Cómo Funciona una Turbina de Avión.

También conocidas como motores a reacción, las turbinas de avión mueven el aeroplano hacia adelante con una gran fuerza producida por un tremendo empuje, necesario para su movimiento y posterior vuelo. En el siguiente post veremos cómo funciona una turbina de avión, sus características y partes.

El empuje es la fuerza que mueve cualquier avión por el aire. El empuje es generado por el sistema de propulsión de la aeronave. Los diferentes sistemas de propulsión desarrollan el empuje de diferentes maneras, pero todo el empuje se genera a través de alguna aplicación de la tercera ley de movimiento de Newton.

Cómo Funciona una Turbina de Avión
Cómo Funciona una Turbina de Avión
Índice De Contenidos

    Breve Reseña Histórica.

    Sir Isaac Newton en el siglo XVIII fue el primero en teorizar que una explosión canalizada hacia atrás podría impulsar una máquina hacia adelante a una gran velocidad. Esta teoría se basó en su tercera ley del movimiento. A medida que el aire caliente sopla hacia atrás a través de la boquilla, el avión se mueve hacia adelante.

    Henri Giffard construyó una aeronave que funcionaba con el primer motor de un avión, una máquina de vapor de tres caballos de fuerza. Era muy pesado, demasiado pesado para volar.

    En 1874, Félix de Temple, construyó un monoplano que voló solo un pequeño salto cuesta abajo con la ayuda de una máquina de vapor a carbón.

    Otto Daimler, a finales de 1800 inventó el primer motor de gasolina. En 1894, el estadounidense Hiram Maxim intentó alimentar su triple biplano con dos máquinas de vapor a carbón. Solo voló por unos segundos.

    Las primeras máquinas de vapor funcionaban con carbón calentado y generalmente eran demasiado pesadas para volar.

    El estadounidense Samuel Langley fabricó un modelo de avión que funcionaba con máquinas de vapor. En 1896, tuvo éxito en volar un avión no tripulado con un motor de vapor, llamado Aeródromo. Voló aproximadamente 1 milla antes de quedarse sin vapor. Luego trató de construir un avión de tamaño completo, el Aeródromo A, con un motor de gasolina. En 1903, se estrelló inmediatamente después de ser lanzado desde una casa flotante.

    En 1903, los hermanos Wright volaron, The Flyer, con un motor de gasolina de 12 caballos de fuerza. Desde 1903, el año del primer vuelo de Wright Brothers, hasta fines de la década de 1930, el único motor utilizado para propulsar un avión era el motor de combustión interna alternativo propulsado por gas con hélice.

    Fue Frank Whittle, un piloto británico, quien diseñó y patentó el primer motor turborreactor en 1930. El motor Whittle voló con éxito por primera vez en mayo de 1941. Este motor presentaba un compresor de etapas múltiples, una cámara de combustión, una turbina de una etapa y una boquilla.

    Al mismo tiempo que Whittle estaba trabajando en Inglaterra, Hans von Ohain estaba trabajando en un diseño similar en Alemania. El primer avión que utilizó con éxito un motor de turbina de gas fue el alemán Heinkel He 178, en agosto de 1939. Fue el primer vuelo propulsado por turborreactor del mundo.

    General Electric construyó el primer motor a reacción estadounidense para el avión a reacción de la Fuerza Aérea del Ejército de EE. UU. Fue el avión experimental XP-59A que voló por primera vez en octubre de 1942.

    Cómo Funciona una Turbina de Avión.

    En el nivel más simple, la forma en que funciona un motor a reacción se puede reducir a solo cuatro palabras, succión, compresión, combustión y soplado. Analicemos lo que eso significa.

    Succión.

    Cuando miras una turbina de avión, lo primero que notarás generalmente es que el frente es un ventilador gigante de muchas palas, dentro de lo que se conoce como la admisión. Las aspas actúan exactamente de la misma manera que funcionan las aspas de una hélice o ventilador de escritorio, aspirando aire y empujándolo hacia el otro lado a alta velocidad.

    Sin embargo, el ventilador en un motor a reacción tiene muchas más aspas que un ventilador de escritorio: a menudo más de 20. En la mayoría de los motores a reacción modernos, el ventilador solo puede generar hasta el 90% del empuje, o "potencia de empuje" del motor. Para saber de dónde proviene el otro 10%, debemos continuar viendo el aire en su viaje.

    Compresión.

    Ahora estamos dejando atrás la tecnología de motores pre-jet. Una vez que el ventilador aspira el aire, parte de él no solo se fuerza alrededor del motor, sino que se canaliza hacia lo que se conoce como el compresor.

    En el interior, el aire es empujado por muchos discos giratorios cargados con cuchillas pequeñas a lo largo de un tubo que se hace cada vez más pequeño. Esto exprime rápidamente el aire, haciéndolo mucho más denso, más caliente y más explosivo cuando se agrega combustible.

    Combustión.

    Se agrega combustible al aire comprimido, creando una mezcla altamente volátil que requiere una chispa simple para quemar. Esto es lo que sucede en la cámara de combustión, donde se pulveriza y se enciende la mezcla de combustible / aire, expandiendo rápidamente el aire y generando el resto del empuje del motor.

    Soplado.

    La rápida expansión del aire durante la combustión genera una cantidad masiva de presión que necesita encontrar una salida. La salida de un motor a reacción está en el extremo de otro tubo lleno de discos giratorios repletos de cuchillas que giran por la fuerza del gas en expansión. Esta parte se conoce como la turbina.

    Una vez al final de la turbina, los gases salen del motor a alta velocidad, ejerciendo una fuerza sobre el motor en la dirección opuesta. De acuerdo con la tercera ley de Newton, para cada acción, hay una reacción igual y opuesta.

    La parte ingeniosa del motor a reacción moderno es que el ventilador de admisión, el compresor, la cámara de combustión y la turbina están unidos por un solo eje que corre a lo largo del interior del motor. Entonces, cuando los gases en expansión hacen girar la turbina en la parte posterior, ayuda a hacer girar el ventilador en la parte delantera, lo que mantiene el proceso en marcha y genera más empuje.

    ¿Qué es el empuje?

    El empuje es la fuerza de avance que empuja el motor y, por lo tanto, el avión hacia adelante. Sir Isaac Newton descubrió que para "cada acción hay una reacción igual y opuesta". Un motor usa este principio.

    El motor absorbe un gran volumen de aire. El aire se calienta, comprime y ralentiza. El aire es forzado a través de muchas cuchillas giratorias. Al mezclar este aire con combustible para aviones, la temperatura del aire puede ser de hasta tres mil grados. El poder del aire se usa para hacer girar la turbina. Finalmente, cuando sale el aire, empuja hacia atrás fuera del motor. Esto hace que el avión avance.

    Partes de una turbina de avión.

    La turbina de avión está compuesta de varias partes, cada una con una función particular.

    Ventilador.

    El ventilador es el primer componente de un turboventilador. El gran ventilador giratorio aspira grandes cantidades de aire. La mayoría de las aspas del ventilador están hechas de titanio. Luego acelera este aire y lo divide en dos partes. Una parte continúa a través del "núcleo" o centro del motor, donde los demás componentes del motor actúan sobre él.

    La segunda parte "pasa por alto" el núcleo del motor. Atraviesa un conducto que rodea el núcleo hasta la parte posterior del motor, donde produce gran parte de la fuerza que impulsa el avión hacia adelante. Este aire más frío ayuda a silenciar el motor, además de agregar empuje al motor.

    Compresor.

    El compresor es el primer componente en el núcleo del motor. Está compuesto por ventiladores con muchas palas y conectado a un eje. El compresor exprime el aire que ingresa en áreas progresivamente más pequeñas, lo que resulta en un aumento de la presión del aire. Esto da como resultado un aumento en el potencial energético del aire. El aire aplastado es forzado a la cámara de combustión.

    Combustor.

    En el Combustor o cámara de combustión, el aire se mezcla con combustible y luego se enciende. Hay hasta 20 boquillas para rociar combustible en la corriente de aire. La mezcla de aire y combustible se incendia. Esto proporciona un flujo de aire de alta temperatura y alta energía.

    El combustible se quema con el oxígeno en el aire comprimido, produciendo gases calientes en expansión. El interior de la cámara de combustión a menudo está hecho de materiales cerámicos para proporcionar una cámara resistente al calor. El calor puede alcanzar los 2700 °C.

    Turbina.

    El flujo de aire de alta energía que sale de la cámara de combustión entra en la turbina y hace que giren las aspas de la turbina. Las turbinas están unidas por un eje para girar las palas del compresor y hacer girar el ventilador de admisión en la parte delantera.

    Esta rotación toma algo de energía del flujo de alta energía que se utiliza para impulsar el ventilador y el compresor. Los gases producidos en la cámara de combustión se mueven a través de la turbina y hacen girar sus aspas. Las turbinas del jet giran miles de veces. Se fijan en ejes que tienen varios juegos de cojinetes de bolas entre ellos.

    Boquilla.

    La boquilla es el conducto de escape del motor. Esta es la parte del motor que realmente produce el empuje para el avión. El flujo de aire agotado de energía que pasó por la turbina, además del aire más frío que pasó por alto el núcleo del motor, produce una fuerza al salir de la boquilla que actúa para impulsar el motor y, por lo tanto, el avión hacia adelante.

    La combinación del aire caliente y el aire frío se expulsa y produce un escape, lo que provoca un empuje hacia adelante. La boquilla puede estar precedida por un mezclador, que combina el aire a alta temperatura proveniente del núcleo del motor con el aire a menor temperatura que se desvió en el ventilador. El mezclador ayuda a que el motor sea más silencioso.

    Para Cerrar.

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    La turbina de avión hizo posible el transporte aéreo masivo al convertir el combustible en un empuje explosivo. El motor a reacción se ha convertido en el pilar de la industria de la aviación.

    La aviación moderna debe su éxito al motor a reacción. La tecnología se desarrolló originalmente a fines de la década de 1930 y principios de la década de 1940 para uso militar en la Segunda Guerra Mundial, pero desde entonces ha impulsado la revolución de los aviones de pasajeros.

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