jueves, 29 de enero de 2015

Prestaciones del motor a reacción

Los modernos motores de reacción están construidos de forma modular. La forma de medir las prestaciones es a base de sensores. Tradicionalmente se miden los parámetros que corresponden a revoluciones y temperatura. 

En la ilustración inferior se muestran los elementos que se suelen monitorizar. Resulta de gran importancia mantener la temperatura del motor dentro de los límites impuestos por el fabricante. La parte del motor que más sufre es la que se ve en el diagrama nombrada NGV. El nombre NGV viene del inglés: “Nozzle Guidance Vane”. Estos pequeños alabes se encuentran generalmente adosados a la parte exterior del motor (no rotan) y su función es redirigir los gases que provienen de la cámara de combustión para que impacten en la primera estación de la turbina de alta presión (HPT) con la mejor geometría posible para poder extraer la máxima energía. 



Los gases que recibe el NGV son los que salen de la cámara de combustión y llegan muy calientes y muy rápidos. Si se llegara a sobrepasar la temperatura limite estos alabes se fundirían literalmente. El mantenimiento que requiere un cambio de alabes NGV es muy caro, pues requiere un desensamblado casi completo del motor. Para mantener a los motores dentro de los límites que recomendables y que sus costes de mantenimiento no se disparen, se suele recortar las prestaciones del motor de forma intencionada. En el grafico inferior se puede ver estos límites físicos de un moderno motor de reacción. Existe un margen entre la temperatura máxima (Limite de ITT) y la temperatura a la que se puede llegar en una operación normal. Normalmente los motores vienen de fábrica con una limitación máxima de revoluciones por minuto. 

Tal como se ve en el grafico es el área donde la potencia de despegue normal (TO-1) se encuentra plana. En ingles se denomina “Flat rated”. Un avión de caza no debería de tener esas limitaciones, ya que lo que se busca es máxima potencia sin importar tanto los costes. Por su lado derecho en el grafico se observa la limitación debida a la temperatura. Con el fin de proteger las partes más vulnerables del motor (los NGV), la mayoría de fabricantes comienzan a reducir automáticamente la potencia del motor a partir de un cierto valor (usualmente ISA+15°). 

Las compañías aéreas cuando buscan economizar las operaciones de vuelo suelen recomendar despegues con menor potencia de la máxima. Ello siempre y cuando el avión sea capaz de despegar dentro de los límites de seguridad que marca la legislación. Muchos fabricantes llaman a esta potencia ALT TO-1 potencia alternativa de despegue o potencia reducida “Derated Thrust” en inglés. Algunos motores son capaces incluso de reducir esta potencia un poco más con técnicas conocidas como “Flexible” (materia de otro post). 



Los motores a reacción miden el empuje de diferentes maneras. La indicación que se presenta al piloto en los instrumentos puede ser: revoluciones por minuto (RPM) medidas en el eje del fan o compresor de baja presión, o bien el llamado EPR (Engine pressure ratio). Ver ilustración.



La potencia o empuje N1 en realidad no es la potencia real del motor. Esta potencia depende de la cantidad de moléculas de aire que el motor pueda ingerir. Ello se puede conseguir de varias formas, bien incrementando las revoluciones del motor o bien haciendo que el aire sea más denso (cuando la temperatura exterior es muy fría) La fórmula que da el empuje es: 



Siendo la letra Rho la densidad del aire y N1 las revoluciones del motor.


Palancas de empuje



En otro post continuaré hablando del motor y también hablaré de la diferencia entre autothrust y autothrottle.

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