Turbinas

MOTORES DE TURBINA DE GAS

A. G. Rivas

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MOTORES TURBOHÉLICES
La propulsión en un motor turbohélice se realiza por la conversión de la mayor parte de la energía de la corriente de gas en potencia mecánica para arrastrar al compresor, accesorios, y carga de la hélice. Solo una pequeña cantidad (aproximadamente el 10 por ciento) del empuje del chorro está disponible por la corriente degas de relativamente baja presión y baja velocidad creada por las etapas de turbina necesarias para arrastrar la carga extra de la hélice. Las características y usos del turbohélice son como sigue: 1. Alto rendimiento propulsivo a bajas velocidades, lo cual resulta en cortas carreras de despegue pero que disminuye rápidamente a medida que la velocidad aumenta. El motor es capaz de desarrollaralto empuje a bajas velocidades porque la hélice puede acelerar grandes cantidades de aire a partir de velocidad 0 hacia delante del avión. 2. Tiene un diseño más complicado y es más pesado que un turborreactor. 3. Un consumo específico de combustible (TSFC) más bajo que el turborreactor. 4. Combinación motor y hélice con mayor área frontal lo cual necesita trenes de aterrizaje mayores para losaviones de ala baja, pero que no necesariamente aumenta la resistencia parasitaria. 5. Posibilidad de empuje inverso eficaz. Estas características demuestran que los motores turbohélices son superiores para despegar con cargas pesadas en pistas de longitud corta y media. Normalmente los turbohélices están limitados en velocidades hasta aproximadamente 500 mph (805 km./h), ya que el rendimiento de lahélice cae rápidamente con velocidades mayores a causa de la formación de ondas de choque. No obstante, los investigadores en la Hamilton Standard division of United Technologies Corporation y otros están intentando superar, o ampliar esta limitación experimentando con hélices multipalas de cuerda ancha y diámetro pequeño, que dicen ser más rentables que el turbofan de gran relación de paso, con un20 por ciento de reducción en el consumo específico de combustible.

Mientras que el diseño básico de un turbohélice es similar a un turborreactor puro, principalmente difiere en: • una turbina adicional para arrastrar a la hélice,
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Marzo 2003

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una disposición de dos conjuntos de rotación, y, un engranaje reductor paraconvertir la alta velocidad rotacional de la turbina en una velocidad más moderada para la hélice.

Un turborreactor está diseñado para acelerar una masa de flujo de aire relativamente baja a una alta velocidad de escape, inversamente, un turbohélice está diseñado para acelerar una gran masa de flujo de aire a baja velocidad. Esto como resultado nos da un rendimiento de combustible inmejorable,aunque a costa de la velocidad de vuelo y el ruido en cabina. El ciclo termodinámico es igual al del reactor puro. En el reactor puro, la propulsión es el resultado de la reacción sobre la masa acelerada, en tanto que en el turbohélice se obtiene por medio de la tracción de la hélice que recibe la energía procedente de la aplicada a la turbina que la mueve. La velocidad de salida de los gases deescape es pues ya muy reducida, porque la energía cinética de los gases en la expansión ha sido captada casi en su totalidad por las turbinas para mover al compresor o compresores y la hélice. Solo un pequeño empuje residual se obtiene en el turborreactor base, procedente de la energía que aun queda en la expansión después de la última turbina, pero este empuje es muy pequeño comparado con latracción de la hélice.

La energía obtenida en un turbohélice se puede expresar en forma de potencia transmitida al árbol de la hélice, cosa que no ocurre en el turborreactor, al que solo en el caso de que consideremos la velocidad del avión que propulsa, podemos hallar su potencia equivalente. En un turbohélice funcionando pero estando aun en reposo, hay una verdadera potencia en el árbol de la...