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Turbinas de gas, turborreactores, ciclo de Brayton.

Otra forma de propulsores utilizados en aeronáutica son los motores a reacción, Estos motores impulsan una masa de gas a alta velocidad y presión en una dirección, para después por el principio de acción y reacción (tercera ley de Newton) desplazarse en sentido contrario.

Los primeros motores datan de la segunda guerra mundial, algunos tipos cayeron en desuso por sus características, otros se aplican actualmente, pero el principio de funcionamiento es el mismo. Posteriormente veremos una clasificación de los mismos.

Las diferencias con los motores anteriormente vistos, radican en que los turbo reactores desplazan la masa de aire para impulsase ellos mismos y como ya se hace evidente, la principal diferencia es la térmica, pues estos responden a un ciclo termodinámico conocido como ciclo de Brayton. Aquellos que deseen profundizar sobre este ciclo y los relacionados (Ericcson y Estirling), encontrarán información en monografias.com página : http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica2/termodinamica2.shtml, cuyo autor es Albert Lavin Maldonado del Instituto Tecnológico de Celaya.

Este ciclo, es un ciclo abierto y consta de una compresión adiabática, una transformación a presión constante, etapa en la cual se le entrega calor y finalmente una expansión adiabática

La primera etapa es la de compresión (transformación adiabática), para ello se recurre a compresores rotativos, el aire comprimido pasa seguidamente a la cámara de combustión donde se inyecta combustible produciendose la combustión de la mezcla, para que posteriormente esta masa comprimida y calentada comience una expansión adiabática canalizada por un conducto que la orienta hasta igualar la presión del ambiente, dando origen a los turborreactores (Fig. 1).

Figura 1: Esquema de un turborreactos.

Antes de producirse esto, seguido a la cámara de combustión se coloca una turbina, el gas en expansión perderá energía en ella y obviamente la turbina la ganara, provocando su giro.

Esta turbina esta montada sobre un eje que será solidario a el o los ejes impulsores de los compresores rotativos, proveyendo la energía que necesitan para comprimir la masa de aire que esta ingresando.

Algunas turbinas solo tienen una etapa de compresión, en este caso tienen un eje, otras poseen varios compresores divididos en etapas, de alta y de baja presión, en este caso tienen varios ejes pero impulsados por la turbina de salida.

Los compresores rotativos usados en la etapa de compresión, se clasifican en dos tipos, los radiales o centrífugos y los axiales, según impulsan el aire en forma radial al eje principal o axial al mismo. Ambos constan de un rotor y un estator, que cumplen funciones similares.

Los rotores, son ruedas sobre las que están montados los álabes, estos, son perfiles aerodinámicos diseñados para canalizar y forzar el flujo de aire en un sentido determinado (Figura 2).

Los compresores radiales o centrífugos tienen su rotor compuesto por álabes dispuestos radialmente, que impulsan el aire hacia el estator que es un conjunto fijo, este lo recibe y lo canaliza a través de secciones de paso divergente que lo conducen a un estrechamiento, lo que le hace perder velocidad y por el principio de Venturi aumentara su presión

Figura 2 : Un compresor centrífugo y un axial, notese el diseño y la disposición de los álabes.

Los axiales tienen en sus rotores los álabes dispuestos para forzar el flujo en sentido axial (paralelo al eje principal), el estator esta constituido por dos semicarteres donde se colocan álabes fijos, que finalmente provocan por estrechamiento la compresión necesaria.

En las cámaras de combustión se inyecta el combustible, para que por el calor generado por la combustión se aumente la energía del gas ya comprimido, por su construcción y diseño se las clasifica en tubulares, anulares, tubo-anulares.

Finalmente la turbina en la salida de la cámara de combustión esta compuesta también por un conjunto de álabes que aprovechan el flujo axial de los gases en expansión, digamos que esta turbina es la encargada de mantener funcionando el resto de las partes del turborreactor, pues es la que provee la energía interna que ellos consumen.

Pueden tener instalados también regeneradores para recobrar el calor generado por los gases de escape, incluso un sistema de enfriamiento de aire a la salida de los compresores o recalentadores de los gases en etapa de expansión, con el fin de mejorar el rendimiento y el empuje del sistema.

En realidad la eficiencia de un turborreactor depende pura y exclusivamente de la relación de presiones entre las etapas de entrada y salida de gases. Esto es importante tenerlo en cuenta pues estos valores se verán afectados directamente por las características del aire ambiente.

 

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