MOTORES A REACCIN

A. Propulsin Procedimiento empleado para que un avin, proyectil, cohete, etc., avance en el espacio, por efecto de la reaccin producida por la descarga de un fluido que es expulsado a gran velocidad por la parte posteriorA. Sistema de propulsin Es una mquina que produce un empuje para desplazar un objeto hacia adelante.

B. Definicin:En los motores de reaccin, la energa mecnica producida por el proceso de combustin aparece en forma de energa cintica de una corriente de fluido en lugar de presentarse como energa mecnica en un eje.Son aquellos tipos de motores en los que la propulsin se realiza mediante la reaccin de una masa de gases, productos de una combustin, que salen al exterior en sentido contrario a la marcha del avin a gran velocidad, provocando el avance.Son un tipo de motor que descarga un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje basndose en las leyes de Newton.

B. Principio de funcionamientoEl impulso de movimiento de un motor es igual a la masa de aire multiplicado por la velocidad con la que el motor expulsa esa masa:

Dondees la masa de aire yla velocidad de expulsin. Se puede considerar que un avin vuela a mayor velocidad si emite la masa de aire con una velocidad de expulsin mayor o si emite ms cantidad de aire por segundo a la misma velocidad. Sin embargo, cuando el avin vuela con cierta velocidad, el aire se mueve junto a l, creando una resistencia en la entrada de aire.Un motor aeronutico o motor de aviacin es aquel que se utiliza para la propulsin de aeronaves mediante la generacin de una fuerza de empuje.El avin utiliza un motor de reaccin que es una mquina que produce un empuje, realizando una serie de transformaciones termodinmicas a un fluido en el caso del avin el aire. Este motor se basa en 2 leyes fundamentales: 2 Ley de Newton: "El aumento en la cantidad de movimiento es igual al impulso de la fuerza aplicada" es decir la fuerza que se le aplica a un cuerpo es igual a la masa de dicho cuerpo por la aceleracin que desarrolla al aplicarle dicha fuerza. 3 Ley de Newton: "A toda accin le corresponde una reaccin igual y de sentido contrario" es decir que cuando aplicas una fuerza a un objeto esa fuerza se te aplicara a ti pero en sentido contrario

C. Ciclo de operacin

Ciclo Brayton Un ciclo Brayton es un ciclo termodinmico consistente, en su forma ms sencilla, es una etapa de compresin adiabtica, una etapa de calentamiento isobrico y una expansin adiabtica de un fluido termodinmico compresible. En una turbina de gas, se produce energa mediante el compresor, la cmara de combustin y la turbina. En el compresor el gas es comprimido a una presin y temperatura mayores. En la cmara de combustin el combustible arde a presin constante creando energa calorfica, pasando a la turbina donde la energa interna de los gases de combustin se transforma en energa cintica, siendo parte de esta utilizada en el funcionamiento del compresor. El resto de la energa creada ser usada para el empuje de la aeronave.

Rendimiento ciclo Brayton y etapas bsicasEste ciclo est formado por cinco pasos distintos, y el rendimiento del ciclo viene dado por la expresin

Donde:

Las etapas del proceso bsico de un motor de turbina de gas es el siguiente

Admisin: El aire fro y a presin atmosfrica entra por la boca de la turbina Compresor: El aire es comprimido y dirigido hacia la cmara de combustin mediante un compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase ocurre muy rpidamente, se modela una compresin adiabtica. Cmara de combustin: En la cmara, la combustin del queroseno aumenta la temperatura del aire. Puesto que la cmara est abierta el aire pude expandirse, por lo que el calentamiento se modela un proceso isobaro. Turbina: El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfra rpidamente, lo que se define como una expansin adiabtica. Escape: Por ltimo, el aire enfriado (pero an a mayor temperatura que la inicial) sale al exterior. Tcnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra por la boca de la turbina, pero dado que s entra en la misma cantidad y a la misma presin, se hace la aproximacin de suponer una recirculacin.

D. FuncionamientoLos motores a propulsin generan empuje con la ayuda de una turbina a gas, llamada asporque utiliza el aire, que es un gas, no porque est hecha para funcionar con combustibles gaseosos. La turbina a gas transforma la energa potencial del carburante en energa til, concentrndola en una tobera, a travs de la expulsin de los gases de escape a alta velocidad. El "empujn" es el producto de la velocidad multiplicada por la masa de flujo, Y = V x M y el principio que regula el funcionamiento es el siguiente:

En primer lugar el aire es aspirado dentro del motor y es reducido de volumen comprimido por lafase de compresor, en la direccin del eje pasando por las mencionadas aspas fijas y giratorias,( estatores y rotores). Las aspas estn situadas de forma que el aire entra a gran velocidad. Al fluir a travs de las aspas, su velocidad disminuye, con lo que aumenta la presin. En los motores a reaccin de tamao REAL dotados de compresores modernos de flujo axial pueden aumentar la presin 24 veces en 15 etapas; cada conjunto de estatores y rotores forma una etapa.

Elcarburante precalentadoen los vaporizadores, es inyectado, dentro de la cmara de combustin. En esta zona semezclacon el aire comprimidoy se incendia.Para obtener el mximo rendimiento, la temperatura de combustin debera ser la mxima que se pudiera obtener de la combustin completa del oxgeno y el combustible. Sin embargo, esta temperatura calentara la turbina en exceso; las temperaturas de entrada en la turbina, que actualmente limitan la potencia de los turborreactores, no pueden superar las limitaciones trmicas de los materiales.Para reducir la temperatura de entrada a la turbina slo se quema parte del aire comprimido. Esto se consigue dividiendo el aire al entrar en la cmara de combustin: parte del aire se mezcla con el combustible y se inflama, y el resto se emplea para enfriar la turbina.

En la fase siguiente,la de la turbina, el aire al expandirse bruscamente debido a la combustin, es conducido a gran velocidad hacia atrs,produciendo energa al hacer girar la turbina, una parte de sta, es absorbida enseguida por el compresor, el cual es obligado a girar al estar unido al mismo eje central que la turbina, (produciendo el deseado circulo vicioso) El resto de la energa, que son losgases, que en ese momento estn a una presin intermedia, tras pasar la turbina, que acta de forma inversa al compresor, se expanden parcialmente y por ltimo, en una tobera dirigida hacia atrs para alcanzar la elevada velocidad de salida y por tanto empuje til para el avin. Para obtener el mximo empuje, la tobera debera expandir los gases hasta la presin de la atmsfera circundante. En la prctica, sin embargo, una tobera as sera demasiado grande y pesada. Las toberas reales son ms cortas, lo que hace que la presin de salida sea ms alta y el empuje del motor sea algo menor..El empuje de un turborreactor disminuye cuando aumenta la temperatura del airecircundante, porque la menor densidad del aire caliente reduce la masa que fluye a travs del reactor.

En los motores militares, un llamado postquemador o postcombustin, instalado entre la turbinay la tobera puede proporcionar impulsos de aceleracin o empuje adicional para el despegue y el ascenso. En el postquemador se aade ms combustible al chorro de gases de escape para quemar el oxgeno que no se ha empleado en la cmara de combustin; este proceso aumenta tanto el volumen del aire como la velocidad del chorro. Sin embargo, la baja eficiencia del postquemador (relacin empuje/consumo) restringe su uso a situaciones que exijan una gran aceleracin momentnea.

E. PARTES:

Entrada de aire Existen diferentes tipos de motores de reaccin pero todos ellos tienen una entrada de aire que lleva aire a la cmara de combustin. Es importante que el aire que llega al compresor tenga unas condiciones concretas para que el funcionamiento y la eficiencia sean correctos. Debido a que la entrada de aire no hace un trabajo termodinmico sobre el fluido, la temperatura total a travs de ella puede considerarse constante, igualmente su entalpa total.

Compresor Al igual que la entrada de aire, esta parte es fundamental en todos los motores de reaccin por turbinas de gas. Como su nombre indica, la funcin del compresor es incrementar la presin del aire antes de ser enviado a la cmara de combustin. Existen principalmente dos tipos diferentes de compresores, los axiales y los radiales. Los compresores axiales Reciben su nombre a que el flujo que viaja a travs de ellos se mueve paralelamente al eje de rotacin; e igualmente, en los compresores radiales el flujo llega axialmente al compresor pero sale perpendicular al eje de rotacin. Los compresores radiales Fueron utilizados en los primeros motores de reaccin creados en los aos 40, pero con el paso del tiempo los compresores axiales fueron reemplazndolos. Hoy en da los compresores radiales se usan nicamente en pequeos motores de turborreactores, en turbohlices y en diferentes tipos de cohetes. En los grandes motores actuales del turbofan y turborreactores, los compresores utilizados son axiales. La razn del uso mayoritario de compresores axiales se debe a que es ms fcil unir varios escalones seguidos en este tipo de compresores, que en los compresores radiales. Adems, existen mayores prdidas debido a que en los compresores radiales el flujo debe de cambiar constantemente de direccin, mientras que en los axiales el flujo se mueve en direccin axial, sin importar cuantos escalones tenga.

La energa necesaria para el funcionamiento del compresor es proporcionado por la turbina, la cual est conectada al compresor por medio del eje central.

Cmara de combustin La cmara de combustin se encuentra entre el compresor y la turbina. Aqu el combustible es combinado con el aire a presin y quemado. El resultado son gases de combustin a alta temperatura que servirn para mover la turbina y producir empuje una vez pasado por la tobera de escape. Los materiales con los que estn fabricadas las cmaras de combustin deben soportar grandes presiones y temperaturas. Existen tres tipos diferentes de cmaras para los motores de turbina de gas. Estas son la cmara mltiple, la de bote anular y la cmara anular. Es importante que se queme eficazmente sobre una amplia gama de condiciones operacionales sin incurrir en gran prdida de presin. Adems, si ocurriese un apagado de llama, debe tener la posibilidad de volverse a encender. Generalmente, se puede suponer que la presin total se mantiene constante durante la combustin, decreciendo de 1 a 2 por ciento.

La temperatura de llegada a la cmara de combustin est determinada por el compresor y las condiciones externas del aire. El poder calorfico del combustible es una propiedad particular del combustible utilizado y la capacidad calorfica especfica del aire es conocida. En la prctica, el proceso de combustin tiene un lmite debido a la fsica de los materiales, ya que la temperatura puede llegar hasta los 2000 grados centgrados, la cual es demasiado alta para entrar en los labes guas de entrada en turbina, siendo necesario enfriarlo antes de que entre en la turbina.

La combustin se realiza a presin constante de forma continua. Se utilizan distintas cmaras tubulares alrededor del eje, con entrada progresiva del aire para un combustin ms eficiente y menos contaminante (Temperaturas fin de combustin tpicas entre )

Turbina

La funcin de la turbina en un motor de reaccin es extraer el calor expulsado por la cmara de combustin, abasteciendo de energa al compresor y a los sistemas elctricos de la aeronave. Mientras el fluido pasa a travs de la turbina, su presin y temperatura total van disminuyendo. La disminucin de presin en un escaln de la turbina puede ser mucho mayor que el incremento de presin en un escaln del compresor, por esto, una turbina simple puede ser usado para mover un compresor con mltiples escalones.

Tobera de propulsin La tobera de propulsin se encuentra tras la turbina y es la ltima parte de un motor de avin. Existen muchos tipos diferentes de diseos dependiendo de la misin que vayan a cumplir. Todos los motores de reaccin tienen una tobera para producir el empuje, para conducir los gases de combustin hacia la atmsfera y para establecer la relacin de caudal msico a travs del motor. La tobera es un dispositivo relativamente simple en comparacin a otras partes del motor, un tubo con forma especial por donde pasan los gases calientes. Se puede entender como un transformador de energa, ya que aqu la energa interna de los gases tras la turbina es transformada en energa cintica, que servir para mover el avin.

Como la tobera de propulsin no hace trabajo termodinmico sobre el fluido, la temperatura total a travs de esta es mantiene constante.

La presin esttica a la salida de la tobera es igual a la presin esttica atmosfrica, a menos que el fluido sea expandido a velocidades supersnicas.

F. Clasificacin:El sistema de propulsin de cada vehculo ser el adecuado al rgimen de vuelo y/o a la misin que deba desempear. Una clasificacin general clsica, con fines meramente introductorios es la siguiente: PROPULSIN POR HLICE Motor alternativo + Hlice Turboeje + Hlice

PROPULSIN POR CHORRO Aerorreactores Turborreactores (con o sin postcombustor) Turbofanes (con o sin postcombustor) Estatorreactores Pulsorreactores Motores cohete MC Qumicos (propulsante lquido, propulsante slido) MC Elctricos (termoelctricos, electrostticos, electromagnticos) MC Nucleares (termonucleares)

PROPULSIN MIXTA (hlice + chorro) Turbohlices Turboeje

TurborreactorAadiendo una entrada de aire y una tobera al generador de gases, se puede crear un turborreactor. Con la evolucin y desarrollo de estos motores, stos se fueron haciendo ms eficientes y reemplazaron en cierta medida a los motores de explosin. El empuje deun turborreactor es desarrollado por la compresin del aire en la entrada de aire y en el compresor, mezclndose luego el aire comprimido con el combustible y quemndolos en la cmara de combustin, expandindose el flujo de gas a travs de la turbina y la tobera de propulsin. La expansin del gas a travs de la turbina abastece de energa al compresor.

El empuje neto entregado por el motor es el resultado de la conversin de la energa interna en energa cintica. En el compresor, la presin y la temperatura aumentan como resultado del trabajo realizado en el aire. La temperatura del gas se aumenta considerablemente quemando el combustible en la cmara de combustin. En la turbina, la energa es recibida de la corriente de gas y convertida en potencia en el eje para girar el compresor. En la tobera de propulsin, la corriente del gas es expandida para producir energa cintica de salida alta.

Turbofan El motor de un turbofan consiste en una entrada de aire, un ventilador, una turbina de gas y una tobera de propulsin. En el turbofan, una parte del trabajo de la turbina es suministrado en forma de potencia al ventilador. Generalmente los motores tipo turbofan son mseconmicos y eficientes que los turborreactores en vuelos subsnicos. El turbofan acelera una masa de aire mayor a una velocidad inferior que los turborreactores para una mayor eficiencia propulsiva.

El rea frontal de un turbofan es bastante ms grande en comparacin con la de un turborreactor, y por esto aumenta la resistencia y su peso total.

Turboeje y turbohlice

Un generador de gases que mueve una hlice es un motor turbohlice. La expansin del gas a travs de la turbina suministra la energa requerida para mover la hlice. El funcionamiento del turboeje es similar excepto que la potencia es suministrada al eje en lugar de a la hlice. El turboeje es utilizado comnmente en helicpteros. Las ventajas e inconvenientes son en ambas las mismas. Para velocidades bajas y pistas de aterrizaje cortas, la hlice tiene ventaja.

Para velocidades cercanas a la del sonido, los efectos de compresibilidad afectan a la eficiencia aerodinmica de la hlice. En velocidades subsnicas altas, un motor turbofan tendr mejor rendimiento aerodinmico que una propulsin por hlice.

Estatorreactor Un estatorreactor est formado por una entrada de aire, una cmara de combustin y una tobera de expulsin. Este tipo de motores no tiene compresor ni turbina como los anteriores, por lo tanto no pueden ser considerados una turbina de gas. No obstante, se suelen aadir al mismo grupo debido a que son aerorreactores y su funcionamiento en s son parecidos. En un estatorreactor, la entrada de aire tiene una forma aerodinmica especial, donde el aire que entra a gran velocidad es desacelerado y parcialmente comprimido, aumentando su temperatura por el efecto de presin dinmica. Cuanto ms veloz sea el aire de entrada, mayor ser la presin alcanzada. Es por esto que su rango de operacin es mejor a velocidades supersnicas. A velocidades subsnicas es ineficiente y para encender este tipo de motores, aire a relativamente mayor velocidad debe ser introducido por la entrada de aire. El proceso de combustin ocurre a velocidades subsnicas. Esta deceleracin de velocidad puede provocar un aumento de temperatura, acercndose al lmite establecido por los materiales y los sistemas de refrigeracin.El estatorreactor de combustin supersnica es una variacin del estatorreactor, donde la combustin ocurre a velocidades supersnicas y no es necesario desacelerar el aire a velocidades subsnicas. Con esto se reduce parte de la prdida de presin y aumento de temperatura, maximizando su eficiencia en el proceso de combustin. Conocido en ingls como scramjet, estos motores son hoy en da los ms rpidos sin aporte adicional de oxidante, con unas proyecciones de velocidad entre Mach 12 y Mach 24 (velocidad orbital).

G. ContaminacinLos turborreactores emiten a la atmsfera, principalmente, tres tipos diferentes de compuestos qumicos:- Compuestos del aire ambiente:- Productos de combustin completa:- Contaminantes, que no son quemados: , y humos, as como .

H. Bibliografa:https://www.doria.fi/bitstream/handle/10024/76996/Ilkka%20Aragon%20kaksonen%20Kandity%C3%B6.pdf?sequence=1http://sandglasspatrol.com/tecnicos/reaccion.pdfhttp://aero.us.es/iia/archivos/Y1112/Tema5_parte1.pdfhttp://oa.upm.es/6410/1/Tarifa_05.pdfhttp://aerobib.aero.upm.es/cst/bibliografia/A2.pdfhttp://www.cruzdesanandres.com/material/esadocs/Reactor.pdfhttps://alojamientos.uva.es/guia_docente/uploads/2013/455/42623/1/Documento11.pdfhttp://carmanconsultoria.com/cursos-ingenieriahttp://aerobib.aero.upm.es/cst/bibliografia/E1.pdfhttps://prezi.com/odtevw8b8zgj/motores-a-reaccion/http://www.jetcat.es/PaginaTecnicasYTrucos/principio_de_funcionamiento.htm