Turbofán para niños
Los motores de avión llamados turbofán (también conocidos como turboventilador o turborreactor de doble flujo) son un tipo de motor a reacción que se usa mucho en los aviones modernos. Han reemplazado a los antiguos turborreactores.
Estos motores tienen un gran ventilador en la parte delantera. Cuando el aire entra, se divide en dos caminos: una parte va al centro del motor (el "núcleo") y la otra parte se desvía por un conducto exterior. Los motores turbofán son mejores que los turborreactores porque gastan menos combustible, contaminan menos y hacen menos ruido.
La relación de derivación es la cantidad de aire que se desvía por el conducto exterior, comparada con la cantidad de aire que va al centro del motor. Si se desvía mucho aire, se dice que tiene una relación de derivación alta.
En los aviones de pasajeros, es bueno que la relación de derivación sea alta. Esto ayuda a que el motor haga menos ruido, contamine menos y gaste menos combustible. Sin embargo, para aviones militares que vuelan muy rápido (cerca o por encima de la velocidad del sonido), se usan motores turbofán con una relación de derivación baja.
El motor turbofán más potente que existe es el General Electric GE90-115B, que puede generar una fuerza de empuje de 512 kN (kilonewtons), ¡que es muchísima fuerza!
Contenido
Tipos de motores turbofán
Turbofán de baja derivación
Estos motores tienen una relación de derivación baja, entre 0.2 y 2. Fueron los primeros en crearse y se usaron mucho en aviones de pasajeros antes de que aparecieran los de alta derivación. En estos motores, el conducto por donde pasa el aire desviado suele estar cubierto hasta la parte trasera del motor.
Funcionan muy bien a velocidades entre Mach 1 y Mach 2 (la velocidad del sonido o el doble de ella). Por eso, hoy en día se usan principalmente en aviones militares. Aunque algunos aviones comerciales más antiguos, como el MD-83 o el Fokker 100, todavía los usan.
Turbofán de alta derivación
Estos motores tienen una relación de derivación mucho más alta (mayor que 5). Son los motores más modernos y se usan sobre todo en aviones de pasajeros. La mayor parte de la fuerza que impulsa el avión (alrededor del 80%) viene del gran ventilador delantero. Este ventilador funciona casi como una hélice gigante.
El ventilador está en la parte delantera del motor y se mueve gracias a un eje conectado a la última parte de la turbina. El 20% restante de la fuerza viene de los gases calientes que salen por la parte trasera del motor. Los motores más nuevos, como los que usan el Boeing 787 o el Airbus 380, tienen una relación de derivación de alrededor de 10.
Cuando los motores tienen relaciones de derivación muy altas, el ventilador necesita girar más lento que los compresores y las turbinas. Por eso, suelen tener dos ejes que giran de forma independiente para que cada parte pueda ir a su velocidad ideal.
Propfan
El motor propfan es una mezcla entre un turbofán y un turbohélice. Es un turbofán que tiene una hélice sin cubierta en la parte trasera. La idea de este diseño es combinar la velocidad de un turbofán con la eficiencia de un turbohélice.
Estos motores se pensaron en 1979, cuando el combustible era muy caro, como una forma de ahorrar. Sin embargo, no se hicieron populares porque eran muy ruidosos, causaban muchas vibraciones en el avión y las hélices descubiertas podían ser peligrosas.
En los últimos años, ha vuelto a haber interés en los propfan. Algunas empresas están pensando en usarlos en aviones más pequeños, e incluso se considera la posibilidad de probarlos en futuros modelos de aviones grandes.
Partes de un motor turbofán
- Entrada de aire: Es la abertura por donde el motor toma el aire.
- Ventilador: Está al frente del motor y es un compresor muy grande. Su trabajo es dividir el aire en dos flujos: uno que va al centro del motor y otro que se desvía.
- Compresores: Son como ventiladores más pequeños. Su función es aumentar la presión del aire antes de que entre a la cámara de combustión. Suelen tener compresores de baja y alta presión que giran a diferentes velocidades.
- Cámara de combustión: Aquí, el aire a presión se mezcla con el combustible y se quema. Esta combustión produce gases muy calientes que mueven las turbinas.
- Turbinas: Los gases calientes de la combustión pasan por las paletas de las turbinas, haciéndolas girar. Las turbinas, a su vez, mueven los compresores y el ventilador.
- Tobera (salida de gases): Es un orificio estrecho en la parte trasera del motor. Las paredes de la tobera hacen que el aire se acelere mucho al salir, lo que produce la fuerza de empuje del avión, siguiendo el principio de acción y reacción.
- Conducto del flujo secundario: Es el espacio que rodea el centro del motor por donde pasa el aire desviado. Está diseñado para que el aire fluya sin perder mucha energía.
Sistemas importantes
Sistema antihielo
Cuando un avión vuela en lugares fríos y húmedos, se puede formar hielo en sus superficies. Esto puede ser peligroso porque cambia la forma en que el aire fluye, puede desequilibrar el avión y causar vibraciones.
Los motores turbofán tienen un sistema que quita el hielo y evita que se forme. Para esto, se toma aire caliente de los compresores del motor y se envía a las partes donde se puede formar hielo, como la entrada de aire y el ventilador.
El incidente del TACA 110
El vuelo 110 de TACA fue un vuelo de pasajeros que, el 24 de mayo de 1988, se encontró con una tormenta muy fuerte con granizo y turbulencias. A pesar de que los pilotos configuraron bien los motores, estos se apagaron, dejando al avión sin energía. Los pilotos lograron encender un motor auxiliar y hacer un aterrizaje de emergencia increíble en una instalación de la NASA en Nueva Orleans. Nadie resultó herido y el avión no sufrió daños graves, salvo los motores por el granizo y el sobrecalentamiento de uno de ellos.
Este incidente ayudó a mejorar el diseño de los motores y a desarrollar sistemas electrónicos avanzados (llamados FADEC) que controlan el motor. Así, se busca que condiciones climáticas similares no vuelvan a causar problemas en los motores.
Sistema de arranque
Cuando un motor de avión está apagado en tierra, necesita ayuda para empezar a girar. Si se le inyectara combustible sin que el motor girara, no funcionaría bien.
Para arrancarlo, se usa un motor de arranque especial que funciona con aire a presión. Este aire puede venir de otro motor, de una pequeña unidad de energía auxiliar (APU) del propio avión, o de un equipo en tierra. También hay motores de arranque eléctricos, pero son menos comunes porque pesan mucho.
Mientras el motor arranca, la cantidad de combustible se controla con cuidado. Una vez que el motor alcanza una velocidad mínima para funcionar por sí mismo, el motor de arranque se desconecta.
Cuidado del medio ambiente
Los motores turbofán modernos son un gran avance para el medio ambiente. Usan un tipo de combustible llamado JET A-1, que es más amigable con el planeta que los combustibles antiguos.
Estos motores son muy eficientes. Toman una gran cantidad de aire: una parte va directamente a la parte de combustión y turbinas, y otra parte (aproximadamente el 30%) se mezcla con el combustible para generar la combustión. Al final, el aire caliente que sale del motor para impulsar el avión contiene solo un 30% de aire que se mezcló con combustible, lo que reduce la contaminación.
Ver también
- Relación de derivación
- Motor de aviación
- Pulsorreactor
- Turbocompresor
- Turborreactor
- Turbohélice
- Estatorreactor
Galería de imágenes
-
Esquema de funcionamiento de un turbofán de alto índice de derivación.
