Todo sobre los componentes principales de un motor a reacción

¿Alguna vez has buscado en los cielos y te has preguntado cómo un avión sustancial permanece en el aire? Yo sí. La magia detrás de esto es el motor a reacción, una maravilla de la ingeniería. Durante años, me han asombrado estos equipos eficaces. En este breve artículo, te llevaré de viaje al interior de un motor a reacción. Revisaremos todos los componentes principales, desde la entrada de aire hasta el escape. Discutiré lo que hace cada parte y cómo todas trabajan juntas para desarrollar el increíble empuje que impulsa un avión.

¿Cuáles son los componentes principales de un motor a reacción moderno?

Un motor a reacción moderno tiene numerosos componentes principales que colaboran. Piense en ello como un grupo donde cada jugador tiene un trabajo especial. Las partes principales de un motor a reacción son la entrada de aire, el compresor, la cámara de combustión, la turbina y la tobera de escape. Cada uno de estos es vital para que el motor a reacción produzca el empuje necesario para volar un avión.

Todo el procedimiento es un ciclo. El aire entra por la parte delantera, es presionado por el compresor, se mezcla con combustible y se derrite en la cámara de combustión, y luego se expulsa por la parte trasera a través de la turbina y la tobera. Esto produce la presión efectiva, o empuje, que mueve el avión hacia adelante. El motor a reacción es un tipo de motor de turbina de gas. Esto significa que utiliza gas caliente para hacer girar una turbina. El trabajo de la turbina es alimentar el compresor. Es un bucle inteligente y continuo que hace que el motor a reacción sea tan eficaz y fiable. Comprender estos componentes principales es el primer paso para reconocer el motor a reacción en sí.

¿Cómo Funciona la Toma de Aire en un Motor a Reacción?

El viaje del aire a través de un motor a reacción comienza en la entrada de aire. La entrada de aire, o entrada, es la parte frontal del motor a reacción. Su trabajo es capturar el aire entrante y guiarlo hacia el compresor. Parece sencillo, sin embargo, su diseño es realmente vital. La forma de la entrada de aire ayuda a reducir el aire. Podrías creer que queremos que el aire se escape, pero el compresor necesita que el aire se mueva a una velocidad más lenta para que funcione bien.

El diseño del conducto de entrada de aire es importante para la eficiencia del motor a reacción. Para un avión que vuela a menos de la velocidad del sonido, el conducto suele ser un tubo sencillo y liso. Sin embargo, para un avión que vuela a velocidad supersónica, la entrada de aire es mucho más complicada. Tiene una forma especial con rampas o conos para reducir el movimiento del aire supersónico a una velocidad subsónica antes de que entre en el compresor. Este proceso es realmente esencial para evitar un problema llamado estancamiento en el compresor, que podría hacer que el motor a reacción deje de funcionar. La entrada de aire debe suministrar un flujo constante de aire al compresor a cualquier velocidad o elevación.

¿Por qué es el compresor el corazón del motor a reacción?

Me gusta llamar al compresor el corazón del motor a reacción porque es donde se aprieta el aire. El compresor tiene muchas filas de pequeñas palas giratorias llamadas palas del rotor y palas fijas llamadas álabes del estator. A medida que el aire fluye a través del compresor, cada fila de palas lo presiona cada vez más. Esto se llama compresión. Cuando el aire sale del compresor, su presión es mucho mayor. Este aire a alta presión es lo que el motor a reacción requiere para la siguiente acción.

Hay 2 tipos principales de compresores: axial y centrífugo. En un compresor axial, el aire fluye directamente a través del motor, junto al eje. Este es el tipo más común utilizado en los motores a reacción modernos para aviones grandes. Un compresor centrífugo lanza el aire hacia afuera, lejos del centro. Este tipo se utiliza a menudo en motores a reacción más pequeños. El compresor está conectado a la turbina por un eje. La turbina, que es girada por los gases calientes, ofrece la potencia para hacer girar el compresor. Se necesita mucha potencia para hacer funcionar el compresor en un gran motor a reacción. De hecho, el compresor utiliza la mayor parte de la potencia producida por la sección de la turbina.

¿Qué Sucede Realmente Dentro de la Cámara de Combustión?

Después del compresor, el aire a alta presión entra en la cámara de combustión. Aquí es donde ocurre el fuego y la furia genuinos del motor a reacción. En la cámara de combustión, el aire se mezcla con combustible y se agita. Se utiliza un encendedor especial, como una bujía en un automóvil, para encender la mezcla cuando arranca el motor. Una vez encendido, el fuego arde continuamente. El combustible se rocía en la cámara de combustión a través de muchos pequeños inyectores para asegurarse de que se mezcla bien con el aire.

La temperatura dentro de la cámara de combustión puede llegar a ser extremadamente cálida, alcanzando más de 2.000 ° C. Esta extrema calefacción hace que el aire se expanda rápidamente. El diseño de la cámara de combustión, también llamada combustor, es muy vital para la eficacia de la combustión. Queremos que todo el combustible se queme por completo para obtener la mayor parte de la energía de él. El gas caliente a alta presión que se crea en la cámara de combustión es la fuente de energía para el motor a reacción. Este gas luego se precipita en el área de la turbina.

¿Cómo se ocupa la sección de la turbina de las temperaturas extremas?

La turbina está justo después de la cámara de combustión, por lo que es golpeada por los gases súper calientes. El trabajo de la turbina es tomar parte de esa energía del gas caliente para alimentar el compresor. Lo hace con numerosas filas de palas de turbina que parecen pequeñas alas. A medida que el gas caliente fluye más allá de las palas de la turbina, las hace girar a una velocidad muy alta. Este movimiento de giro se transfiere al compresor con un eje largo que los conecta. Los generadores que impulsan el compresor son una parte crucial del motor a reacción.

Las palas de la turbina deben ser realmente fuertes para cuidar la alta temperatura y la velocidad. Están hechas de metales especiales y, a menudo, tienen un acabado cerámico para protegerlas. Para evitar que las palas de la turbina y el disco de la turbina se derritan, se extrae aire increíble del compresor y se dirige a través de pequeños orificios en las palas. Este aire increíble forma una delgada capa protectora sobre la superficie de las palas. Este sistema de refrigeración es una parte crucial del diseño del motor a reacción. Sin él, la turbina no podría soportar el calor extremo de la cámara de combustión.

¿Cuál es la función del escape y la tobera en la creación de empuje?

Después de pasar por la turbina, el gas caliente todavía tiene mucha potencia. Este gas luego se mueve hacia el área de escape del motor a reacción. La tobera de escape es el componente trasero del motor a reacción. Su trabajo principal es tomar el gas caliente a alta presión y dispararlo por la parte trasera a una velocidad muy alta. De acuerdo con la tercera ley de actividad de Newton, para cada actividad, hay una reacción equivalente y opuesta. La actividad del gas que se dispara hacia atrás crea el empuje que empuja el avión hacia adelante.

La forma de la tobera de escape es extremadamente vital. Para los aviones que vuelan a velocidades subsónicas, se utiliza una tobera convergente básica que se estrecha al final. Esta forma ayuda a acelerar los gases de escape. Para los aviones supersónicos, se utiliza con frecuencia una tobera convergente-divergente más compleja. Este tipo de tobera puede manejar la velocidad y el nivel de temperatura extremadamente altos del gas de escape y crear mucho más empuje. Algunos diseños de motores a reacción también tienen un mezclador en el escape para mezclar el aire caliente del núcleo con el aire más frío del conducto de derivación. Esto puede hacer que el motor a reacción sea más silencioso y eficaz.

¿Puede un motor a reacción calentarse demasiado y cómo lo evitamos?

Sí, un motor a reacción puede calentarse demasiado. La gestión del nivel de temperatura es uno de los mayores desafíos en el diseño de motores a reacción. La cámara de combustión y el área de la turbina son los componentes más calientes. Si estas partes se calientan demasiado, pueden dañarse o incluso descongelarse. Para detener esto, los diseñadores han desarrollado medios inteligentes para enfriar el motor a reacción. Como dije, un método común es utilizar aire de purga del compresor.

Este aire frío se dirige a través de una serie de tuberías y conductos a los componentes calientes del motor. Por ejemplo, se utiliza para enfriar las palas de la turbina, el disco de la turbina y las paredes interiores de la cámara de combustión. Este sistema ayuda a mantener el nivel de temperatura de estos componentes principales dentro de un rango funcional seguro. Los sistemas de aire acondicionado en un motor a reacción contemporáneo son extremadamente intrincados y son una gran razón por la que estos motores son tan confiables y pueden funcionar durante miles de horas. El flujo de aire constante a través del motor también ayuda a transportar parte del calor.

¿Qué es un postquemador y cómo aumenta la velocidad?

Algunos aviones militares requieren una ráfaga adicional de velocidad, especialmente durante el despegue o en combate. Aquí es donde entra un postquemador. Un postquemador es una sección adicional agregada a la parte posterior del motor a reacción, después de la turbina y antes de la tobera de escape. Es principalmente una tubería larga donde se rocía mucho más combustible directamente en el gas de escape caliente y se agita. Esto crea una enorme cantidad de empuje adicional.

Cuando el postquemador se enciende, se puede ver una gran llama saliendo de la parte trasera del motor a reacción. Es un dispositivo muy potente, pero también utiliza una gran cantidad de combustible. Es por eso que solo se utiliza durante breves períodos cuando se necesita el máximo empuje para alcanzar la velocidad supersónica. El postquemador puede mejorar el empuje de un motor a reacción en un 50% o más. Sin embargo, también aumenta en gran medida la temperatura de los gases de escape, por lo que el postquemador y la tobera deben estar hechos de materiales que puedan soportar este calor extremo.

¿Exactamente cómo impulsan el eje y la caja de engranajes accesorios a la aeronave?

Hemos discutido el eje principal que conecta el compresor y la turbina. Este eje es la base del motor a reacción, moviendo la energía mecánica de la turbina al compresor. Pero hay otra parte importante llamada transmisión de accesorios. El motor a reacción no solo ofrece empuje para el avión; también alimenta muchos de sus otros sistemas.

La caja de cambios de accesorios está conectada al eje principal con un conjunto de engranajes. Es similar a la toma de fuerza de un tractor. Impulsa cosas como:

• La bomba de combustible para el sistema de combustible del motor a reacción.
• La bomba hidráulica para los controles de viaje del avión.
• El generador eléctrico para los sistemas eléctricos del avión.

Por lo tanto, si bien el trabajo principal del motor a reacción es desarrollar empuje, también sirve como una central nuclear para todo el avión. El eje y la caja de cambios son vitales para que esto suceda.

¿Qué diferencia a los motores a reacción de Rolls-Royce y General Electric?

Rolls-Royce y General Electric son 2 de los nombres más importantes en el mundo de los motores a reacción. He tenido la oportunidad de investigar diseños de motores a reacción de ambas empresas, y si bien todos se ocupan de los mismos principios básicos, existen algunas distinciones de estilo interesantes. Una distinción notable permanece en la variedad de ejes.

Numerosos motores a reacción de General Electric utilizan un diseño de dos ejes. Esto significa que hay un eje que conecta un compresor de baja presión y una turbina de baja presión, y un segundo eje separado para el compresor de alta presión y la turbina de alta presión. Rolls-Royce es conocido por su diseño de motor a reacción de tres ejes. Esto agrega un compresor y una turbina de presión intermedia, cada uno por sí solo. El concepto detrás del estilo de tres ejes es que cada área del compresor y la turbina puede girar a su propia velocidad óptima, lo que puede hacer que el motor a reacción sea más eficiente. Ambos diseños tienen sus ventajas y desventajas, y ambas empresas fabrican motores a reacción increíblemente confiables y efectivos.

Puntos secretos para recordar sobre las piezas del motor a reacción:

• Un motor a reacción funciona absorbiendo aire, comprimiéndolo, mezclándolo con combustible, quemando la combinación y luego disparando el gas caliente por la parte trasera para desarrollar empuje.
• Los componentes principales son la entrada de aire, el compresor, la cámara de combustión, la turbina y la tobera de escape.
• El compresor presiona el aire a una alta presión antes de que entre en la cámara de combustión.
• La cámara de combustión es donde el combustible se mezcla con el aire y se derrite, creando gas caliente a alta presión.
• La turbina toma energía del gas caliente para alimentar el compresor.
• La tobera de escape acelera el gas caliente a medida que sale del motor, creando empuje.
• Los sistemas de refrigeración son extremadamente importantes para evitar que los componentes calientes del motor a reacción se dañen.
• Se puede utilizar un postquemador para obtener un gran aumento en el empuje, pero utiliza una gran cantidad de combustible.