Performance - Aircraft Gas Turbine Engines #13

Summary

Este video explica los principios clave del rendimiento de los motores a turbina, como la generación de empuje, el consumo de combustible y cómo factores como la altitud, temperatura y velocidad afectan la eficiencia del motor. Se abordan conceptos como la relación de presión del motor (EPR), el consumo específico de combustible (SFC) y la influencia de la velocidad del avión y la temperatura ambiente. Además, se describe cómo los motores turbopropulsores y turbojets ajustan su rendimiento en diferentes condiciones, destacando la importancia de optimizar la eficiencia para el funcionamiento económico de los motores en aviación.

Takeaways

• 😀 El rendimiento de un motor a gas se determina principalmente por la relación entre el flujo de masa de aire a través del motor y la velocidad con la que se expulsa el aire, generando empuje.
• 😀 El empuje de un motor turbojet se obtiene al acelerar una masa de aire hacia atrás, siguiendo la tercera ley de Newton, donde cada acción tiene una reacción igual y opuesta.
• 😀 El consumo específico de combustible (SFC) es crucial para la eficiencia del motor, midiendo la cantidad de combustible utilizado por cada libra de empuje o caballos de fuerza del motor.
• 😀 El rendimiento del motor disminuye con el aumento de la altitud debido a la reducción de la densidad del aire, lo que reduce el empuje generado por el motor.
• 😀 La temperatura afecta directamente el rendimiento del motor: en días cálidos, el aire menos denso requiere menos combustible para mantener el RPM, mientras que en condiciones frías, se necesita más combustible.
• 😀 Los motores turbopropulsores combinan la potencia de eje (shaft horsepower) y el empuje a chorro para medir su rendimiento, y su potencia equivalente disminuye con la altitud.
• 😀 En los motores de turbofan de alto bypass, la velocidad del ventilador en modo de ralentí es del 25% de su valor máximo, produciendo solo el 5% del empuje de despegue.
• 😀 El rendimiento del motor varía con la configuración de la potencia, incluyendo el empuje de despegue, el empuje máximo continuo, y el empuje de crucero máximo, que se ajustan según las fases de vuelo.
• 😀 En condiciones de altitud elevada, el control de la unidad de combustible ajusta el flujo de combustible para coincidir con la menor masa de aire disponible, manteniendo una velocidad constante del motor.
• 😀 El efecto RAM en la toma de aire aumenta el flujo de masa y el empuje del motor cuando la velocidad del avión alcanza entre el 10% y el 20% de Mach, compensando la disminución de empuje debido a la velocidad.
• 😀 Los motores de turbina avanzados incluyen un limitador de potencia para evitar que la presión del compresor exceda un nivel máximo, protegiendo el motor, especialmente en condiciones de baja temperatura ambiental.

Q & A

¿Qué son los símbolos específicos utilizados en los motores a gas y para qué sirven?

Los símbolos específicos en los motores a gas se utilizan para denotar las presiones y temperaturas en diferentes ubicaciones dentro del motor. Estos símbolos varían ligeramente según el tipo de motor.

¿Cómo se genera el empuje en un motor a gas?

El empuje se genera mediante la aceleración de una masa de aire hacia atrás, lo que produce una reacción en dirección contraria, de acuerdo con la tercera ley de Newton: 'por cada acción hay una reacción igual y opuesta'.

¿Qué fórmula se usa para calcular el empuje en un motor a gas?

La fórmula básica para calcular el empuje es: Empuje (W) = Masa de aire (W) × (V1 - V0), donde V1 es la velocidad de entrada y V0 es la velocidad de salida del aire.

¿Qué es la relación de presión del motor (EPR)?

La relación de presión del motor (EPR) es la relación entre la presión en la tobera del motor (P7) y la presión en la entrada del motor (P1).

¿Cómo se mide la potencia de un motor turbopropulsor?

La potencia de un motor turbopropulsor se mide en caballos de fuerza en el eje del propulsor (SHP). Esta medida está relacionada con el par motor y la velocidad del propulsor.

¿Qué es el consumo específico de combustible (SFC)?

El consumo específico de combustible (SFC) es la cantidad de combustible utilizado por hora por cada libra de empuje o caballo de fuerza generado. Depende de la eficiencia térmica y propulsiva del motor.

¿Cómo afecta la altitud al rendimiento de un motor a gas?

A medida que la altitud aumenta, la presión, la temperatura y la densidad del aire disminuyen, lo que reduce el empuje generado por el motor. Para compensar esto, los motores modernos ajustan el flujo de combustible.

¿Por qué un motor de turbofan de alto bypass tiene un comportamiento diferente en condiciones de trabajo a baja velocidad?

Un motor turbofan de alto bypass, en condiciones de potencia de ralentí, genera aproximadamente el 5% del empuje de despegue, con la velocidad del ventilador (M1) al 25% de su valor máximo. Esto es debido a que el motor opera de manera más eficiente en condiciones de bajo régimen de revoluciones.

¿Cómo se ajusta el rendimiento del motor cuando la temperatura ambiente es más alta que el estándar internacional (ISA)?

Cuando la temperatura ambiente es más alta que la estándar (ISA), la densidad del aire es menor, lo que reduce el empuje del motor. Sin embargo, debido a que la densidad más baja reduce la carga sobre la turbina, el motor puede requerir menos combustible para mantener el mismo régimen de revoluciones.

¿Qué es la potencia equivalente de empuje de un motor turbopropulsor (TEHP)?

La potencia equivalente de empuje (TEHP) de un motor turbopropulsor es la combinación de la potencia de eje (SHP) y el empuje de chorro generado por el motor. Esta medida de potencia también se ve afectada por la altitud, con una reducción de TEHP a medida que la altitud aumenta.