Motores

MOTORES DE TURBINA DE GAS

A. G. Rivas

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SISTEMAS DE AUMENTO DE POTENCIA
Funcionamiento y Aplicaciones
En algunas ocasiones es necesario incrementar el empuje por encima del nivel de empuje normal del motor, por ejemplo, cuando se despega desde una pista de longitud reducida, o en un día cálido, la velocidad de despegue debe ser segura. Para los aviones de combate, debeproporcionarse un empuje adicional para ciertas maniobras de vuelo, y en los aviones comerciales supersónicos para permitirles alcanzar una altitud de crucero en mucho menos tiempo donde el consumo de combustible es menor. Se puede disponer de un empuje mayor con motores más potentes. Sin embargo, para los aviones de combate en particular, el aumento de peso para un período corto de operación excluye lautilización de tales motores. En la practica, La cantidad de empuje que un motor de reacción puede producir puede aumentarse de dos formas: por medio del uso del posquemador y por la inyección de agua – metanol. Si bien el uso de la inyección de agua – metanol disminuyó a partir de los años setenta con la llegada de los turbofanes de gran relación de paso, quedando su utilización limitada a ciertosturbohélices.

Inyección de Agua, Agua – metanol
La potencia máxima de un motor de turbina de gas depende en gran manera de la densidad o peso del flujo de aire que pasa a través del motor. Por lo tanto, una reducción en el empuje o potencia al eje se produce a medida que la presión atmosférica disminuye con la altitud y/o el aumento de la temperatura ambiente. Bajo estas condiciones, la potenciade salida puede restaurarse o, en algunos casos, aumentarse para el despegue enfriando el flujo de aire con agua o una mezcla de agua y metanol. Cuando el metanol se añade al agua, este le aporta propiedades anticongelantes al tiempo que proporciona una fuente adicional de combustible. En la figura 15-1 se muestra una curva típica de restauración del empuje en un motor turborreactor, y en lafigura 15-2 se muestra una curva de aumento y restauración de la potencia en un motor turbohélice.

Existen dos métodos básicos de inyección de refrigerante en el flujo de aire. Algunos motores tienen el refrigerante pulverizado directamente dentro de la entrada al compresor, pero la inyección del refrigerante a la entrada de la cámara de combustión normalmente es más apropiado para los motores concompresor de flujo axial. Esto es así,

Marzo 2003

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porque se puede obtener una distribución más uniforme al tiempo que se puede inyectar satisfactoriamente una mayor cantidad de refrigerante. Cuando la mezcla de agua y metanol se pulveriza dentro de la entrada del compresor, la temperatura del aire que entra al compresor sereduce y consecuentemente la densidad del aire y el empuje aumentan. Si se inyectase solo agua, reduciría la temperatura de entrada en turbina, pero con la adición del metanol la temperatura de entrada en turbina se recupera al quemarse el metanol en la cámara de combustión. De esta manera la potencia se recupera sin tener que ajustar el flujo de combustible. La inyección de refrigerante en laentrada de la cámara de combustión aumenta la masa del flujo a través de la turbina, relativa a la que pasa a través del compresor. De esta forma la presión y la temperatura caen a través de la turbina, y esto resulta en un aumento de la presión en el conducto de descarga, que como resultado da empuje adicional. La consecuente reducción de la temperatura de entrada en turbina, debida a la inyecciónde agua, le permite al sistema de combustible programar un incremento del flujo de combustible hasta un valor que da un aumento en la velocidad máxima de rotación del motor, proporcionando de esta manera una adición posterior de empuje. Donde se usa el metanol con el agua, la temperatura de entrada en turbina se recupera, o parcialmente se recupera, al quemarse el metanol en la cámara de...