperaturaabsolutaquelosgasesalcanzanenlacmaraylaquealcanzaranencondicionesideales.Unaaltaeficienciaenlacombustinconllevaunbajoniveldeemisindehumoscontaminantes.
Bajonivelderiesgodeapagadodellama. Lacombustindebetenerlugarcompletamentedentrodelacmara. Ladistribucindetemperaturaenlosgasesdelacmaradebeseruniforme. Latemperaturadelosgasesalasalidadelacmaradecombustindebeestaracordeconlatemperaturaqueseadmiteenlaturbinaparaqueestanosufradaosporello.
Eldiseodelacmaradebefavorecerunfcilarranquedelmotor.Lascmarasdecombustinsefabricandechapasdelgadasdemetalresistenteaaltastemperaturasyalafatigatrmica(generalmenteseusanaleacionesdebaseNquelodebaseCobaltoqueadmitenlasoldadurayposeenbuenaconductividadtrmica).Estnperforadaspornumerososorificiosyranurasparapermitirelpasodelaireatravsdeellos.
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Elairequellegaala(s)cmara(s)decombustinprocedentedeldifusorprecmara(s)sedistribuyealaentradadelascmaras:
Partedeeseairepasadirectamente(airePrimario)atravsdelinteriordelacmara,mezclndoseyatomizandoelcombustible,quellegaportubosdealimentacinalosinyectoressituadosenlapartemsanteriordelascmaras, yhacindolearder.
Otraparte(aireSecundario)circulaporlaparteexteriordelaenvueltainternadelacmara,refrigerndola,yvaintroducindosetambinatravsdelosorificiosrepartidosalolargodelaenvueltainternadelacmaraparamezclarseconlosgasesdelacombustinyrebajarconvenientementesutemperaturaantesdequepenetrenenlazonadeturbina,yaqueestaeslazonamscrticadelmotor.
Deformaaproximadaunmotorturborreactorpurodescargaenla(s)cmara(s)60partesdeaireporcadapartedecombustiblequeconsumeydeesas60partessolamente15(un25%)seutilizanparapasardirectamentealinteriordeella(s)yhacerarderelcombustible(airePrimario),yaquelaproporcinestequiomtricadelacombustinesde15partesdeaireporunapartedecombustible.Lasotras45partes
(un
75%)
de
aire
restantes
(aireSecundario)
son
utilizadas
para
refrigerar
la(s)
cmara(s)
y
rebajar
la
temperaturadelosgasesdecombustin.
Seutilizannormalmentetrestiposdecmarasdecombustin:
ConjuntodeCmarasindividuales. Cmaraanular. Cmaramixtaocanannular.
CONJUNTODECAMARASINDIVIDUALES:
Sonlasmsempleadasenmotoresdecompresorcentrfugo.Elnmerodecmarasindividualespormotoresvariable(entre5y10)ydependedeltamaodelmotorydelnmerodeinyectores.
CadacmaraestformadapordostubosconcntricoscomosemuestraenlasFigurassiguientes:
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Eltubo(ocarcasa)exteriorsirveparaconteneryaislardelexterioraltubo(oenvuelta)interior,tambindenominadotubodellama,queesdondetienelugarelprocesodecombustin.
Cadacmarainstalauninyectordecombustiblequesefijaenlaparteanteriordeltubode llamayendos(conunasolaserasuficiente,peroseinstalaendosporseguridadparaprevenirelposiblefallodeunadeellasduranteunreencendidodelmotorenvuelo)delascmarasseinstalaademsunabujadeignicin.Labujadeignicinsoloesprecisaduranteelarranquedelmotorporqueunavezarrancadoalinyectarseelcombustibledeformacontinualacombustinsemantieneporsisola.
ElairePrimariopasadirectamentealtubodellamayunapartedeelsehacepasarporunapiezaespecial(torbellinadoroswirl),querodeaalinyector,conunospequeoslabesorientadosconvenientementeparaprovocarunaciertaturbulenciaqueatomicelamezclaproducidaconelcombustiblequeaportaelinyectoryqueproduzcaunarecirculacinenlaparteanteriordeltubodellamadeformaqueestaquedeancladaenesazona.ElrestodelairePrimariohacequesecompletelacombustinenlacmara.
ElaireSecundariocirculaporelexteriordeltubodellama,refrigerndolo,yvapenetrandoporlosorificiosquetienedistribuidosalolardodeelparamezclarseconlosgasesresultantesdelacombustinyrebajarsutemperatura.
Untubointerconectatodaslascmarasparapropagarlallamadeunasaotras.
Lasventajasdeestetipodecmarassonsumejorresistenciaestructural,ligerezayfacilidaddemantenimientoalpoderdesmontarlasindividualmenteencasodefallosintenerquedesmontarelmotor.Susinconvenientessonsumenorrendimientorespectoalasanularesylaposibilidaddequeelfallodealgninyectorprovoquequeloslabesdelprimerestatordeturbinaestnsometidosadiferenciasdetemperaturasyseproduzcandeformacionesenellos.
CAMARAANULAR:
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Eltubodellamaesdeformaanularycontinuayestacontenidoentredoscarcasas:lainteriorqueloseparadelejeturbinacompresor,ylaexteriorquecontieneatodoelconjuntodelacmara.
Eseltipodecmaramasusadoenmotoresactualesdecompresoresaxiales.
Losinyectoresestndistribuidosenlazonaanteriordelacmara(ascomolasdosbujasdeencendido)yelfuncionamiento deestaesanlogoaldescritoparalascmarasindividuales
Tienenunrendimientotrmicomsaltoquelascmarasindividuales(realizandounamejorymshomogneamezclaairecombustible)yhacenelusomseficientedellimitadoespaciodisponible.Tienenunasmenoresprdidasdepresindelgasquecirculaporlacmaraascomounamejorrefrigeracindelosgasesdecombustinyunamejordistribucindetemperaturadeestosantesdeentrarenlaturbina.
Lamayordesventajadeestascmarasrespectoalasindividualesesquenosepuededesmontarsutubodellamasindesmontarelmotor,loquesuponeunmayorcostedemantenimiento.
Hayunainteresantevariantedelascmarasanulares,usadaenmotoresturbohlice(P&WPT6),quesonlasCmarasanularesdeflujoinverso.Sufuncionamientoesanlogoaldelascmarasanularesperotienelaventajadequesereducelalongitudtotaldelmotorcuandoestadimensinpuedesercrtica.Estareduccindelongitudselogragraciasalapeculiaridaddequeelflujodeaire(ygases)dentrodelacmaravaensentidocontrarioalquetieneentodoelrestodelmotoryaquedentrodelacarcasainternadelacmaradecombustinsealojatodalaturbinadeeste.
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CAMARAMIXTAOCANANNULAR:
Estetipodecmarasesusadoenmuchosmotoresturborreactoresgrandes,tantopuroscomodedobleflujo.
Estetipodecmaraesenrealidadunhbridoentreelconjuntodecmarasindividualesylacmaraanular.Dehecholaparteanteriordeestacmaraesidnticaalconjuntodecmarasindividualesyterminaconectandoalfinalconunconductoanularanlogoaldelaparteposteriordelascmarasanulares,queeselqueseencargaderecogeryhomogeneizarantesdequeentrenenlaturbinalosgasesdecombustinproducidosencadaunadelaspartesindividuales.
Setieneaqulamismaventajaqueenelconjuntodecmarasindividualesdequelaparteanteriordecadaunadelostubosdellamaindependientespuedeserdesmontadaparasumantenimientosinnecesidaddedesmontarelmotor.
Ademscadapartesimilaralascmarasindividualesesmscortaqueeraenestas,conloquelasprdidasdepresinenellas(unadelasdesventajasdelascmarasindependientes)tambinesmenor.
Tampocosetieneladesventajaquesepresentaenlosconjuntosdecmarasindividualesdefaltadehomogeneidaddetemperaturadelosgasesalasalidadelacmaracuandofallaalgunodelosinyectores,
puesto
que
esa
homogeneidad
se
consigue,
incluso
en
caso
de
que
falle,
en
la
parte
anular
de
la
cmara.
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e)SeccindeTurbina.
LafuncindelaTurbinaesconvertirpartedelaenergaquetienenlosgasesquesalendelacmarade
combustin
ylaatraviesan(expansionndoseenellacomoseindicenelciclotermodinmico)entrabajo
mecnico(alhacergirarlaparterotatoriadelaturbina)yqueseemplea,atravsdelejequelosune,enmoverelcompresoralqueestuniday,atravsdeotroejetransversalqueengranaconelejeprincipal,enmoverlacajadeaccesoriosylosaccesorios(tantodelpropiomotorcomodeservicioalavin)queseencuentranconectadosaella.Enunturborreactorbsicolaturbinaempleaenesecometidoaproximadamenteunterciodelaenergatotalquesegeneraenelprocesodecombustinenlacmara.Laenergarestanteeslaqueposteriormentesetransformarenempujedepropulsinenlatoberadelmotor.
Generalmenteenlosmotoresturbohlicesyturboejes,cuandolahliceoelejedesalidadepotencia noestnconectadosdirectamentealaturbinanica,hayunasegundaturbinaquetratadeextraerlamayorpartedelaenergaquetenganlosgasesdespusdehaberpasadoporlaturbinaquemuevealcompresory,
a
travs
de
un
eje
independiente,
transmiten
la
transmiten
en
forma
de
trabajo
mecnico
a
la
hlice
(propulsor)oalejedepotencia(enelcasodelosturboejes).
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Hayquesealarquecuandoelconjuntocompresorturbinasemuevedeformaestacionariasecumplenlascondicionessiguientes:
Elgastodeairealasalidadelcompresoresigualalgastodegasesqueatraviesalaseccindeturbinamselposiblegastode airequesehayapodidosangrarenelDifusorprecmara(s).
Lasrevolucionesconquegirancompresoryturbinasolidariasonlasmismas. Eltrabajomecnicocedidoporlaturbinaesigualalqueabsorbenelcompresoryelconjuntocajadeaccesoriosaccesoriosmovidosporella(siexcluimoslasprdidasmnimasporrozamientoquepuedahaberenlosejesdetransmisinentreturbinaycompresoryentreejeprincipalycajadeaccesorios).
Ladiferenciaentrelaspresionesalaentradadelaturbinaylasalidadelcompresoresigualalasprdidasdepresinhabidaseneldifusoryenla(s)cmara(s)decombustin.
HaydostiposdeTurbinas(correspondiendoconloqueocurreenelcasodeloscompresores):CentrpetasyAxiales.
LaTurbinaCentrpetatieneunaconfiguracinsimilaralCompresorCentrfugo,peroelsentidodemovimientodelflujodegasquelaatraviesaesinverso(colectordifusorimpulsor).SeutilizansoloparapequeosmotorescomolaUnidaddePotenciaAuxiliar(APU)yenequiposaccesoriosdelavin,peronoenmotoresdereaccin.
TURBINAAXIAL:
Elflujodegasesenlaturbinaaxialsemueve,comosunombreindica,paralelamentealejedelmotor.Estconstituidaporsucesivosescalones(oetapas)formadoscadaunodeellosporunestatoryunrotor(eneste
orden
en
el
sentido
de
avance
del
flujo
de
gases).
Cadaanilloocoronadeestatorestformadoporunacascadadelabes(vanes)geomtricamentedispuestosdelamismaformaradialquelosdelrotor,peroqueseencuentranfijosalacarcasaexteriorocrterdeturbina.
Cadaruedaderotordeunescalndeturbinaaxialestconstituidaporunacascadadelabes(blades)ensentidoradial,espaciadosregularmenteydispuestoscircunferencialmenteencastradossobreundisco.Todoslosdiscosdelosescalonesdelrotorestnunidossolidariamentealejequemuevealcompresorcuandolaexpansindelosgasesalpasarporlaturbinalehacegirar(alrotor).
Enlosmotoresturborreactoresconmsdeuncompresoryenmotoresturbofanconunoodos
compresores yunfan,cadaunodeellosestunidoaunaturbinaindependientemedianteuneje.Todoslosejessoncoaxialesytambinindependientes.Enelcaso,porejemplo,dehaberdoscompresoreslaprimera
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turbinaoturbinadealtapresin(HPT)muevealcompresordealtapresin(HPC)ylasiguienteoturbinadebajapresin(LPT)muevealcompresordebajapresin(LPC).
Comovimosparaloscompresoresaxialeslaseccindepasovadisminuyendoamedidaqueelaireloatraviesa,yaquesevacomprimiendo.Enelcasodelaturbinaocurrelocontrario,laseccindepasovaaumentando,porqueelgassevaexpansionando(ocupandomayorvolumenespecfico).
Esmenorelnmerodeescalonesdeturbinanecesariosqueelqueeraprecisoparaelcompresoraxial(1escalndeturbinaporhasta5,oinclusoms,escalonesdelcompresoralquearrastra).Esdebidoaqueeltrabajomecnicoespecficoquesepuedeextraerdecadaescalndeturbinaesmuysuperioralquecada
escaln
de
compresor
puede
suministrar
al
aire
que
comprime
y
eso
es
as
porque,
aunque
sean
iguales
la
velocidadderotacindecompresoryturbinaylavelocidadaxialdepasodelfluidoporambos,ladeflexindelacorrientedegasquesepuedeconseguirenlaturbinaesmuchomayorquelaqueelcompresorpuedeimprimiralairequeloatraviesa.
Sedefineelgradodereaccindeunescalndeturbinacomolarelacinentrelaexpansin(variacindeenerga)quesufreelgasenelrotorenrelacinconlaexpansintotalentodoelescaln.Elgradodereaccindeseadoparaunaturbinaseconsiguemediantelaseleccinadecuadadelosperfilesdeloslabesderotoryestator.
LasturbinasdegradodereaccincerosedenominanTurbinasdeAccinoImpulso,esdecir,aquellasenquetodalaexpansindelgastienelugarenelestator,paraloquelaseccindepasoentresuslabes
tieneformadetoberaconvergente(esmayoralaentradaquealasalida)yelgasasupasoporellosseacelera(hastacasilavelocidaddelsonido)ydisminuyesupresinytemperatura.Alasalidadelestatorla
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corrientedegasesdeflectadaenelsentidodegirodelrotorafindequeimpacteconunngulodeataqueapropiadoconloslabesdelrotorcuandoesteestgirando.
LoslabesdelrotordelaTurbinadeAccintienenunaseccindepasoconstanteentreellos.Elgasasupasonosufrevariacionesdepresin,temperaturaovelocidadrelativa(respectoaloslabes).Elpardegiroenelrotoresproducidoporlafuertedeflexinquelacorrientedegasagranvelocidadsufrealpasarporel.
LasturbinascuyogradodereaccinesdistintodecerosedenominangenricamenteTurbinasdereaccin.Enellaslaexpansindelgastienelugartantoenelrotorcomoelestator(enmayoromenormedidaencadaunosegnelgrado).Tantoloslabesdeestatorcomolosdelrotorformanseccionesdepasoenformadetoberaconvergenteenqueelgasseacelera,seenfraysufreunacadadepresin.Ladeflexindelacorrientedelgasysuaceleracinenloscanalesdepasoentrelabesdelrotoreslacausantedecrearunafuerzadereaccin(efectiva)enelrotorqueproduceel(parde)girodelaturbina.
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Turbinadereaccinpuraeslaquetieneungradodereaccinigualauno.Esdecir,todalaexpansindelgasseproduceenelrotoryloslabesdelestatorlonicoquehacenesdeflectarydirigirlacorrientedegasenelsentidoapropiadohaciaelrotor.
Enrealidadlamayoradelasturbinasdelosmotoresactualesnotienenungradodereaccinnico,sinoqueestevavariandodelarazalextremodeloslabes.Esdecir,laformadelosperfilesysusseccionesdepasovanvariandoalolargodellabe.Enlaraz elperfildeloslabesesmsdeaccin(gradodereaccinmenor)yelgradodereaccincrecegradualmentehaciaelextremodellabe.EstetipodeTurbinassellamandeAccinReaccin.
Alasalidadelaseccindecombustinelflujodegastieneprcticamenteunadistribucinuniformedepresin,temperaturayvelocidad,peroalsalirdelprimerestatordeturbinayahemosvistoquehasidodeflectadofuertemente.La(s)turbina(s)sedisea(n)paraquealasalidadelltimorotorelflujodegashayarecuperadounmovimientoaxialuniformeantesdeentrarenlatobera,yaquedelocontrarioperderaeficiencialaexpansinenellayseproduciranindeseablesvibracionesyposiblesdaosestructuralesenesazonadelmotor.
La
uniformidad
en
la
velocidad
axial
del
flujo
a
la
salida
del
(ltimo)
rotor
se
logra
dando
una
ciertatorsin
(retorciendo)aloslabestantodelestatorcomodelrotor(elngulodetorsindeestosltimosesmayorenelextremodellabequeenlaraz)conloqueeltrabajoextradodelflujouniformedegasprocedentedelacombustinesigualencualquierposicinalolargodellabe.Estoprovocaquehayavariacionesdevelocidadypresin(tambindetemperatura)alolargodeloslabesentrelaentradaylasalidadelaturbinacomoesquemticamentesemuestraenlasFigurassiguientes:
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Lamayorpresinenelextremodellabedelrotor(alaentradaenel)reducelasprdidasqueseproduciranhaciaafueraporfuerzacentrfuga,mejorandoaselrendimientodellabe.Tambinsereducenlasprdidasdepresinporelextremodellabedelrotormediantelabesquetienenunespeciedesombrereteoplacadeapoyoenelextremo(shroud).
Lasplacasdeapoyodetodosloslabes(apoyados)engarzanentresiformandounaespeciedeanilloquelosrodeayevitaademsengranmedidalavibracindelosextremosdeloslabes(presenteenloslabesenvoladizo),aunquenoseutilizansisetratadelabesfuncionandoensituacinmuycrticayaquelaplacadeapoyoaumentaconsiderablementelosesfuerzosporfuerzacentrfugaaqueestsometidalarazdellabe.
Los
labes
de
turbina
estn
sometidos
a
los
mismos
esfuerzos
(flexin,
traccin
y
esfuerzos
secundarios
debidosadesalineacindeloscentrosdegravedaddelosperfilesdellabe)queloslabesdecompresor.Peroademsloslabesdeturbina(tantodeestatorcomoderotor)estnsometidosalosesfuerzosoriginadosporlasaltastemperaturasalasqueoperan(esfuerzosdetermofluencia)yqueoriginanfallosespecficosdeestoselementospor:
Fluenciadelmaterial(deformacinprogresivadebidaalacargaaerodinmica). Fatigatrmica(motivadaporlasfuertesvariacionesdetemperaturaaqueestnsometidosquedaorigenalaaparicindegrietas).
Corrosinyoxidacin. Agravamientodelosesfuerzosdebidosafuerzascentrfugasyvibraciones.
Lazonamscrticadeloslabesdelrotordeturbinaessuencastreconeldisco(quesueletenerlaformadecopadeabeto),perosisetratadelabesapoyadosademslapuntaextremadellabe.
Lastcnicasdesarrolladasparapaliarlosefectosdelaaltatemperaturadeoperacindeloselementosdeturbinasebasanensurefrigeracin(automtica)medianteairesangradodelpropiomotor(desdeetapasintermediasdelcompresorhastadelflujosecundariodecmara(s)decombustin).Elairesangradosecanalizaporpasajesenelinteriordelmotorhastaelinteriordeloslabes(tantodeestatorcomoderotor),queestndotadosdehuecosinternosafindedejarpasaresteairederefrigeracin yqueesdevueltoalacorrientedegasdelaturbinaatravsdeorificiosdesalida.
Losmtodosderefrigeracinempleadosson:
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Conveccin. Conveccinforzada. Pelcularefrigerante. EnfaseandedesarrolloestlarefrigeracinporTranspiracin(labesporosos).
Losmaterialesempleadoseneldiseoylafabricacindeturbinadebenresponderalascondicionesenqueoperan(lazonamscrticadetodoelmotor):
Alabesdeestator:Materialesresistentesaaltastemperaturas,alaoxidacincorrosinyalchoquetrmico.Sonaleccionesdemoldeodebasenquelocobaltoyproteccincermica.
Alabesderotor:Materialesquesoportenlacombinacindetemperaturacargamsaltadetodoelmotoryqueportantonoseanafectadosporlosfenmenosdetermofluencia.SeusansuperaleacionesdebaseNquelCromoconCobalto,hierroydiversosaditivosms(Nimonic).Ademsdelarefrigeracindelabesyadescritaelempleodeotrastcnicasmetalrgicasdefabricacindelabesderotorhanposibilitadounamejorasustancialdecomportamientoantelasexigentescondicionesdefuncionamiento,yeststcnicassonlasolidificacindireccionalyloslabesmonocristal.
Discosdeturbina:Tienenquesoportardiferenciasdetemperaturadehasta300Centreelcentroylaperiferia.Seutilizandesdeaceros inoxidables(austenticos)conadicindemolibdenooniobioquetienenbuencomportamientoamuyaltastemperaturas,hastasuperaleacionesdehierrocromonquelqueresistenelevadosesfuerzosaaltatemperatura.Otrasaleacionestambinusadassondenquelcromocobaltoconadicindealuminioytitanio(eje.:Waspaloy).
Crterdeturbina:Seempleanacerosinoxidablesresistentesaaltastemperaturas.e)Toberadesalida.
Enlosturbohliceslamayorpartedelaenergadelosgasessehatransmitidoalahlice(propulsora)desdelaturbinaysolounpequeoremanentequedaenlosgasesdeescapeysucontribucinalapropulsin(medianteempuje)esmuypequea.
Lamisindelatoberadesalidaenlosturborreactores(tantopuroscomodedobleflujo)esdescargarlosgasesdesalidadeturbinaalaatmsferaalavelocidadyenladireccinadecuadaparaproducirelempujeresultante,esdecir,expansionarlosgasesdesalidahastalapresinatmosfricaparatransformarlaenergatotalquetienenalasalidadelaturbinaenenergacinticadelchorrodeescape.Latoberaes,pues,elrganopropulsordelmotordereaccin.
Portantoenunatobera,alrevsqueocurreeneldifusor,setransformapresinenvelocidad.Lapresin(ylatemperatura)delosgasesdisminuyenalolargodelatobera,mientrasquesuvelocidadaumenta.
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Lascondicionesquedebecumplirunatoberason:
Laexpansindelosgasesdeberealizarsecompletamenteenlatobera. Nodebehabermovimientorotatorio(velocidadtangencial)enlosgasesdesalida. Ladireccindelmovimientodelosgasesdebeseraxial.
Lastoberasquecumplenconlascondicionesdadaspuedenserdedostipos:
Convergentesusadasparavuelosubsnico. Convergentesdivergentesparavuelosupersnico.
Realmenteenlaconstruccindeunatoberadeescapepodemosdistinguirdospartesbiendiferenciadas:
Colectordeescape:Esparteintegrantedelmotor.Supestaaanteriorsefijaalapestaaposteriordelaturbinaeincluyeelconodesalidaqueseunemediantemontantesfuselados(llamadosstrutseningls)alacarcasaexteriorypuedealojartambinelcojinetedeapoyoposteriordelejedeturbina.
Tobera(propiamentedicha):Seconsideraparteintegrantedelavin,aunque,comoyapasabaenelconductodeadmisin,sudiseoyfuncionamientoinfluyesobremaneraenelfuncionamientodelmotorcompleto.Latoberasefijaalapestaaposteriordelcolectordeescapedelmotoryconstadeuntubodesalida(jetpipe),queenlastoberascortasnoexisteyaquesumisinexclusivamenteesconectarconlazonapropulsoradelatobera,ydelatoberapropulsora(exhaustnozzle),quepuedeserconvergente(fijaodereadesalidavariable)oconvergentedivergente(conreadesalidavariable)yqueesatravsdelacuallosgasesdeescapedelmotorsalenalaatmsferayproducenelempuje.
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Laaltavelocidaddesalidadelosgasesdelaturbina(puedeestarentre230y370m./seg.)provocarafuertesprdidasdepresinporfriccinenlatobera.Paraevitarlosedeceleraelflujodegasesmedianteunaexpansinalentrarenlatobera(entrelasalidadeturbinayelextremofinaldelconodesalidalaseccindepasoaumenta,esdivergente).Asseevitatambinlaposiblerecirculacindegasescalienteshacialaturbina.Porsupartelosmontantesfuselados(struts)delconodesalidaenderezanlacorrientedegasesensentidoaxial,eliminandolavelocidadresidualdegiroquepudieranteneralsalirdelltimorotordeturbinayreduciendoconellolasprdidasdepresinporestacausa.Apartirdelextremodelconodeescapeydeltubodeescape(siexiste)laseccindepasosehaceconvergente,elgasincrementasuvelocidad.
TOBERACONVERGENTE:
EnunatoberaConvergente,sielgradodeexpansinenella,queeslarelacinentrelapresintotalalasalidadelaturbinaylapresinatmosfricaexterior,esinferioralvalorcrtico(185)enqueelNdeMachalcancelavelocidadlocaldelsonido(1)elgassemoverentodalatobera,hastaelreadesalidaqueessuseccinmnima,enrgimensubsnicoylapresinalasalidadelatoberaesigualalaatmosfrica.Estonormalmenteocurrecuandoelmotoroperaabajorgimen(bajoempuje).
Alaumentarelrgimendelmotor,yportantolapresintotalalasalidadeturbina,sepuedealcanzarel
valor
crtico
del
grado
de
expansin
en
la
salida
de
la
tobera
(nozzle
chocked)
en
que
se
llega
a
la
velocidaddelsonido(NdeMach iguala1).Seformaunaondadechoquealasalidasibienlapresinalasalidadelatoberasiguesiendoigualalapresinatmosfrica.
Sicontinaaumentndoseelrgimendelmotor(sigueaumentandolapresintotalalasalidadeturbina)sealcanzaungradodeexpansinenlatoberasupercrticoylaondadechoquequesehaformadoalasalidaimpidequeelchorrodegascontineacelerndose(elNdeMachallsiguesiendoiguala1),perolapresinestticaalasalidadelatobera,inmediatamenteantesdelaondadechoque,sehacemayorquelapresinatmosfricayestohacequehayaunmayorempujedelmotordebidoaestamayorpresinalasalidaquesesumaalempujenormaldebidoalincrementodecantidaddemovimientodelosgasesalasalidadelmotorrespectoalairequeentraenel.
SinembargoenunatoberaConvergentequefuncioneconungradodeexpansinsupercrtico,cosaquenormalmenteocurreenmuchasfasesdeoperacindemotoresconaltasrelacionesdepresiones,sepierde
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laposibilidaddeutilizarlaenergadisponiblealseguirexpansionandoyaumentandolavelocidaddelchorrodegaseshastalapresinatmosfrica.PorelloconestetipodemotoresyparavuelosupersnicoesmsconvenientelautilizacindetoberasConvergentedivergentes.
TOBERACONVERGENTEDIVERGENTE:
Enfuncindecualseaeldominiodevueloenqueopereelavinenqueseinstalesunmotordealtarelacindepresionespuedeserventajoso(tantomscuantomayorseaelNdeMachdevuelodelavin)
dotarle
de
una
toberaconvergentedivergentepara
tratar
de
aprovechar
esa
energa
remanente
prdida
dequehablbamosenelprrafoanterior.Seutilizalapresintotalqueanconservaelchorrodegasesalalcanzarlavelocidaddelsonidoenlazonamsestrechadelatobera(garganta)paracontinuarexpandindolo(aumentandosuvelocidadyaenrgimensupersnico)enlazonadivergentedelinteriordelatoberaeincrementaraselempuje,comomuestraalFig.31,aconsecuenciadelareaccinresultante(ensentidoaxial)queelincrementodecantidaddemovimiento(velocidad)delchorroejerce,comounafuerzadepresin,sobrelaparedinternadelazonadivergentedelatobera.
Unatoberaconvergentedivergenteconelreadesalidafijaseconsiguequefuncioneconefectividadsoloenunmargenestrechodeltotaldelascondicionesdeoperacindelavin,porloqueserecurredotaralatoberadeunreadesalidavariableparaconseguirquemantengaunequilibriodepresinytemperaturayfuncioneconefectividadentodaslascondicionesdeoperacin.Enrealidadlaventajaobtenidadeestaformaarrastralacontrapartidadeunmayorpesodelatoberaydelmotorporloque,enlaprctica,estasolucinsereservaparalosmotoresconpostcombustinqueseoperanenvuelosupersnico.
Laformamseficientedeoperarmotoresconpostcombustindotadosdetoberaconreadesalidavariableesconseguirqueestavaredeformaautomticaalcambiarlascondicionesdelflujodegasesatravsdelmotor,porloqueciertosmotoresdealtasperformancesestndotadosdeunatoberaconvergentedivergentecuyafrontera(forma)escontroladamedianteunapareddeaire(secundario)envolvente.
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Elpostcombustorestdotadodedosconjuntosdeflapssolapadosquegobiernanelreadesalidadelflujoprimarioydelsecundariorespectivamente.LaaperturaocierredeestasreasseejercemoviendolosconjuntosdeflapsmedianteactuadoreshidrulicosgobernadosautomticamenteporelControldeCombustibleElectrnico(EEC)delmotorenfuncindelascondicionesdevuelodelavinydeoperacindelpropiomotor.Elconjuntodeflapsdelflujoprimariodimensionaelreadepasoparaconseguirquesealcanceenellalavelocidaddelsonido.Apartirdeesepuntoelflujodegases(primario)tratadeexpandirseentodasdirecciones,peroentonceseselflujosecundariogobernadoporelotroconjuntodeflapselquelimitaradialmenteesaexpansinparaconformardeestaformaunconductoefectivodeformadivergenteenqueelchorrodegas(flujoprimario)incrementasuvelocidad(yelempuje)enrgimensupersnico.
TOBERASENMOTORESDEDOBLEFLUJO:
Mencinespecialacomoestetipodemotoresresuelveelproblemadeeyeccindegases(calientes)yflujodeairesecundario(fro)paraproducirempuje,yqueporsimismasexplicanlaformadehacerlo,sedaenlasFigurassiguientes:
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Enmotoresdebajondicedederivacin ambosflujos(primarioysecundario)seeyectanalaatmsferamezclados(pormediodeunmixer)antesdesalirdelatobera(verFig.38).Sinembargoparamotoresdealtondicedederivacinexistendosposibilidades(verFig.39):
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Quetantoelflujodegasesprimariocomoelsecundariosalganalexteriorcoaxialmenteatravsdesupropiatobera(sinmezclarseanteriormente),diseadacadaunadeellasparafuncionarconlaeficienciaptimaenlascondicionesnormalesdeoperacin.
Quehayaunmezcladoparcialdegasescalientes(primario)yairefro(secundario)antesdesaliralaatmsferaabasedeextenderlatoberadeflujosecundariodeformaquecubreparcialmentetambinlasalidadelprimario(conestounaciertamejoraenlaeficienciadelconjuntodeambos).
f)Cajasdeaccesorios.
Proporcionanelmovimientonecesario(potencia)alasunidadesqueproporcionanpotenciaalossistemashidrulico,neumticoyelctricodelavin,ascomoavariasbombasysistemasdecontrolparaunaeficienteoperacindelpropiomotor(comoeselpropiostarterdelmotor).
Lapotencianecesariaparaarrastrartodoeseconjuntoesobtenidamedianteunejeradialy/oconjuntodeengranajesdelejeprincipalturbinacompresor(deHP)delmotor,biendirectamenteoatravsde unacajadeengranajesintermedia.DiversassolucionesdecmoextraeresapotenciaseesquematizanenlaFig.40
y
algunas
soluciones
mecnicas
de
como
acoplar
el
eje
radial
(de
extraccin)
al
eje
principal
se
muestran
en
laFig.41.Enocasionesnotodoelservicionecesariosepuedeacoplaraunasolacajadeengranajes,porloqueesnecesarioinstalarunacajadeengranajesauxiliarqueextraelapotenciaquenecesitaparamoverlosaccesoriosinstaladosenelladelacajadeengranajesprincipal.
Laposicinenqueseacoplalacajadeengranajesprincipalalmotordependedelageometradeambosydelaaccesibilidadqueconvengadarle.Normalmentelacajadeengranajesseanclaenlaparteinferiordelcrterdecompresordelmotor(enlosmotoresdehelicpteroestinversamenteenlapartesuperior).Enmotoresturbofangrandesestpicalainstalacindelacajadeengranajes(conformacaractersticadebanana)ancladaalaparteinferiordelcrterdefandelmotor.LaFig.42ilustraunadisposicintpicadecajadeengranajesprincipalydelosdistintosaccesoriosconectadosaella,siendosignificativaslasdosseccionesenquesedivideagrupandoencadaunadeellaselarrastredelosaccesoriosquenecesitanpocapotenciamecnicayenlaotraaquellosquerequierenaltapotencia.
Lapotenciatotalqueesnecesariaparaarrastrartodoslosaccesoriosdependeencadacaso.Deunmotorturbofandealtondicedederivacinpuedesernecesarioextraerdelordende400o500HPconesefin.Cadatrendeengranajesestadiseadoparaproporcionaracadaaccesorioenelejedeconexinelparmotorylavelocidaddegiroquenecesitaparasucorrectofuncionamientoenfuncindelasr.p.m.delmotoryenalgncaso,comoeseldelosgeneradoreselctricosdeACquenecesitanfuncionarargimenconstante,seintercalaunaccesoriocomolaCSD(ConstantSpeedDrive)queproporcionaunavelocidaddegiroconstanteindependientedecualsealavelocidaddegirodelmotor.
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Losmaterialesdefabricacinylaprecisintantodecrterescomodeejesyengranajesestndeacuerdoconlafiabilidadexigibleaunconjuntodesistemasvitalparaelsegurofuncionamientotantodelpropiomotorcomodelavin.Ejemplodeelloesqueelejedeconexindedeterminadosaccesoriosalacajadeengranajesesfusible,deformaquesielaccesoriofalla(segripa)eseejeserompe(secizalla)paraimpedirquetodoeltrendeengranajesdelacajayelrestodelosaccesoriosconectadosaelseveaafectado.Estoltimonoocurresinembargoenaccesoriosprincipales,comolasbombasdeaceite,yaquesonvitalesparaelfuncionamientodelmotoryencasodecualquierfallosenecesitarapararinmediatamenteelmotor.
g)Sistemadelubricacin.
Elsistemadelubricacindelmotorproporcionalubricacinyrefrigeracinatodoslosengranajes,rodamientosyestriados.Escapaztambinderetenermateriasextraasque,decircularlibrementeporelcircuitodelubricacinyacabarenunalojamientodecojineteocajadeengranajes,podranprovocarunrpidofallo.Elaceiteusadodeberealizarlatareadelubricacinsinsignificantedeterioroysercapazdeprotegerloselementoslubricadosfabricadosconmaterialesquenoseanresistentesalacorrosin.Elsistemadelubricacindelosturbohlicessediferenciaalgodelosdeotrosmotoresdereaccindebidoalasfuertescargassoportadosporlosengranajesdelacajareductoradelahlicequedebelubricar.
Lamayoradelosmotoresdereaccinposeensistemasinternosdelubricacinconrecirculacindeaceitequeesdistribuidamediantepresinalospuntosdelmotorquesenecesitalubricarydespusesdevuelta
aldepsitoacumuladormediantebombas(oporgravedad).Solopequeosmotoresusadosenaplicacionesespecficasconcortosperiodosdeutilizacin(motoresBoosterodesustentacinvertical)no
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usanlarecirculacinyelaceiteusadoenlalubricacinseeliminadrenadoalexterioroeyectadoenlacorrientedegasdelmotor.
Seusanbsicamentedossistemasdelubricacinconpresindeaceiteyrecirculacin,sibienelsegundodeellostambinsepuedesubdividircomosigue:
Sistemadelubricacindecolectorhmedo(wetsump). Sistemadelubricacindecolectorseco(drysump)
o Detanquecaliente(hottank).o Detanquefro(coldtank).
Sistemadevlvulalimitadoradepresin(pressurereliefvalve). Sistemadeflujototal(fullflow).
En
el
sistema
de
lubricacin
de
colector
hmedo
el
aceite
es
distribuido
presurizado
a
los
cojinetes
del
motoryalacoplamientodelrotordeturbina,peroretornaporgravedadalcarterdelacajadeengranajesdeaccesorios,quesirveademscomodepsitoacumuladordeaceite,yesosengranajesselubricanporchapoteo.Hoydaestesistemahacadoendesusoysoloseusaenpequeosmotores(comoAPU).Losmotoresactualesenqueeldepsitodeaceiteesunaparteintegraldelmotor,peroqueelretornodelaceiteaelsehacemediantebombasderecuperacin,nopuedenserconsideradoscomodecolectorhmedo.
Enlossistemasdecolectorseco(lacasitotalidaddelosusadosactualmente)elaceiteusadoenlalubricacinrefrigeracindecojinetes,estriadosyengranajesdemotorycajadeaccesoriosesrecogidomediantebombasderecuperacin(scavengerpumps)parallevarloaltanque(acumulador)deaceiteexternoalpropiomotor.Enlossistemasdetanquecalienteelcambiadordecalorparalarefrigeracindeaceiteestubicadoenlapartepresurizadadealimentacindeaceitealospuntosalubricar,porloquealtanquellega(caliente)conelcalorquehapodidorecogerduranteelprocesodelubricacin.Enlossistemasdetanquefroelcambiadordecalorparalarefrigeracindeaceiteestubicadoenlapartederetornodelcircuitodeaceiteantesdellegaresta(yafra)altanque.
Enrealidadlossistemasdevlvulalimitadoradepresinydeflujototalsonsistemasdecolectorsecoytanquefro,perosedestacanespecialmenteporque:
Enelsistemadevlvulalimitadoradepresinelflujodeaceitesuministradoparalalubricacinescontroladoporlavlvulalimitadoradepresin(reliefvalve),queoperapermitiendoelsuministrodeaceitealcircuitosilapresindealimentacinnoexcededeunvalordeterminado,peroquecuandosesobrepasaesapresinrecirculaelaceitedirectamentedesdelasalidadela
bomba
principal
hacia
la
entrada
de
ella
o
lo
devuelve
al
depsito.
Enelsistemadeflujototalsuministraentodomomentoelflujodeaceitenecesario,enelmargencompletoderevolucionesdelmotor,permitiendoquelabombaprincipalsuministredirectamentepresindeaceitealospuntosalubricarperoprescindiendoparaellodelavlvulalimitadora(reliefvalve).Estesistemaseempleaenmotoresqueoperenconaltaspresionesenlosalojamientosdecojinetesyquedeutilizarelsistemadevlvulalimitadoradepresinnecesitarantenerbombasealimentacinmuchomayores.
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LosSubsistemasdelsistemadelubricacinson:
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Subsistemadepresin:Suministralacantidadcorrectadeaceite(limpio),conlapresinytemperaturadeaceiteadecuadas,atodoslospuntosdelmotoralubricarrefrigerar.Constade:
o Tanquedeaceiteo Bomba(principal)depresindeaceite(normalmentedeengranajes).o Vlvulalimitadoradepresin.o Filtroprincipaldeaceite.o Refrigeradordeaceite(enlossistemasdetanquecaliente).o Filtrosenalojamientosdecojineteso Inyectoresoboquillassuministradorasdeaceite.
Subsistemaderecuperacindeaceite:Recogeelaceitedesdelospuntosdelubricacinylodevuelve
al
tanque
de
aceite
desde
donde
puede
volver
a
ser
recirculado.
Consta
de:
o Sumideros(enlosqueserecogeelaceitedecojinetesyengranajes).o Bombasderecuperacindeaceite(varias).o Detectordepartculasmagnticas(ChipDetector).o Separadordeaireaceiteocmarao Refrigeradordeaceite(OilCooler)convlvulabypassybypassdetemperatura.
Subsistemadeventilacin:Proporcionaunaligerapresinsobreelaceiteeneltanquequeaseguraunflujodeaceitehacialaentradadelabomba,evitandoasqueseproduzcacavitacinenellayayudandoaquehayaunapresinuniformeenlosinyectoresdeaceiteyunapropiadoflujodeaceiteenloscojinetes.Elaceiterecogidoenlosdistintoscompartimentos(sumideros)decojinetesycajasdeengranajesporlasbombasderecuperacinarrastraunaciertacantidaddeairequeseliberaenelespaciodeexpansinsobreelaceiteeneltanque(presurizndololigeramente).ComponentesdeesteSubsistemason:
o Tuberasdeventilacinyvlvulaantirretorno(checkvalve)enelTanque.o Vlvuladepresurizacin(enelTanque).o Desaireador(separaelairedelaceitedevueltoalTanque).o Separadorcentrfugo(separaelaceitedelaireaserevacuadoalexterior)o Vlvuladevaco(contrarrestalaexcesivasuccindelosalojamientosdecojinetesporlasbombasderecuperacin).
InstrumentacinenelSistemadeLubricacin:o IndicacindePresindiferencialdeaceite(entrelasalidadebombaprincipalysubsistemadeventilacin).
o Indicacin(luz)deavisodeBajaPresindeaceite.
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o Temperaturadeaceite.o Cantidaddeaceite(eneltanque).o LuzdeavisodeObstruccindelFiltrodeaceite.o Luzdeavisodepartculasmagnticasenelaceite.
h)Sistemadeaireinterno.
Sedefineelsistemadeaireinternocomoelconjuntodelosflujosdeairequeelmotornousadirectamenteparalaproduccindeempuje(opotencia).
Lasfuncionesquerealizasonvariadaseimportantesparaoperarelmotorsegurayeficientemente:
Refrigeracininternadelmotorydeciertosaccesorios. Selladodelosalojamientosdecojinetes.
Prevenir
la
ingestin
de
gases
calientes
en
las
cavidades
de
los
discos
de
turbina
(oponiendo
la
presindelaireinternoaladelacorrienteprincipaldegasescalientes).
Controldelascargasaxialesenloscojinetes. Controldelastoleranciasentrelosextremosdeloslabesdeturbinayelcrterdeturbina. Antihielodemotor. Suministrodeaireparaserviciosdelavin.
Casiunaquintapartedelamasatotaldeairequeentraenelmotorpuedeserusadaparacubrirestasfunciones. Elairenecesarioparalasfuncionesdescritassesangradelcompresor(endiferentesetapas)o
del
difusor
pre
cmara(s).
Se
trata,
si
es
posible,
de
sangrar
el
aire
de
las
primeras
etapas
del
compresor
en
quelapresinylatemperaturadelaireseancompatiblesconlafuncinaquesedestineparanoperderenellomstrabajodecompresindelnecesario.Unavezqueelaireharealizadolafuncinaquesedestinseexpulsaalexteriordelmotor(odelavin)osevuelveaintroducirenlacorrientedegasesdelmotor.
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Algndetalledelasmsimportantesfuncioneses:
Refrigeracin:o Esnecesariorefrigerardeterminadaspartesdelmotor(yendeterminadasocasiones
algunosaccesorios)porquesinolatemperaturaquepodranalcanzarpodradaarlasoimpedirsubuenfuncionamiento.
o Lasreasdelmotorqueprecisanrefrigeracinsonlasseccionesdecombustinydeturbina.
o Precisarnrefrigeracinocalentamientolosejesydiscosdecompresorparaasegurarlamejordistribucindetemperatura(yportantolamayoreficienciadelmotor)controlandolasdilatacionestrmicasquemantenganlasmnimastoleranciaspermitidasentreloslabesdelrotorysubandaderodadura(seal)enelcrter.
Refrigeracindeturbina:o Laeficienciatrmicadelmotordependedelatemperaturadelgasalaentradaenlaturbina,queasuvezdependedelatemperaturaquepuedansoportanlosmaterialesdequeestnfabricadosloslabesguadeestatoryloslabesderotor(deprimerescaln).
o Refrigerandocontinuamenteloslabesmencionadosseconsiguepoderelevarlatemperaturadelosgasesdecombustinquepasanporellossinqueafecteasubuenfuncionamiento.
o Losdiscosdeturbinadebenigualmenterefrigerarseparaqueelcalorqueporconduccinlestransmitenloslabesprovoqueenellosdilatacionesycontraccionesincontroladasque
puedan
ocasionar
fallos
por
fatiga
trmica.
o LasFigs.48,49y50muestranejemplosdecomoserealizaprcticamenteesarefrigeracin.
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o Loslabesguapretorbellino(preswirlnozzles)reducenlapresinytemperaturadelairesuministradoalosdiscosdeturbinaparalarefrigeracindeloslabesaltiempoqueconlavelocidadtangencialqueleimprimenfacilitanelpasoatravsdelosorificiosdelosdiscosdeturbina(queestngirando).
o Elaireentraenlosespaciosanularesentrelosdiscos,refrigerandosuscaras,yfluyeradialmentehaciaafuera.Eseflujoescontroladoporloscierres(seals)existentesentreestatoryrotoryfinalmenteesexpulsadoalacorrientedegasprincipalqueatraviesalaturbina(vaseelejemplodelaFig.51).
Selladoporaire:Seempleapara:o Evitarfugasdeaceitedelosalojamientosdecojinetes.Normalmentenosenecesitarefrigerarestosalojamientosyaqueelpropioaceiteseencargadehacerlo.
o Controlarlosflujosdeairederefrigeracin.o Evitarquelosgasescalientesdelacorrientedegasprincipalpenetrenenlascavidades
entrelosdiscosdeturbina.
o Seusandiferentesmtodosdesalladodependiendode:lapresinytemperaturaquelesrodee,lapracticabilidad,lageneracindecalor,elpeso,elespaciodisponible,lafactibilidaddefabricacinydemantenimiento(montajeydesmontaje).UnamuestradedistintosmtodosdeselladoseofreceenlaFig.52.LosselladosquemuestralaFig.51sonsolohipotticos(norespondenauncasoreal).Lostiposdeselladomsnormalesson:
Sellosdelaberinto. Sellosanulares(ringseals). Selloshidrulicos. Sellosdecarbn. Sellosdecepillo(brushseals).
Controldecargasdecojinetes:o Losejesdelmotorexperimentancargasaxialesproducidasporlacorrientedeaireygasesqueatraviesaelmotor.
o Esascargastienensentidohaciaadelanteenelcompresoryhaciaatrsenlaturbina.o Portantoelejecompresorturbinaestsiempresometidoatraccinyladiferenciaentre
lascargasindicadasessoportadaporel(los)cojinete(s)delocalizacin(fijacin)quesefijanenunalojamientoesttico.
o Sehaceactuarlapresininternadeairesobreuncierredeequilibradodepresindedimetrofijoqueaseguraqueel(los)cojinete(s)delocalizacinest(n)adecuadamentecargado(s)durantetodoelmargendeoperacindelmotor(paralosdiferentesvaloresdeempujequedesarrolle).VerFig.53.
Serviciosalavin:o Seempleanimportantescantidadesdeairesangradodelcompresordelmotorparadarserviciosdepresurizacinycalefaccindecabinayantihielodelavinduranteelvuelo.Es
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conveniente,porloyadicho,queesesangradoseaefectuadodesdelasprimerasetapasdelcompresor(paraminimizarlaprdidaencompresin,yeneficiencia,delmotor)aunqueseafactiblequesepreveaquepuedasertraspasadoaetapasposterioressilascondicionesdepresinytemperaturadurantealgunasfasesdelvueloaslorequiriesen.
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i)Sistemadecombustible.
Eselsistemaqueseencargadeacumular,distribuiryregularelcombustiblequeesnecesarioparaalimentarensufuncionamientoalosmotoresyAPUinstaladosenelavin.Enalgunoscasosserecircula(noseconsume)elcombustibleparalarefrigeracindeciertosequipos.LasFigs.54y55muestranesquemticamenteestesistema.
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Acumulacinydistribucin:o Elcombustibleseacumulaendepsitosubicadosenlasalasy,enavionesgrandes,enla
seccindelfuselajealaalturadelosplanos(einclusoenelempenajehorizontaldecolaparacontribuiralcentradodelavin).Elnmerodedepsitosesvariable,dependiendodeltipodeavin(paraavionesgrandesdemedio/largoradiodeaccinalmenossontres).Normalmentelosdepsitosdecombustiblealares(yamenudotambinelcentralenel
fuselaje)
forman
parte
de
la
estructura
del
avin
y
se
les
denomina
depsitos
integrales.
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o Paraevitarriesgosdeexplosinofuegopordescargasdeelectricidadestticaenlasoperacionesderepostadoovaciado,tantoelavincomolacisternaalaqueseconectadebenestarconectadosamasa(tierra)adecuadamente.
o Elrepostado(yvaciado)serealizaporlasbocasdellenadosituadasenlaparteinferiordlasalasysecontrolamedianteel(los)panel(es)derepostadoubicado(s)cercadelbordedeataquedelaparteinferiordelalaoenlazonaventraldelfuselajecentral(belly).
o Elrepostadodecombustibledelosdepsitospuedecontrolarseenmodoautomticoomanual.
Es
posible
elrepostadoporgravedadporlas
bocas
de
carga
situadas
en
laparte
superiordelosdepsitosalares(apenasseusa,peroenciertoscasossirveestemtodoparaacabarderellenarlosdepsitosconalgomsdecombustibledespusdelllenadoatopemedianteelrepostadonormal).
o Paraelcontrolautomticoderepostadoesnecesarioqueestnenergizados(concorrienteelctrica)losindicadoresylaselectrovlvulasdeentrada(fuelshutoffvalves)ycortedecombustible.Alabrirlaelectrovlvuladeentradacorrespondienteelcombustibleimpulsadoporlabombadelacisternapasaaldepsitodelavin.
o Enlosdepsitosexistenunossensoresdecorteautomticosqueconviertenlasealdepesoensealdevolumenycierranlavlvuladeentradadecombustiblecuandoel
depsitoestallenoosealcanzalacantidadpreselectada(segnloscasos).
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o Losdepsitosalaresydelfuselajecentraldisponenensuparteinferiordeunaseriedevarillas(sticks),detiposdiversos(magnticas,derebose,etc.),paracomprobarlacantidaddecombustiblequehayeneldepsito(mediantelalecturaqueseobtienealsacarlasyelvalordadoporlastablasmatemticascorrespondientes).
o Enlaszonasmsbajasdelosdepsitosdelasalasydelfuselajeexistenunasvlvulasdedrenajeparaextraerelaguacontenidaenelcombustiblequesedecantaall(porsermsdensaqueelcombustible)despusdequeelavinlleveciertotiempoparado.Sinoseextraeelaguapuedenllegaraacumularsecantidadesimportantesquepuedenproducirproblemasdeengelamiento,obstruccindefiltroseinclusoprovocarparadasdemotoren
vuelo.
o Elvaciadodelosdepsitospuedetambinhacerseporlaaplicacindepresindelasbombasboosterdelosdepsitosdelavinomediantelasuccin(conalgunalimitacinenciertoscasos)desdeelexterior(conciertaslimitacionesenalgncaso)aplicadaporelequipodebombeodelacisternaalaquesevaatransvasar.
o LosdepsitosvanpermanentementeencomunicacinconlaatmsferaporloquenecesitandisponerdeVentilacin,queseencargadequelapresininteriorenlosdepsitosestsiempreprximaalaatmosfrica.Lascajasdeventilacinseencuentranenlapuntadelasalas,conunorificioalexteriorlibredequesepuedaformarhieloy,endeterminadosmodelosdeavin,laventilacindelosdepsitosdeunalasehallaenlapuntadelplanoopuesto.
o Esimportanteunbuenfuncionamientodelaventilacinparaquenohayafuertesdiferenciasdepresinentreelinterioryelexteriordelosdepsitosquepodrancausar
seriosdesperfectosestructuralesalavin,sobretododurantelasoperacionesderepostadoyvaciadodecombustibleodurantesubidasydescensospronunciadosdelavinenvuelo.
o Laventilacinnoobstantepermitequelapresindevapordelcombustibleformevaporessobresusuperficielibreeneldepsitoycreeunaligerasobrepresinquefavorecelaalimentacindelasbombasprincipalessumergidasdecombustible(booster)quecontribuyeaevitarque,sobretodoendeterminadasmaniobrasdelavin,puedaproducirseundescebamientoparcialyfallosenlaalimentacindecombustiblealosmotores.
o Sepuedeefectuareltransvasedecombustibleentredepsitos(enalgunosmodelosdeavinsolamenteentierra).Paraefectuareltransvaselosdepsitosestnintercomunicadosydemodoautomticoomanualsepuede(n)abrirla(s)vlvula(s)deinterconexinyhaceractuarlasbombassumergidasdeldepsitodesdeelquesequieretransvasarel
combustible.
o Elpesodeaterrizajepermitidoaunavinesmenorqueeldedespegue.Porello,enprevisindeposiblessituacionesdeemergenciaenqueelpesodelavinsuperealquepuedetenerparaaterrizar,elavindisponedeunsistemaparadesprenderseenvuelodeformarpidadepartedelcombustibleabordo(jettisonsystemodump).Sepuedelanzarcombustibledesdetodoslosdepsitosobiendealgunodeellos silonecesarioesequilibrarelavinynosepudierahacermedianteotroprocedimiento(p.ejem.mediantealimentacincruzada).
o Elsistemadelanzamientodecombustibledisponededosmanguerasenlaparteposteriordelasalas(enpuntadeplanosobajobarquillasdeflaps), provistasdesusvlvulasdecortecorrespondientes.Latripulacinpuedeactuarlaaperturadeesasvlvulasdelsistema
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desdeelcockpitylasbombassumergidas(booster)delosdepsitoslanzarnelcombustibleal exteriorporlasmangueras.
o Elsistemadelanzamientodecombustibledisponedeunsistemaautomticoquegarantizaquelaalimentacindecombustiblealosmotoresnoseinterrumpedurantesuactuacinyquesecortacuando:
Pordecisindelatripulacin. Sealcanzaelpesomximodelavinpreselectado(porlatripulacin). Sealcanzalacantidaddecombustiblemnimapermitidaparaalgunodelosdepsitos.
Acta(n)algn(os)sensor(es)denivelmnimodecombustible. Alimentacinamotores(yAPU):
o Encadadepsitodecombustiblehayunconjuntodebombas(booster),accionadasporlacorrientealternatrifsicadelavin, sumergidasenunosrecintosdeldepsitodondeserecogeelcombustible(collectorcells)conquesevaaalimentaralosmotores.Delgrupodebombasexistenteencadacolectoruna(s)est(n)enoperacinmientrasquela(s)otra(s)est(n)dereserva(standby).
o SeguimoselesquemayadadodelaFig.55.o Elcombustibleimpulsadoporlasbombasboosterdeldepsitollegaalaentradadecombustibledelmotor.Encasodefallodelapresindesuministrodelasbombasboosterseencenderaelavisodebajapresindecombustible(InletFuelPressureLow)peroelcombustibleserasuccionadodesdeeldepsitoporlabombadebajapresin
movidaporelmotor.
o Labombadebajapresinimpulsaalcombustiblehaciaelcambiadordecalor(paracalentamientodeeste)yelfiltrodecombustible.Encasodeaveradelabombadebajapresinelcombustiblepasaradirectamentealabombadealtapresinmovidaporelmotoratravsdelavlvuladebypass.
o Elcambiadordecalormostradoenelesquemaesdeltipoairecombustible(calientaelcombustibleconairecalientesangradodelaltimaetapadelcompresorparaevitarquepuedatenerhieloqueobstruyaelfiltrodecombustible).Sielcambiadorseobstruyeelcombustiblesiguehastalabombadealtapresinatravsdeunavlvuladebypass.
o Enelesquemamostradolavlvuladesangradoquedejapasarelairecalientealcambiadordecalorescomandadaporuninterruptorencabinaactuadoporlatripulacinsilatemperaturadeentradadecombustibleesbaja(0)osiseenciendelaluzdeavisodecadadepresinalasalidadelfiltro(FuelFilterPress.Drop)porposibleobstruccinporhielodeeste.
o Lacalefaccindelcombustibleenelcambiadordecalorsecortaautomticamentealcabodeciertotiempo(1minuto)ymientrasactaseactivaelavisodeFuelHeatOn.
o Antesdelallegadaalfiltroseencuentraelsensordetemperaturadecombustibleconectadoconelindicadorcorrespondiente.
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o ElFiltrodecombustiblesehallaacontinuacinyretienelaspartculasensuspensinquepudierandaaralcontroldecombustible.Hayunavlvuladebypassquepermiteelpasodecombustibleencasodeobstruccindelfiltro.
o Labombadealtapresinmovidaporelmotorcomunicaalcombustibleunapresinquesueleestarentre500y1000p.s.i.AcontinuacinelcombustiblepasadirectamentealControldecombustible.
CONTROLDECOMBUSTIBLE.
o ElControldecombustibleeselrganoencargadodegobernarelmotormediantelamedicin,dosificacinyenvodelcombustiblequeseinyectaenla(s)cmara(s)decombustin.ElControldeCombustiblepuedeserHidromecnico(completo)oElectrnico(FADEC).
o Lavariacindeempujesolicitadoalmotorsehacemedianteelaccionamientoporelpilotodelapalancadegasesaunanuevaposicin.
o Enfuncindelaposicindelapalancadegasesydelosparmetrosdesituacindelmotor(ydevuelodelavin)elcontroldecombustibledetermina(computa),mideyenva
elflujodecombustiblequerequiereelmotorparaactuarenlacondicindeseada.
o LosvaloresdelosparmetrosqueelControldecombustibletieneencuentaparadeterminarlacantidad(flujo)decombustiblequedebeenviaralosinyectoresdelmotor,sonlosprecisosparaladeterminacindelamasadeairequeatraviesaelmotorconlaquedeberproducirselacombustin.Losmasimportantesson:
TemperaturaTotal(Tt2)alaentradadelcompresor. Revolucionesdelcompresordealta(N2)enmotoresdedoblecompresoraxialodelcompresor(N1)enlosdecompresor,axialocentrfugo,simple.
Presindeentradaenla(s)cmara(s)decombustin(Ps4).o OtrosparmetrossecundariossontambintenidosencuentaporelControldecombustible:
Relacindeflujodecombustible. Temperaturadelcombustible. Presinalasalidadelcompresor. Etc.
o Loscambiosdealtituddevuelo,temperaturadelaireexterioryvelocidaddevuelodelavininfluyenenladensidaddelairequeentraalmotoryportantotambinenlamasadeaireconlaquehadereaccionarelcombustiblequeelControldecombustibleaporta.
o ElnivelmximodecombustiblequeelControlpuedeinyectarenelmotorvienelimitadoporelvalormximodelatemperaturaqueseadmiteenlaturbina(Tt5),lmitequevienefijadoporlatemperaturamximadefuncionamientosegurodelosmaterialesdequeestfabricada.EnlaprcticasetraduceporelvalormximoadmisibledelaEGT(ExhaustGasTemperature),queeslaquenormalmentesepuedemedir.
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o ElControldecombustibledebeademsmantenerentodomomentolarelacinaire/combustibledeformaqueseeviteelapagadodellamaparatodoslosregmenesdeoperacindelmotor.
o IgualmenteelControldecombustibledebeevitarqueelcompresorsufrasituacionesdestallosurgegobernandolaactuacindeloslabesdeestatorvariables(inletguidevanesyvariablestatorvanes)ydelasvlvulasdesangrado(bleedvalves).
o ParalosmotoresdestinadosapropulsaravionessupersnicosElControldecombustibledebetambingobernarlaactuacinsobrelatoberadesalidadereavariable.EndeterminadosdeestosmotoresesunsegundoControl(eldepostcombustin)elencargadodecontrolartodolorelacionadoconelincrementodeempujeparavuelosupersnico.
o LosparmetrosyfactoresmencionadossontenidosencuentaporlaUnidaddeComputacindelControldecombustibleque,deformahidromecnicaenlosControlesHidromecnicosocomoEEC(EngineElectronicController)enlosElectrnicos,ordenaalaUnidaddeMedidaHidromecnica(HydromechanicalMeteringUnit)elflujode
combustibleasuministrara
los
inyectores.
o Elcombustibleremanente(ladiferenciaentreelquehallegadoalControldecombustibleyelqueestehamedidoparaentregaralosinyectores)serecirculaalaentradadelabombadealtapresindelmotor.
o SobrelaUnidaddeMedidaHidromecnicaactantantolaPalancadeGasescomolaPalancadeCortedecombustible(FuelShutOffLever).
o FuncionesadicionalesrealizadasporelControldecombustible(segnloscasos)tambinson:laproteccincontralasobrevelocidadolasobretemperaturadelmotor,elcontroldelosregmenestransitoriosdeaceleracindeceleracindelmotor,arranqueautomticodel
motor,elrearranquedelmotordespusdeunarranquecolgadoentierraounapagadodemotorenvuelo,controldetoleranciasdefuncionamientodeloslabesdeturbina,controldeempujeysecuenciasdedesplieguereplieguedelareversa,etc.
o DespusdelControldecombustibleseencuentraelsensordeflujo(FuelFlow)quedalaindicacinrespectoalflujoinstantneoeinformacinaltotalizadordecombustibleconsumido.
o Elcombustibleyadosificadopasaporelintercambiadordecalorcombustibleaceiteconlamisinprincipaldeenfriarelaceite.
o PosteriormenteelcombustiblepasaporlaVlvuladePresurizacinqueenrealidadesunadivisoradeflujo,yaquecuandoaumentalapresindelcombustibleseabreparadarpasoalcolectorsecundarioademsdelprimarioqueyaestabaenfuncionamiento.
o Finalmenteelcombustiblellegaalosinyectoresenla(s)cmara(s)decombustinqueseencargandeatomizarloymezclarloconelaire(primario)pararealizarlacombustin.
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j)Sistemadearranque.
Elsistemadearranqueeselencargadodeponerenmarchaelmotor,acelerndolohastaalcanzarunasr.p.m.mnimasenquesepuedeactivarelencendidodeformaqueapartirdeesemomentoobtengayalaenerganecesariaparaproseguirdeformacontinuasupropiofuncionamiento.
Haydosformasderealizarelarranquedemotorsegneltipodeenergaempleadaparaello:
Elctrica. Neumtica.
Elprocedimientodecomoefectuarelarranqueessimilarparaambasmodalidadesypuedequeseaefectuadoautomtica(sielavindisponedeesafuncin)omanualmente.Tpicamentees:
Palancadegasesenlaposicinmsatrasada(ralent). Conexinyactivacin delafuentedealimentacindeenerga(elctricaoneumtica)autilizarenelarranque.
Seleccindelsistema(A,BuOVERRIDE)deignicinelegidoparaelarranque. Accionar(ymantener)elinterruptordearranque(Start)delmotorquesevaaarrancar. Comprobarque:
o SeenciendeelavisodeStartValveOpen(silleva).o Giraeleje(nico)o,paramotorescondosejes,eldealtapotencia(N2).o
Sube
la
presin
de
aceite.
o Quetambingira(enlosmotoresdedosejes)elejedebajapotencia(N1).
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o Quebajalapresinneumtica(sielmtododearranqueesneumtico). AlalcanzarelrgimenespecificadodeN2(aprox.el20%)abrirlavlvuladecortedecombustible(FuelShutOffValve).Elcircuitodeignicinsecierra,lachispaenciendelamezclaenlacmaradecombustinyelmotorseacelera.
Comprobarque:o SubeelFuelFlow.o SubelaEGT.
Cesedelaccionamientodelinterruptordearranque(aprox.entreel30%yel40%deN2). Comprobarque:
o SielarranqueesmedianteneumticosubelapresinneumticayseapagaelavisodeStartValveOpen(silleva).
o Noseenciendeelavisodebajapresindeaceite(OilPress.Low).o Elmotorgiranormalmenteylosparmetrosderalentestnestabilizados.
IgnicinenOff._______
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Arranqueelctrico:o Elarranqueelctricoestreservadoparapequeosmotores,mientrasquelamayoradelosreactorescomercialesutilizanelarranqueneumtico.
o Elarrancadorelctrico(starter)instaladoenelmotorusualmenteprecisacorrientecontinua(suministradaporelavinogeneradorexterno).
o Elstarterestconectadoatravsdeuntrendeengranajesreductoryunembrague(otrinquete)queledesacoplaautomticamentedelmotorcuandoestehaadquiridounavelocidaddegiroautosostenida.
o Elsuministroelctriconecesariopuedeserdealtoobajovoltaje.Pasaatravsdeunsistemaderelsqueincrementanelvoltajeaplicadoamedidaqueelarrancadoraumentasuvelocidaddegiro.Proveetambindeenergaalsistemadeignicin.
o Elsuministroelctricoalsistemadearranquesecortaautomticamentecuandolacargadelstartersereducedespusdequeelmotorhaarrancadosatisfactoriamenteosisehasuperadoeltiempopermitidoparaelciclodearranque.
o LaFig.58muestra elesquemadeunsistematpicodearranqueelctrico.
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__________
Arranqueneumtico:o Puedeefectuarsedetresformasdistintas:
Conconexinneumticaaequipodetierra. MedianteelA.P.U. Medianteotromotordelavinqueyahayasidoarrancadopreviamente.
o ElesquemadelaFig.59muestraunsistematpicodearranqueneumtico.o Elsangradodeaireparaarrancarelmotorpuedeprocederdecualquieradelasfuentesyaindicadas.
o Debeestarabiertalavlvuladealimentacincruzada(CrossFeed)delsistemaneumticodelavin.
o Elindicadordepresindelsistemaneumticodebemarcaralmenoslaespecificadaparaelarranque.
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o Lavlvula(neumtica)depuestaenmarcha(StartValve),encargadadedejarpasarelflujodeaire(neumtico)haciaelarrancadorcuandoseaccionaelStart,estacontroladaelctricamenteyaccionadaneumticamente(verFig.60):
Lapresinneumticallegahastalacmarainferiordelactuador(accionador)delavlvulamanteniendolamariposadepasoenposicindecerrada.
AlpulsarStartseenergizalavlvulasolenoide,atraeelvstagoyabreelpasodepresindeneumticohacialacmarasuperiordelactuador(accionador)y,venciendolaresistenciadelmuelleinterno,bajaabriendolamariposaydejandopasarelflujodeneumticohaciaelStarter.
SeencenderelavisodeStartValveOpen(silleva). Disponedeunmecanismodeactuacinmanualparaabrirlavlvulasolenoide(por
mantenimiento)sinnecesidaddeaplicarleenergaelctricaocuandofalla.
o Elarrancador(Starter)esunaturbinaconectadaconelejedearrastredelmotor(normalmentesituadoenlacajadeengranajesexterna)queconectainteriormenteconelejeprincipaldealtapotencia(N2),alquehacegirar.
o LaturbinadelStartergiraaaltavelocidad(sobre55.000r.p.m.)yelarrancadorsedesacoplaautomticamente(medianteelembragueinterno)delejedearrastredelmotorcuandoestehaadquiridolavelocidadsuficiente.
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k)Sistemadeignicin.
Eselsistemaencargadodegenerarmedianteunacorrienteelctrica(pulsatoria)lachispaenlabujasituadaenlacmaradecombustinqueinicielaignicindelamezclaairecombustibleenelprocesodearranquedelmotor.
Enelcasodelosmotoresdereaccinelsistemadeignicinnicamenteesnecesarioduranteelarranquedelmotor,yaquealserdeflujocontinuolacombustinenla(s)cmara(s)decombustinseautosustentaporsimisma.Encondicionesdevuelodeterminadas(enaterrizajeodespegue,conclimatologaadversa,al
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actuarelsistemadeantihielo,etc.)estestablecidoquesemantengaactivadalaignicinenprevisindequepuedaproducirseunapagadodemotor.
Hay(almenos)dosbujasencadamotorpormotivosdeseguridad,aunquenormalmentebastaconunasoladeellasparaarrancarelmotor.
Lasprincipalescaractersticasdelsistemadeignicinsonaltastensineintensidad.
Losdossistemascomnmenteutilizadosson:
DeCorrienteContinuayenergaelctricaelevada. CorrienteAlternayenergaelctricabaja. SistemadeIgnicindeCorrienteContinua:
o ElsistemadeCorrienteContinuatomaenergaelctricadelabateradelavin(24V)odeunaconexinauxiliarexterna.Medianteunsistemadeexcitacin(dotadodefiltros,
amplificadores,condensadores,etc.)yuntransformadordealtatensincomunicaalasbujasunacorrienteintermitente(28.000Vyunos20juliosdeenerga)queenformadechispaescapazdeproducirlaignicindelmotor.
SistemadeIgnicindeCorrienteAlterna:o EselsistemamsutilizadoyalquecorrespondeelesquemadelaFig.63.o Lapotenciadedescargaesmuyelevadayaque,sibienlaenerganoesmuyalta,eltiempoextremadamentecortoenqueseproducehacequeseatanelevada.
o Enelesquemasemuestrandoscircuitosindependientesenergizablesparaencenderunaolas
dos
bujas
del
motor
(para
arranque
tanto
en
tierra
como
en
vuelo
se
suelen
usar
las
dos,
perosisetratasolodeasegurarquesemantienelacombustinseusaunanadams).
o Lafuente(delpropioavinexterior)quevayaasuministrarlaenergaparalaignicinlohaceatravsdelabarradecorrientealternaalaqueestconectadoelmotorquesevaaarrancar.
o AtravsdelselectordeignicinseescogeenviarlaenergaparalaignicinalsistemaA,alBoaambosalavez(OVERRIDE).Elselectornoenvalacorrientesoloeligela(s)buja(s)ala(s)queirdestinada.
o Cadasistema(AoB)estconstituidoporunExcitadordeIgnicinyunaBuja(Maselcableadodeconexincorrespondiente).
o Esalabrir(durantelaprimerapartedelrecorrido)lavlvuladecortedecombustible(FuelShutOffValve)cuandosecierraelcircuitoelctricoypasalacorrienteala(s)buja(s)seleccionada(s).
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o LosExcitadoresdeEncendidosuministranunacorrientedesalidahacialasbujasdealtovoltajeyaltafrecuenciacuyoesquemasemuestraenlaFig.64.Lacorrientedeentradaalexcitadorsufreelsiguienteprocesoantesdeentregarlaalabujacorrespondiente:
Esfiltradayseincrementasuvoltajeenuntransformadordeenerga. Enlasiguientefaseseduplicasuvoltajeysetransformaencorrientecontinuamedianterectificacin.
Sealmacenaenelcondensadorhastaquesupotencialaumentalonecesarioparaionizarlosentehierrosdelostubosdedescarga.
Porfineltransformadordesalidasuministraalabujaelpotencialprecisoparaionizarsuentrehierroyhacerquesaltelachispaqueinicielacombustindelamezclaairecombustibleenla(s)cmara(s)decombustin.
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o EncasodefallototaldelacorrientealternaodenodisponerparaelarranquenideGrupoAuxiliardetierranidelA.P.U.delavinsepuedeefectuarelarranquedelmotorcomomuestraelesquemadelaFig.65usandolabateradelavincomofuentedeenerga:
AlnotenercorrientealternaelReldepotenciadeencendidodelinversorsealimentaautomticamentedelacorrientecontinuadelabarradelabatera.
SituandoelswitchdeemergenciaenposicinOfflacorrientecontinuadequedisponaelReldepotenciapasaalInversordeemergenciaquelatransformaencorrientealternade115VAC.
Desdeahsigueelmismocaminoyprocesoqueseindicenelesquemaanterior(Fig.64).
l)Sistemadeantihielo(demotor).
Eselsistemaqueprotegealmotorcontralosefectosdelaingestindehieloporlaadmisin.
Laformacindehielopuededarseenlosbordesdeataquedelconductodeadmisindelmotor,delconodeentrada,deloslabesguadeentrada,deloslabesdelcompresordebajaodeloslabesdefan.Esposibleapartirdegotasdeaguasubenfriadas,pordebajodelpuntodecongelacin,cuandoelavinvuelaentrenubesconmuybajatemperaturaodurantelasoperacionesentierraconnieblaigualmenteamuybajatemperatura.
Lasgotasdeaguasubenfriadascedenelcalordefusinalasuperficie(delasmencionadas)conlaqueentranencontacto,transformndoseinmediatamenteenhieloyadhirindoseaella.Elhieloasformadopuedeacumularseydistorsionarsealeseindicaciones(tubospitot,indicadoresdepresin,antenas,etc.)oprovocarprdidasdelempujeolasr.p.m.delmotor(oambas).
Sibientericamentenopuedenexistirgotasdaguasubenfriadasatemperaturasde 40C,puedensertransportadasamayoresaltitudesmsfrasy,enlaprctica,sehaobservadoelfenmenoinclusoatemperaturasde 60C.
Losmotoressonsusceptiblesaproblemasdeformacindehieloinclusoatemperaturasunoscuantosgradossuperioresaladecongelacin(sisedanlascondicionesmeteorolgicasfavorablesparaello),yaqueelaireesaceleradoparaentrarenelmotorycomoconsecuenciainicialmenteseenfra,pudiendosubenfrarlasgotasdeaguaqueentrenconel,dandolugaralfenmenodescrito.
Serecomiendaelusodelsistemaantihielosisedaalgunadelassiguientescircunstancias:
Enlasoperacionesentierrasilatemperaturaesinferiora6Cyhayhumedadvisible.Sinohayhumedad
visible
cuando
la
temperatura
de
roco
se
aproxima
a
menos
de
3
C
de
la
temperatura
ambiente.
Envuelocuandolatemperatura(total)delaireesinferiora10Cyhayhumedadvisible. Encasodeduda.
Elhieloacumuladoenlaentradadelmotorpuededesprenderseyseringeridoporeste,daandoelaislamientoacsticodelinteriordelconductodeadmisinolospropioslabesgua,decompresorodefan.Silacantidaddehieloessuficientementeelevadapuederestringirydistorsionarelflujodeairealaentrada,looquepuedeprovocaruncompressorstallque,endeterminadascondiciones,puedeprovocardaosimportantesenelmotorounaparadademotorenvuelo.
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Elsistemaantihielodebeofrecersuficienteproteccinencualquiersituacindeoperacindelavin.Debeserfiable,fcildemantener,incrementarlomenosposibleelpesodelmotor(ydelavin)ynoutilizardemasiadaenergaquehagadisminuirsensiblementelasperformancesdelmotor.
Cuandoseanalizasiesnecesarialaproteccinantihieloparadeterminadasreasdelazonadeadmisinyentradadelmotorylacantidaddecaloraaportaralasmismasparamantenerlaformacinycrecimientodelhieloenellasdentrodelmitesaceptablessellega aconclusionescomolasquemuestraelesquema(paraunmotorturbofan)delaFig.66.
Lossistemasdeproteccincontrahieloenmotoressondedostipos(ounacombinacindeambos):
Porairecaliente. Elctricos. Sistemasporairecaliente:
o Elsistematomaairecalientesangradodelasetapasdelcompresordealtapotencia(HPC)ylo
suministra
a
las
zonas
a
calefactor
a
travs
de
una
vlvula
reguladora
de
presin,
como
se
muestraenelesquemadelaFig.67.
o Laproteccinantihielodeloslabesdelrotorraramenteesnecesaria,yaqueporefectodelarotacin(porfuerzacentrfuga)elhieloensuincipienteformacinesinmediatamentedispersado.
o Sirequerirnproteccinantihielolosestatores(labesgua)anterioresalprimerescalndelrotor.
o Sielconodeentrada(NoseCone)esrotatorio(Spinner) puedequenonecesiteproteccinantihielosisuforma,construccinycaractersticasdesurotacin sontalesque
haganaceptableelniveldeformacindehieloenel.Cuandosiestprotegidopuedequelo
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seaindependientementedelconductodeadmisin(NoseCowl)odeformaintegradaconel.
o UnesquemadesistematpicodeproteccinantihieloporairecalientesemuestraenlaFig.67.
o Lasvlvulasreguladorasdepresindelsistemaantihielosonactuadaselctricamentedeformaautomtica(porelsistemaautomticodedeteccindehielo)omanual.
o Elairecalienteempleadoenlaproteccindelconductodeadmisinpuedeserexpulsadodentrodelacorrienteprincipaldeairequeentraalmotorohaciaelexterior.
o Elairecalienteutilizadoenlaproteccindelconodeentradaaloslabesguadeentradasedevuelvealacorrienteprincipaldeairedeentradaenelmotor.
o Debeserprotegidocontraelhieloelconodeentradaenlosmotoresqueincorporanlasondadepresindeentradaalcompresor(Pt2)ensucentro.Siseformahieloenlaentradadelasonda,restringiendosuorificiodeentrada,elaireincrementalavelocidadenelydisminuyelapresin(Pt2).
o Elempujesuelemedirsepormediodela relacindepresiones(EPR)entrelasalidaylaentradadelmotor,esdecirPt7/Pt2.SilalecturadePt2esmenorcomoconsecuenciadelaformacindehielo,comoladePt7novaraseestarviendocomoerrneamentese
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incrementalalecturadeEPR(empuje)sinquesehayamovidolapalancadegases.Elpilotopodratratardeajustarelvalordelempujeledoalvalorestablecidoretrasandolapalancadegases,conloqueloquerealmenteestarahaciendoesreducirelniveldeempujerealpordebajodeldeseado.
Sistemaselctricos:o Suelenusarseenmotoresturbohliceencombinacinconeldeairecaliente(oinclusomediantelacirculacindelaceitecalientederecuperacin).VerFig.68.
o SesueleceiralacalefaccinantihielodelNoseCowl(ademsdelaspalasyelspinnerdelahlice).
o Consistenenelementos(pads)decalefaccinelctricaconstituidosportirasdeconductorelctricoenzigzagemparedadasentrecapasdefibradevidriooneoprenoembebidasenresinaepoxiyadheridasalasuperficieexteriorelNoseCowl.Secubrenestoselementosconpintura depoliuretanoparaprotegerloscontralaerosin.
o HayciertasreasdelNoseCowlquesonpermanentementecalefactadascuandoelsistemaestoperativomientrasqueotrasreasadyacenteslosonintermitentemente.
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o Laenergaelctricaparalacalefaccindelsistemaessuministradaporungeneradorque,parasermejoraprovechadoyreducirsutamao,calefactaalternativamentedeformacclicaalNoseCowlyalconjuntodelahlice(palasyspinner).VerFig.69.
m)Sistemadeproteccinantiincendios.
Elsistemadeproteccincontraincendios(enmotoresyAPU)eselencargadodegarantizarladeteccintemprana,avisodefuegoylaextincin enlosmotoresyloscompartimentosentresusmamparoscortafuegosascomoenelcompartimentodelAPU.Revisaremoselsistemadelmotorpuestoque,almenosencuantoalasgeneralidades,seratambinaplicableparaelAPU.
Elsistemadeproteccincompletoconstadelossiguientessubsiste