Turborreactor para niños
El turborreactor es el tipo más antiguo de los motores de reacción que se usan comúnmente. Estos motores fueron desarrollados a finales de los años 1930 por dos ingenieros de forma independiente: Frank Whittle en el Reino Unido y Hans von Ohain en Alemania. A Whittle se le reconoce por ser el primero en imaginar, describir, patentar y construir un motor que funcionaba. Sin embargo, Von Ohain fue el primero en usar un turborreactor para impulsar un avión.
El funcionamiento de estos motores sigue un ciclo llamado Ciclo Brayton. Es parecido al de un motor de coche porque tiene las mismas etapas: entrada de aire, compresión, combustión y escape. Un turborreactor tiene una entrada de aire, un compresor de aire, una cámara de combustión, una turbina de gas (que mueve el compresor) y una tobera. El aire entra comprimido en la cámara, se calienta y se expande gracias al combustible. Luego, es expulsado a través de la turbina hacia la tobera, donde se acelera a gran velocidad para generar el impulso.
Los turborreactores son más eficientes a velocidades muy altas (supersónicas) y son bastante ruidosos. Por eso, la mayoría de los aviones modernos usan otros tipos de motores. A bajas velocidades, usan motores turbohélice, y a altas velocidades, turbofán. Estos últimos consumen menos combustible y son más silenciosos. Aun así, los turborreactores todavía se usan mucho en misiles de crucero de medio alcance. Esto se debe a su gran velocidad de escape, su tamaño compacto y su diseño más simple.
Por estas razones, su uso en otros vehículos es limitado. Se han usado en casos especiales para romper récords de velocidad en tierra, como el vehículo Thrust SSC.
Contenido
¿Cómo funciona un turborreactor?
Para comprimir el aire, los turborreactores usan compresores axiales o centrífugos. Estos compresores toman grandes cantidades de aire y lo comprimen a una presión muy alta, entre 4 y 32 atmósferas. Una vez que el aire está comprimido, pasa a las cámaras de combustión. Allí, el combustible se quema de forma continua.
El aire, ahora a alta presión y temperatura (con mucha más energía), se dirige a la turbina. En la turbina, el aire se expande un poco para generar la energía necesaria para mover el compresor. Esto es similar a cómo funciona un turbocompresor en los coches. Después, el aire pasa por una tobera, donde se acelera hasta alcanzar una velocidad de salida muy alta.
La fuerza que impulsa el avión, llamada empuje, se obtiene por un cambio en la cantidad de movimiento del aire. Esto sigue la Tercera Ley de Newton, que dice que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Al expulsar grandes volúmenes de aire hacia atrás a gran velocidad, se produce una fuerza que empuja el avión hacia adelante. Hoy en día, estos motores pueden generar un empuje de hasta 50 toneladas.
¿Qué ventajas tienen los turborreactores?
Los turborreactores se usan mucho en aeronáutica (la ciencia de volar) porque tienen varias ventajas sobre otros motores:
- Son más sencillos y tienen menos piezas que se mueven.
- Tienen una mejor relación entre su peso y la potencia que producen.
- Necesitan menos mantenimiento.
- Su vida útil es más larga.
Sin embargo, los turborreactores consumen más combustible que otros motores.
¿Cómo se comparan con otros motores de avión?
Aunque los turborreactores son muy buenos en algunos aspectos, tienen desventajas técnicas si los comparamos con los estatorreactores. Los estatorreactores son diferentes porque no tienen válvulas ni piezas móviles. Esto les da varias ventajas:
- No tienen piezas móviles.
- Su relación peso/empuje es mayor que la de los turborreactores.
- No fallan si tragan partículas sólidas.
- Pueden usar diferentes combustibles, como aceites naturales, alcoholes o gases, sin necesidad de modificaciones.
- Son más fáciles de construir.
- Los materiales para construirlos son fáciles de conseguir.
¿Cómo se han mejorado los turborreactores?
La eficiencia de los turborreactores ha mejorado mucho con el tiempo. Una de las mejoras clave es el aumento de la relación de compresión. En los primeros turborreactores (alrededor de 1930), esta relación era de 3 a 6 veces. En los motores más recientes, puede ser de 40 a 50 veces. Esto hace que el Ciclo Brayton sea más eficiente.
Aumento de la presión en el compresor
Usar palas ajustables en el estator (una parte fija del compresor) ayuda a controlar mejor el flujo de aire. Esto también evita que el aire se escape cuando está a muy alta presión y temperatura.
Además, algunos motores tienen dos rotores (partes giratorias) que giran juntos. Esto ofrece más ventajas:
- Permite que las partes de alta y baja presión giren a sus velocidades ideales.
- Reduce el número de etapas en el compresor.
- Facilita la refrigeración del aire entre los dos rotores.
- Hace que el motor sea más fácil de encender, ya que solo se necesita hacer girar el rotor de alta presión al principio.
Aumento de la temperatura en la turbina
Así como la presión, la temperatura del aire al entrar en la turbina también afecta la eficiencia del ciclo Brayton.
Los primeros turborreactores usaban palas sólidas, lo que limitaba la temperatura máxima a unos 1100 °C. A partir de los años 1960 y 1970, se empezaron a construir palas huecas con un sistema de refrigeración interna. Hoy en día, se usa una técnica llamada "moldeo con monocristales" para hacer estas palas. Esto permite que soporten temperaturas y tensiones aún mayores por más tiempo.
Motores de doble flujo de aire (turbofán)
La mayoría de los aviones modernos, tanto de pasajeros como militares, usan una versión mejorada del turborreactor llamada turbofán. Estos motores tienen varias ventajas:
- Evitan problemas de compresibilidad que limitan la velocidad de crucero eficiente en aviones de hélice.
- Su peso por unidad de potencia es mucho menor, lo que significa que tienen una mejor relación empuje a peso.
- Pueden producir una enorme cantidad de potencia sin grandes limitaciones mecánicas.
- Su eficiencia es similar a la de los motores de aviación más eficientes, pero alcanzan su máximo rendimiento a velocidades más altas.
- Son más confiables y pueden funcionar más horas sin necesidad de mucho mantenimiento.
Ver también
- Pulsorreactor
- Motor de reacción
- Turbofán
- Turbohélice
- Motor de aviación
- Combustible de turbina de aviación
Véase también
En inglés: Turbojet Facts for Kids
