Turbofan

Esquema de funcionamientu d'un turbofan d'altu índice de derivación

Los motor d'aviación motores d'aviación tipu turbofan —dacuando turbofán— son una xeneración de motores de reaición que reemplazó a los turborreactores o turbojet. Tamién se suelen llamar turborreactores de doble fluxu.^[1]

Carauterizar por disponer d'un ventilador —fan— na parte frontera del motor. L'aire entrante estremar en dos caminos: fluxu d'aire primario y fluxu secundario o fluxu derivao —bypass—. El fluxu primario enfusa al nucleu del motor —compresores y turbinas— y el fluxu secundario derivar a un conductu anular esterior y concéntricu col nucleu. Los turbofan tienen delles ventayes al respeutive de los turborreactores: peracaben menos combustible,^[2] lo que los fai más económicos, producen menor contaminación y amenorguen el ruiu ambiental.

L'índice de derivación, tamién llamáu rellación de derivación, ye'l cociente de la masa del fluxu secundario ente la del primariu. Llógrase estremando les seiciones tresversales d'entrada a los sos respeutivos conductos.

N'aviones civiles suel interesar caltener índices de derivación altos yá que mengüen el ruiu, la contaminación, el consumu específicu de combustible y aumenten el rendimientu. Sicasí, aumentar el fluxu secundario amenorga l'emburrie específicu a velocidaes cercanes o superiores a les del soníu, polo que p'aeronaves militares supersóniques utilícense motores turbofan de baxu índiz de derivación.

El turbofan más potente anguaño ye'l General Electric GUE90-115B con 512 kN d'emburrie.

Clasificación

Turbofan de baxu índiz de derivación (low bypass)

General Electric F110, exemplu de turbofan de baxu índiz de derivación, usáu n'aviones de combate.

El so índice de derivación ta ente 0,2 y 2.^[3] Foi'l primeru en desenvolvese y foi llargamente utilizáu na aviación civil hasta que se sustituyó polos d'altu bypass. Ye habitual qu'esista un carenado a lo llargo de tol conductu del fluxu secundario hasta la tobera del motor. Operen de forma óptima ente Mach 1 y Mach 2, polo que na actualidá utilícense principalmente n'aviación militar. Sicasí, delles aeronaves comerciales siguen faciendo usu d'ellos, como'l MD-83 col Pratt & Whitney JT8D y el Fokker 100 col Rolls-Royce Tay.

Turbofan d'altu índiz de derivación (high bypass)

General Electric CF6, exemplu de turbofan d'altu índiz de derivación, usáu n'aviones comerciales.

Tienen un índiz de derivación considerablemente cimera (mayor que 5).^[3] Estos motores representen una xeneración más moderna, especialmente usaos n'aeronaves civiles. La mayor parte del emburrie, alredor d'un 80 %, provién del primer compresor o ventilador (n'inglés fan), que tien una función básicamente propulsiva, similar a una héliz. Ta asitiáu na parte delantera del motor y movíu per una exa conectáu a la última etapa de la turbina. El restante 20 % de la fuercia impulsora provién de los gases d'escape de la tobera. Los más recién tienen un índiz de derivación en redol a 10, como los qu'usen el Boeing 787 o'l Airbus 380.

En motores con rellaciones de derivación bien altes, sobremanera xunto a rellaciones de compresión tamién elevaes, apaecen problemes de diseñu por cuenta de que'l ventilador tien de xirar a una velocidá bien inferior a los compresores y turbinas d'alta presión. Por esti motivu, suelen incorporar dos exes concéntricos que dexen afaer les velocidaes de rotación de forma independiente.^[3]

Propfan

Diagrama de funcionamientu d'un motor propfan

El motor propfan, tamién llamáu unducted fan o turbofan d'ultra altu índiz de derivación (UHB, del inglés ultra-high-bypass turbofan), ye un amiestu ente un turbofan y un turbohéliz. Consiste nun turbofan con una héliz descubierta acoplada a la turbina. Esti diseñu pretende ufiertar la velocidá d'un turbofan xunto cola eficiencia d'un turbohéliz.

Magar que foi plantegáu mientres la crisis del petroleu de 1979 como una alternativa económica a los motores de la dómina, nun terminó de convencer ente los fabricantes debíu al ruiu qu'emitíen, les fuertes vibraciones que producen fatiga del fuselaje y el peligru que trai l'usu de hélices al descubiertu, especialmente en casu de desprendimientu.^[4]

Nos últimos años ta volviendo recuperar ciertu interés; General Electric ta plantegándose fornir al Cessna Citation con estos motores ya inclusive s'embaraxa la posibilidá de probalos con prototipos posteriores al Boeing 787 y al Airbus A350.^[4]

Componentes

Diagrama de funcionamientu d'un turbofan

Altu índiz de derivación. Sistema de baxa presión en verde y sistema d'alta presión en púrpura.

So índiz de derivación. Sistema de baxa presión en verde y sistema d'alta presión en púrpura.

• Entrada d'aire: ye la primer etapa del procesu de propulsión. Suel ser una abertura circular y lliso por onde se recueye l'aire.
• Ventilador: asitiáu al frente del motor, ye un compresor de mayor tamañu que los demás, lo que dexa estremar l'aire entrante en dos fluxos. La corriente primaria pasa al traviés de los compresores de baxa y alta presión.^[5]
• Compresores: con un diseñu similar al ventilador fronteru pero más pequeños, la so función ye aumentar la presión del aire antes d'entrar na cámara de combustión. Suélense utilizar compresores de baxa y alta presión que xiren alredor d'exes concéntriques, lo que dexa afaer la velocidá de rotación en cada etapa p'amontar el rendimientu.
• Cámara de combustión: con una forma circular, ye'l llugar onde l'aire presurizáu entemecer col combustible y quémase. La resultancia d'esta combustión son gases d'escape calientes que mueven les turbinas.
• Turbinas: l'aire caliente que sale de la cámara pasa al traviés de los álabes de delles turbinas, faciendo xirar les exes que mueven los compresores y el ventilador. Nos motores de baxu índiz de derivación el compresor de baxa presión y el ventilador mover por aciu una mesma exa, ente que nos d'índiz alto dispónse d'una exa pa cada componente: ventilador, compresores de baxa presión y compresores d'alta presión.
• Tobera: ye un pequeñu furu asitiáu na parte posterior del motor. Les estreches parés de la tobera fuercen al aire a acelerase, produciendo emburrie debíu al principio d'aición y reacción. Polo xeneral, un aumentu na rellación de derivación trai de resultes una menor participación de la tobera nel emburrie total del motor.
• Conductu del fluxu secundario: arrodia concéntricamente al nucleu del motor. Les sos parés interno y esterno tán curioso perfilaes pa embrivir la perda d'enerxía del fluxu secundario d'aire y optimizar el so amiestu col escape del fluxu primario.

Sistemes

Sistema antihielo

Cuando l'avión vuela nuna atmósfera húmeda y a una temperatura próximo al puntu de conxelación de l'agua, esti mugor depositar nes superficies del avión en forma de xelu. Esto alteria'l fluxu d'aire por cuenta de la xeneración de vórtices, desequilibra l'aeronave, produz vibraciones y facilita la entrada en perda.^[6]

Los turbofan tán forníos con un sistema qu'esanicia'l xelu acumulao —destemple— y torga la so formación —antihielo—. Dambes funciones realizar por aciu el sangráu d'aire caliente del compresor, esto ye, esviar a otres partes del motor o del restu del avión (pa renovación del aire interior y presurización de la cabina). Los componentes asitiaos detrás del ventilador van caleciéndose mientres la operación normal del motor, de cuenta que'l xelu solo atrópase a velocidaes de rotación baxes y nun ye necesariu deshelarlo. Por ello, l'aire del sangráu conducir hasta la entrada d'aire y otros puntos susceptibles de sufrir engelamiento, xeneralmente'l ventilador.^[7]

Incidente del TACA 110

El Vuelu 110 de TACA foi un vuelu regular comercial internacional operáu por TACA Airlines, viaxando de Belize a Nueva Orleans. El 24 de mayu de 1988, atopar con fuertes precipitaciones, xarazo, y turbulencias. A 16 500 pies (5029,2 m), y a pesar de configurar correutamente dambos motores, éstos apagar, dexando al avión entamando y ensin potencia llétrica dalguna. Apelar a la Unidá de Potencia Auxiliar (APU) cuando l'avión pasaba a 10 500 pies (3200,4 m), restaurando la potencia llétrica, y los pilotos llograron efectuar un increíble aterrizaxe d'emerxencia satisfactoriu ensin motores na MAF (Michoud Assemby Facility) de la NASA en Nueva Orleans. Nun hubo mancaos y l'aeronave terminó ensin el menor rascuñu; salvo'l dañu nos motores causáu pola ingestión de xarazo, y el sobrecalentamientu del so motor del llau derechu (númberu 2).

L'incidente del TACA 110 sirvió pa un rediseño de los motores y el desenvolvimientu de sistemes FADEC (Full Authority Dixital Electronic Controlled), d'esta forma se prevee que similares condiciones meteorolóxiques nun van producir una salida de serviciu de los impulsores.

Sistema d'arranque

Cuando'l motor ta paráu en tierra, precisa una fonte esterna d'alimentación por que'l compresor empiece a rotar y el combustible apúrra-y la enerxía que precisa. Si'l combustible quemar nun motor ensin rotación, esti se encharcaría y nun produciría nengún fluxu significativo.

Pa evitar esto, móntase un motor d'arranque neumáticu na caxa accesoria (n'inglés accesory gearbox) que s'alimenta con aire procedente d'otru motor, de l'APU o dende tierra. Tamién esisten motores d'arranque llétricos, menos habituales por cuenta del so eleváu pesu.^[8]

El fluxu de combustible contrólase curioso p'afaese a la baxa eficiencia del compresor a baxes revoluciones y realícense sangraos hasta qu'adquier una velocidá autosostenible. Mientres esti procesu ye posible que'l motor paeza nun tar acelerando n'absolutu. Una vegada algamada esta velocidá, se desacopla el motor d'arranque pa evitar daños per operación enllargada.^[7]

Considerancies ecolóxiques

La incorporación de los turbofan nos aviones modernos ye una gran meyora pal equilibriu ecolóxicu de los mesmos, por cuenta de qu'utilicen como combustible JET A 1, un desenvolvimientu muncho más ecolóxicu que'l JP 1 utilizáu nos turborreactores. La capacidá de los motores turbofan ye enforma mayor utilizando un menor porcentaxe de combustible. El compresor toma un 100 % d'aire pa comprimir estremáu en dos partes: una d'elles pasa direutamente al sector de carburación y turbines y un 30 % que va ser comprimíu, combináu col combustible pa xenerar la carburación necesaria esaniciando nel escape un 100 % d'aire caliente que va impulsar al avión. Poro, del aire caliente que s'espulsa solo'l 30 % foi entemecíu con combustible.

Ver tamién

• Rellación de derivación
• Motor d'aviación
• Pulsorreactor
• Turbocompresor
• Turborreactor
• Turbohéliz
• Estatorreactor

Referencies

1. Wragg, David W. (1973). Osprey: A Dictionary of Aviation. ISBN 9780850451634.
2. El combustible que peracaben ye aero-keroseno o JPA1.
3. López Granero, José Manuel. «Estudio d'un turbofan». UPCommons. http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/17686/1/PFC%20Jose%20Lopez%20Memoria.pdf. Consultáu'l 23 de payares de 2014. 
4. «El motor propfan». Archiváu dende l'orixinal, el 2022-05-27. Consultáu'l 21 de payares de 2014.
5. (n'inglés) The Turbofan Engine. Columbus State University. Archivado del original el 2015-04-24. https://web.archive.org/web/20150424135222/http://studentwebs.columbusstate.edu/johnston_nicholas1/The%20Turbofan%20Engine.pdf. Consultáu'l 23 de payares de 2014. 
6. Linke-Diesinger, Andreas. «Engine anti-ice system» (inglés). Consultáu'l 22 de payares de 2014.
7. «[http://www.cast-safety.org/pdf/engine_operation_text.pdf Airplane Turbofan Engine Operation and Malfunctions Basic Familiarization for Flight Crews]» (inglés). Consultáu'l 22 de payares de 2014.
8. Linke-Diesinger, Andreas. Systems of Commercial Turbofan Engines: An Introduction to Systems Functions (n'inglés). Consultáu'l 22 de payares de 2014.

Enllaces esternos

• Wikimedia Commons tien conteníu multimedia tocante a Turbofan.
• Páxina de la NASA sobre motores turbofan