Ciclo Bryton

El ciclo de trabajo de las turbinas de gas es el de BRYTON.

El ciclo se inicia llegando aire a la sección de admisión. Al pasar el aire al compresor se eleva su presión y temperatura hasta cerca de los 350°. A través de las cámaras de combustión, el volumen del gas se aumenta mientras la presión decae ligeramente. La mezcla se expande a través de la turbina, después de esta se presenta la caída de la presión. A través de la descarga, la velocidad se aumenta y la presión disminuye.

Flujo del aire

El total de la masa de aire en la turbina no solo es el requerido para quemarse con el combustible, sino que incluye el aire secundario, necesario para enfriamiento interno.

En el motor turborreactor, el consumo de aire es grande y comparativamente es el que admitiera el motor para la combustión mas el necesario para su enfriamiento y el que pasara por la hélice.

Ventajas de los motores turbo-reactores

Libre de vibraciones Solo requiere de un mando para el control de

velocidad y potencia del motor Requiere de 5 a 8 veces menos aire que el

motor reciproco para su enfriamiento El turbo reactor no presenta resistencia al

avance No requiere de carburador Se reduce el riesgo de incendio ya que el

combustible es menos volátil que la gasolina de alto octanaje.

El consumo de aceite se reduce al mínimo Por tener menos partes sometidas a fricción

los tiempos de vida útil alcanzan 4000hrs Es ideal para trabajar a grandes altitudes Permite desarrollar grandes velocidades que

permiten cubrir mayores distancies en tiempos breves

La facilidad de montaje

Desventajas

Tienen un alto consumo de combustible a bajas velocidades

En regímenes de baja potencia es insuficiente

La aceleración de RPM es lenta Requieren de gran potencia Su construcción es de alto costo Es vulnerable a ser dañado fácilmente por

objetos del exterior Intensidad de ruido Aparte del alto costo inicial de estos motores

en latino-america no hay talleres autorizados y debidamente equipados, donde se pueda hacer la correcta reparación de estos motores.

Clasificación general de los motores a reacción

Turbo-reactor Turbo-hélice Pulso reactor Auto reactor Reacción directa

Siendo el turbo reactor el utilizado en aeronaves se enumeran cuatro variantes de estos

De paso libre (by pass) Con quemador posterior Con turbo-abanico Ducto-abanico

Motor turbo-reactor

El motor turbo reactor es el único que requiere de unidades con movimiento rotativo para su funcionamiento. Sus cinco partes principales:

Sección de admisión Compresor o compresores Cámaras de combustión Turbina o turbinas Cono de escape-

Estos motores requieren de engranajes formando sistemas para el impulso de los accesorios necesarios para el funcionamiento del motor. Sus sistemas son:

Sistemas de arranque Sistema de ignición Sistema de combustible y su control Sistema de lubricación Sistema de calefacción de combustible Sistema de inyección de agua Sistema de reserva Sistema silenciador

Sistema de quemador posterior Sistema de prevención contra formación de

hielo

Los motores turbo reactor se clasifican en:

De flujo centrífugo y de flujo axial

En los motores con compresores de flujo centrifugo, la masa de aire admitida por el motor, se comprime en línea perpendicular al eje del motor. Mientras que el motor de compresor de flujo axial, la masa de aire se comprime en dirección paralela al eje.

La mayor parte de la energía del gas se absorbe por la turbina, la que girando a gran velocidad impulsa por un eje al compresor. La energía que permanece en los gases producto de la combustión produce el empuje.

Motor turborreactor de paso libre (By pass)

El motor turbo reactor de paso libre es una turbina de fas de flujo axial común circundada por un ducto por donde tiene libre paso el aire de impacto.

Estos motores tienen dos formas de hace la unión de los gases de escape con el aire del ducto de paso libre. Una forma es haciendo esta mezcla aun dentro del motor antes de su descarga al ambiente y que se denomina con mezclador. Cuando la unión la unión de los gases se realiza ya en el medio ambiente (fuera del motor) se denomina sin mezclador.

Motor turbo reactor con quemador posterior

En algunos aviones se ha aumentado su empuje para mayor aceleración durante el despegue y aterrizaje con la instalación de quemadores posteriores.

Este sistema se emplea principalmente como auxiliar en el despegue, lográndose un aumento de un 50% aproximadamente del empuje de la turbina, pero con un aumento en el consumo de combustible de un 250%.

Motor turbo abanico y ducto abanico

Los componentes de los motores turbo-abanico y ducto abanico son iguales a los del motor turbo-reactor. El abanico está formado por los alabes de los primeros pasos del compresor. Estos alabes, son de una longitud mucho mayor a los comunes del

compresión. En el motor de turbo-abanico posterior el queda formado por alabes de la turbina con mayor longitud y diseño.

En este motor su fuerza propulsora se desarrolla dando menos aceleración a una relativamente mayor masa de aire. Siendo su propulsión una acción combinada de la acción del abanico y el empuje producida por la velocidad de descarga de los gases.

Motor turbo-Hélice

Este motor es básicamente una turbina de gas, que impulsa un mecanismo reductor para impulsar a la hélice. Aproximadamente del 80-90% de la eficiencia térmica del motor se emplea para hacer girar la turbina al compresor y a la hélice y solo un 10-15% se emplea para la generación de empuje.

Motor pulso-reactor

Este motor recibe su nombre debido a que su chorro se desarrolla de tal manera que sale por la descarga en explosiones periódicas en vez de ser de flujo continuo, como en los demás motores de reacción. Este motor carece de compresor y turbina. Su funcionamiento depende del aire atmosférico, del combustible, del diseño de la extensión del escape y de las válvulas de admisión instaladas en la rejilla de la entrada del motor.

Motor auto-reactor

No tienen piezas moviles y son muy sencillos junto con el pulso Reactor son llamados ATHODYDS por basar su funcionamiento en el efecto de la presión dinámica. Carecen de compresor y turbina.

Motor auto-reactor supersónico

Funcionan con una presión de impacto que se genera al moverse el motor y es posible iniciar su funcionamiento solo a partir de los 482km/h. sus componentes son un difusor, inyector de combustible, un reten de flama y la tobera de descarga.

Motor de reacción directa (cohete)

Estos no requieren de oxigeno ya que lleva su propia carga de oxidante. Los gases resultantes de la combustión se descargan por una tobera gran velocidad y pueden operar fuera de la atmosfera. Se dividen en 2: de combustible sólido y líquido.

Unidades Jato

Son pequeños cohetes que se instalan en la parte inferior del avión y duran 14 s

Eficiencia de los motores turbo reactores, turbo abanico y turbo hélice

Relación que existe entre el trabajo desarrollado y la cantidad de energía que se le suministra. Son 4:

Eficiencia térmica.- Capacidad de convertir la energía química contenida en el combustible en energía mecánica. Eficiencia térmica= E mecánica /E. química

Eficiencia de transmisión.- no toda la potencia producida por el motor se transforma en empuje ya que parte de ella es utilizada para empujar cajas de engranes.

E.entregada por la transimision/E. dada a la transmisión

Eficiencia de propulsión.- la relación entre el trabajo propulsivo empleado y la energía propulsiva disponible.

Eficiencia total.- Relacion entre el trabajo propulsivo disponible y la energía química que se ha suministrado al motor.

Causas que varían la generación de empuje

Velocidad relativa y presión de compresión Altitud Temperatura y presión atmosférica Revoluciones del motor Temperatura de descarga de los gases Humedad ambiente Eficiencia térmica

Componentes del motor turbo- reactor

Componentes

Admisión-tomas de aire y ducto de admisión Compresión-compresores Combustión- sección difusora Escape-Sección de descargas y turbina

Admisión

Tomas de aire.- pueden ser sencillas o dividas. La toma ideal para el motor turbo-reactor subsónico es la llamada de tipo pitor. Las tomas de aire en los turbohélices son de 3 tipos: ducto fuselado, cónico y alejada del motor.

Tomas de aire supersónica.- es la toma de aire convergente-divergente. Produce una serie de ondas de choque suaves sin excesiva reducción de la eficiencia y aumenta la relación de compresión en la compresión.

Compresión

Compresores centrífugos.- operan haciendo girar el aire que entra por medio del impulsor logrando un incremento considerable en la velocidad mediante grandes velocidades de rotación. Se compone de 3 partes principales: impulsor o rotor, difusor o estator y múltiple de difusión. Se pueden utilizar en múltiples etapas

Compresores de flujo axial.- la circulación del aire es paralelo al eje. Generalmente están formados por varios pasos compuesto de discos con alabes. Sus partes son: carcasa, alabes guía, estatores, rotores. Lo estatores están instalados en la carcasa y los rotores en el eje.

Funcionamiento.- el aire que pasa entre los alabes, que cuentan con un perfil aerodinámico, que permite el aumento de la presión a través de los distintos pasos en la etapa del compresor.

Compresor de alta.-Son de dos etapas en los compresores de dos etapas al de alta se le denomina así ya que recibe aire ya comprimido y eleva esta presión al máximo cuando termina de pasar por el. Trabajan a diferentes revoluciones que el compresor de baja

Compresor de baja.- se le denomina así debido a que es el que inicia el ciclo de compresión y la presión total que levanta es de menor valor.

Los compresores de doble etapa producen altas relaciones de compresión con un peso y área frontal mucho menor, por lo que se obtienen mayores eficiencias y una mayor duración de sus componentes que sus contra partes de una etapa.

Desplome del compresor.- consiste en la incapacidad de este para comprimir el aire.

Causas: Trabajan en forma similar al ala de un avión y es cuando trabaja a un angulo de ataque mayor al de máxima sustentación. Suceden.

Sección difusora

Esta colocada inmediatamente después del compresor y antes de las cámaras de combustión. Tiene como función entregar el aire comprimido a baja velocidad a las cámaras de combustión pero con una presión suficiente para la combustión a cualquier velocidad que esté trabajando el motor.

Inyectores de combustible.- están encargados de la atomización uniforme del combustible en las cámaras de combustión.

Inyector simplex: tiene un solo orificio de descarga y su empleo es eficiente en motores que trabajan con cargas más o menos constantes.

Inyector dúplex: es de doble descarga concéntrica y provee una buena atomización con flujo alto o bajo y un abanico de combustible de arco uniforme.

Aire primario.- Se mezcla con el combustible para el evento de la combustión

Aire secundario.- Funciones de enfriamiento

Sección de Combustión

Esta formada por las cámaras de combustión e inyectores. Su función es formar la mezcla de combustible y quemarla dentro de las cámaras.

Enfriamiento de la cámara de combustión

El aire secundario barre la pared exterior de la cámara enfriándola mientras otra parte penetra a enfriar la pared interior pasan do por pequeños orificios.

Tipos de cámaras de combustión

Las cámaras se construyen siguiendo dos diseños básicos: a) tipo bote y b) tipo anular y combinados originan el tipo canular

Camara de tipo bote.- Estan formadas principalmente por dos partes, la cubierta y la cámara. Tienen como desventaja principal su reducido diámetro, que obligan a un diseño mas largo de cámara y un consecuente aumento en la longitud del motor. Como ventajas tiene

que la remoción para inspección o cambio es sencilla y sufre menos la distorsión por calor

Cámaras tipo anular.- común en motores de alta potencia de doble etapa de compresión axial. Esta formada por dos cubiertas concéntricas, interior y exterior.

Cámaras canulares.-Se han aprovechado las ventajas de los tipos de cámaras de bote y anular. está formado por una cámara del tipo anular, que en su interior aloja una serie de pequeñas cámaras anulares.

Sección de descargas

La función de esta sección es de servir de apoyo a la parte posterior de las cámaras de combustión, recibir los gases procedentes de la cámara de combustión y hacerlos llegar a los alabes guía. A la vez que su parte central es hueca se permite el paso de la flecha del compresor. Es una parte crítica en el diseño ya que si es demasiado grande la turbina no operara con su máximo rendimiento y si es muy pequeña se satura de gases.

Sección de turbina

Toma la energía cinética de los gases que se expanden al salir de las camaras de combustión para convertirla en trabajo mecánico y con esto mover todo. La velocidad de los gases se considera que tiene dos componentes, velocidad tangencial y velocidad axial. La axial impulsa los gases entre los alabes mientras que la tangencial se absorbe para hacer girar a turbina.

Tipos de turbinas:impulsoras

Reactoras impulsoreactoras

Impulsoras.-está basado en la segunda ley de newton. Son los alabes del rotor los que causan el cambio en la dirección del flujo de la masa de gas

Turbina reactora.-tiene el efecto de un venturi con la descarga de gas acelerada, mientras una aceleración se experimenta en la masa de gas existe un aumento en el momento resultante.

Alabes:

Sencillo Hueco En T Doble

Secciones de escape

Se aplica a la parte trasera del motor que conecta la salida de la turbina y la tobera de escape. Si tiene quemador posterior el ducto de escape es especial. Estos se emplean para colectar y dirigir el flujo de gases e incrementar la velocidad de estos antes que sean descargados a la atmosfera por la tobera.

Ducto de escape

Convergente Divergente Convergente divergente

Sección de accesorios

Los motores turbo reactores requieren de accesorios para su funcionamiento que deben ser movidos por el mismo motor. A estas se les llama cajas de accesorios o cajas de engranes.

Marcha Generador o alternador Bomba de combustible Bomba de combustible de emergencia Bomba de combustible de quemador

posterior Generador de tacómetro Unidad de control de combustible Unidad de control de la hélice Bombas de aceite Bombas hidráulicas Compresores de presurización