TURBINAS

Componentes del motor de turbina

Debido a la gran cantidad de turbinas que se fabrican y que son instaladas en diferentes tipos de aeronaves, sería muy complicado detallar una sin encontrar que tendrá diferencias radicales de diseño con las otras, sin embargo, todas tienen las mismas generalidades, por lo que diseñé una turbina para este material, muy sencilla y así poder ser revisada el lector. Esta puede tener ciertos componentes que otras no tendrán y viceversa, ya que este un diseño arbitrario:

-El compresor: Esta es la parte encargada de comprimir el aire de entrada al motor, y enviarlo a la cámara de combustión de forma uniforme y contínua a altas presiones. existen dos tipos de compresores.
Axiales: Que consisten en una serie de rotor ó rotores que en cada etapa el aire es cada vez más "apretado" ,
Y centrífugos: Que comprimen el aire girando una especie de impeler donde el aire literalmente es enviado a las paredes interiores de la cámara por la fuerza centrífuga que genera. Los compresores axiales pueden ser de varias etapas. El presentado aquí consta de 4 etapas axiales y una centrífuga.

Tambien pueden tener una combinación de compresores, en etapas de alta compresión y de baja compresión, cuando esto ocurre, es llamada una turbina de multiples ejes

2- La cámara de combustión: Es el área donde el aire comprimido que viene del compresor es mezclado con el combustible, el cual es inyectado por una serie de boquillas que lo atomizan , y queman por medio de bujías especiales para de nuevo expandirlos y generar un volumen mayor de gases calientes y de alta velocidad. Dependiendo del tipo de turbina, las temperaturas pueden subir a más de 1650ºC en el centro de la cámara de combustión pero es enfriado y mezclado con aire del compresor no quemado para enviarlo a la entrada de la etapa de turbinas a alrededor de 700ºC.

Es curioso observar que la ignición sólo es usada para encender la turbina, despues de encendida, la llama en turbina es contínua y autosostenible, sólo en caso de nieve ó lluvia extrema es necesario encender las igniciones en caso (muy raro por cierto) que la turbina pierda potencia y se apague por ingestión de agua. A temperaturas de hasta 1600ºC, el agua se evapora en fracciones de segundo.

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3- Las turbinas: Ésta etapa es la encargada de varias funciones, la más importante, es el de extraer energía de los gases para mover eficientemente el compresor, así como de mover todos los accesorios satélites de la turbina, como son los generadores eléctricos, bombas hidráulicas, bombas de combustible, etc. También puede contar con varias etapas, así como de etapas de alta presión de y de baja presión de turbina. recuerdas que lo comenté en la etapa de compresión? Si la sturbinas mueven los compresores, adivina que componente mueve la turbina de alta presión? Claro, el compresor de alta presión está conectado directamente a él por un eje y como ya me imagino que habrás deducido, el compresor de baja presión está conectado directamente a la etapa turbina de baja presión de forma que el eje de las etapas de alta presión es hueco de modo que acepte el eje de las etapas de baja presión, en la parte interior del mismo. A este tipo de diseño se le llama turbina de múltiples ejes.

4- La tobera de escape: es el componente encargado de dirigir los gases de alta velocidad resultado de la combustión hacia afuera, acelerándolos aún más por su forma y diseño. Aunque la gran mayoría de la aceleración es producto ya del paso de ese aire por la etapa de turbinas, si te fijas en las toberas de escape de cualquier avión jet, verás que tienen ligera forma de cono, lo cual ayuda a mantener los gases a presión suficiente hasta su salida del motor.

Funcionamiento dela turbina

Mas fácil todavía? bien , si la comparas con un motor de combustión interna como el de un cessna, verás que sus etapas de funcionamiento son idénticas. Te recuerdas del principio del funcionamiento del motor de 4 tiempos: Admisión, compresión combustión y escape? La turbina funciona igual. Mira:

Admisión:
Es simplemente el aire exterior que llega a la entrada del motor.

Compresión:
Al pasar por la admisión o entrada de aire, este llega a la cámara de compresión donde su volumen es disminuido, pero su presión muchas veces aumentada por la parte de la turbina llamada compresor. que simplemente son una especie de hélices muy avanzadas que giran alrededor de un eje comprimiendo el aire entrante.

Combustión:

Ese aire comprimido pasa a la cámara de combustión donde al ser quemado se expande , aumenta su volumen y velocidad de manera que ese aire expandido y a gran velocidad pasa por otra serie de hélices , llamadas turbinas ,
Que al girar rápidamente, son las encargadas de mover las hélices del compresor, que a su vez, es el encargado de enviar ese aire comprimido que una vez quemado, moverá la etapa de turbina una vez más, generando un ciclo contínuo.

Escape:

Una vez esos gases quemados salen de la etapa de turbinas, Van a la tobera de escape, donde son dirigidos y acelerados una vez más hacia afuera a alta velocidad y con la menor pérdida de energía para finalizar el ciclo y convertir esos gases calientes en energía de movimiento ó empuje.

 

Tipos de turbinas

Este tipo de planta propulsora tiene tres tipos de variantes principales, las cuales puedes encontrar en la gran mayoría de los aviones a reaccion, que son Turbojet, Turbofan, y Turbohélice. aquí una pequeña explicación de cada una:
Turbojet:

Es el principio básico de toda turbina, y está explicada en todo el texto anterior. Las identificas facilmente por su forma de cigarro o tubular. Las usan los DC-9, B-727, BAC1-11, Learjet 23/ 24/ 25 y el B- 737-200

Turbofan:

El motor turbofan, es idéntico al turbojet exepto en una gran diferencia: El turbofan tiene un gran abanico (Fan) en la parte delantera de la turbina el cual esta directamente conectado con la etapa de turbinas, la cual lo hace girar. La gran ventaja de este diseño es que éste puede acelerar un mayor volumen de aire que el turbojet sin tener que quemar más cantidad de combustible en el proceso, ya que no todo el aire que genera el fan va a la cámara de combustión para ser quemado, sino que es dirigido alrededor y en el exterior de la turbina, el cual genera una cantidad considerable de empuje de aire frío, debido en gran parte al diseño avanzado del fan.

Es notable que, dependiendo de la altitud y las condiciones de vuelo, éste sea capaz de lograr hasta un 25% de ahorro de combustible comparado con un turbojet al mismo tiempo que el responsable (Dependiendo de nuevo de las condiciones de vuelo) de el 80% del empuje producido por estos motores (Y pensar que es sólo una hélice grande de paso fijo)...

Aparte de su gran eficiencia y economía, Los turbofan son tambien los motores más silenciosos de la industria. Esto debido a que el flujo de aire frío que genera el fan en la parte posterior del motor, está envolviendo el chorro de aire caliente que escapa de la tobera de gases, y por la diferencia de densidad ( Aire frío mas denso, caliente menos denso) lo que ayuda a disiparlo de forma menos violenta.

Esta turbina es la más usada hoy día, las identificas en los aviones que las usan porque la parte frontal de las mismas ocupan una gran área y las verás en los B-767, B747, B-737-300/500
Airbus300/ 310/ 319/ 320/ 330 y 340

Ejemplo gráfico:
Turbofan: B-767/ 757

Turbohélices:
El motor turbohélice fue diseñado para reunir dos características muy particulares. Una, la economía de combustible y la adaptación de un motor de turbina para generar potencia, no empuje. La relación peso-potencia de un turbohélice es muy superior a la de cualquier motor de pistón.

Si, potencia. Recuerda que en los otros tipos de motores mencionados el resultado final es acelerar los gases para generar empuje, pero en los turbohélices estos gases son usados para generar potencia ó Torque para mover la hélice delante, mediante una transmisión mecánica enlazada a la hélice de este modo: La etapa de turbina envía la potencia a la transmisión que a su vez la envía a la hélice, para que esta al girar cree el empuje.

Recuerda: en un turbohélice la turbina no se usa para impulsar el avión, sino para mover la hélice.

Las usan una gran variedad de aviones como son: Saab340/ 2000, Metro2/ 3 Fokker27/ 50
Beech King airs, Jetstream 31/ 32

De finicion 

  Turbina es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbomáquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes

Turbopropulsor o Turbohelice

Hay cuatro tipos básicos de motores de propulsión a chorro: el turborreactor, el turbopropulsor, el turboventilador, y el ramjet. Los diseñadores deciden qué tan rápidamente debe volar el avión, y los ingenieros eligen el motor que mejor funciona a esas velocidades. posible.

El turbopropulsor y el turboventilador utilizan menos combustible. Cualquiera de estos cuatro motores genera una fuerza propulsora mayor a la de un avión propulsado por una hélice normal. Estos cuatro motores cuentan con los 5 componentes descritos anteriormente: la entrada de aire, un compresor, un combustor, una turbina, y un difusor de salida.

El tipo de motor denominado turbohélice tiene montada delante del reactor una hélice propulsada por una segunda turbina , denominada turbina libre, o por etapas adicionales de la turbina que mueve el compresor (tipo eje fijo).

Alrededor de un 90 % de la energía de los gases expandidos se absorbe en la parte de la turbina que mueve la hélice y el 10 % restante se emplea para acelerar el chorro de gases de escape. Esto hace que el chorro solo suponga una pequeña parte del empuje total.

Un turbopropulsor debe volar con una velocidad menor a la del sonido. El empuje generado por el propulsor y una gran caja de velocidades (que hace que el propulsor funcione a gran velocidad) ayudan a que el consumo de combustible se mantenga a un nivel bajo. Los aviones más lentos utilizan este tipo de motor

Toma de admision de aire en un motor turbohélice:

Los aviones con turbopropulsores son más rápidos que los aviones accionados por propulsor normales.

Un turbopropulsor debe volar con una velocidad menor a la del sonido. El empuje generado por el propulsor y una gran caja de velocidades (que hace que el propulsor funcione a gran velocidad) ayudan a que el consumo de combustible se mantenga a un nivel bajo. Los aviones más lentos utilizan este tipo de motor