Factores que afectan el empuje del motor

• Temperatura
• Altitud
• Velocidad
• Humedad
• Ingestión de agua
• Extracción de aire de sangrado
• Temperatura del combustible 

Temperatura

La temperatura puede afectar al empuje del motor de dos formas. La primera consideración es que a medida que la temperatura crece, la densidad del aire decrece, reduciendo el empuje del motor.

El segundo efecto de la temperatura, está relacionado con la selección de empuje. Tal como se explicó antes, el empuje está limitado para conseguir un aumento de la vida operativa del motor. Los motores comerciales modernos se diseñan de tal forma que existen dos áreas definidas de empuje:

Flat rated (empuje constante): En esta región, el motor desarrolla un empuje constante independientemente de la temperatura.  Esta región se ve limitada mayormente por los esfuerzos internos del propio motor (altas presiones, fuerzas centrífugas, etc).

Límite de temperatura: En esta región, el motor se encuentra en un nivel de temperatura constante entre la temperatura que se alcanza en el empuje de despegue y el límite máximo de temperatura permitida. Esta temperatura puede expresarse en términos de EGT (Exhaust Gas temperatura) o ITT (Inter Turbine Temperature).  

Cuando un motor opera en un régimen de temperatura más alto que en la región de empuje constante, el empuje disponible decrece.

Variaciones de N1 y de EPR con la temperatura

El piloto selecciona un tipo de empuje moviendo las palancas a la posición deseada. Dependiendo de la filosofía del fabricante de motores, la posición deseada puede estar definida por el EPR (Engine Pressure Ratio – típicamente en motores Pratt&Whitney), o porcentaje de la velocidad del Fan N1% (típicamente en motores GE, CFM y Rolls-Royce).

Un importante punto a considerar es que el EPR es una medida directa del empuje. Esto es, a una altitud dada un EPR fijo, da un empuje constante independientemente de la temperatura. También se puede decir que, a una cierta altura, cuanto más alto es el EPR, más empuje tendremos.

Pero esto no es válido cuando hablamos de N1%. A una altura dada, una diferencia de N1% entre dos temperaturas diferentes, no necesariamente significa que la N1% más alta pueda entregar más empuje.

Las variaciones típicas de empuje de N1% o EPR con la temperatura y la altitud se pueden ver en las siguientes figuras. 

Altitud

Cuando un avión asciende, la presión del aire desciende. El efecto de este descenso de la presión del aire en el empuje no se compensa totalmente por el descenso de la temperatura. Por ello, el empuje decrece cuando se incrementa la altitud. Como se sabe, la temperatura permanece constante desde la tropopausa (unos 36.000 pies), hasta una altitud de unos 80.000 pies. Por ello, el empuje disminuye más rápidamente según se asciende en la tropopausa.

Velocidad

Para un EPR o N1% constante, la ecuación F = m x (V1 – V2) se verá adversamente afectada cuando se incrementa la velocidad (V1 es la velocidad de la salida de gases y V2 es la velocidad del aire de entrada). Incrementando la entrada de aire en el motor (V2) lo que ocurre es que el “efecto velocidad” disminuirá el empuje. Pero es que, el incremento de V2 también causa que la presión total Pt2 (presión total de entrada) aumente, así que a una EPR constante lo que obtendremos es una mayor Pt7 (presión total de salida). Una mayor presión Pt7 produce una expansión en la tobera y por lo tanto una mayor V1, incrementando el empuje (Ram Effect o efecto de impacto).

Extracción de aire de sangrado

Apagar el aire acondicionado (los llmados packs) supone mayor empuje porque la energía (el aire de sangrado) se deja de extraer de los motores. Por ese motivo, se tienen mayor energía para producir empuje. En algunos tipos de aviones, se necesita apagar los “packs” si lo que se desea es hacer un despegue con el máximo peso posible.

Los aviones regionales modernos necesitan grandes cantidades de aire de sangrado, entre otras cosas para el el sitema anti hielo. Esto supone una gran reducción de empuje. Por este motivo, los fabricantes suelen proveer tablas y gráficos con las dos condiciones para el cálculo de las actuaciones con y sin anti hielo (anti-ice on y anti-ice off).

 Extracción de energía

La extracción de energía mecánica se hace a través de engranajes que son movidos por el motor (generalmente N2). La caja de engranajes mueve la bomba del sistema hidráulico, el generador eléctrico y otros, pero esta energía es relativamente pequeña y normalmente está contabilizada por el fabricante en el cálculo de las actuaciones.

Humedad del aire y temperatura del combustible

Estos efectos pueden pasarse por alto ya que el impacto en las actuaciones del motor y el empuje es mínmo.