¿Qué es un motor a reacción?
Un motor a reacción es una máquina que produce un empuje,
realizando una serie de transformaciones termodinámicas a un fluído (aire).
Para comprender mejor esto, vamos a empezar diciendo las leyes físicas que
rigen el funcionamiento de un motor de reacción. Éste se basa en la 2ª y 3ª ley
de Newton.
2ª Ley: "El aumento en la cantidad de movimiento es
igual al impulso de la fuerza aplicada".
3ª Ley: "A toda acción le corresponde una reacción
igual y de sentido contrario"
Al aire hay que aplicarle una serie de transformaciones
termodinámicas para conseguir que salga acelerado.
El motor a reacción le aplica al fluido las mismas
transformaciones que se desarrollan en un motor de explosión (el de los coches,
normal y corriente), esto es: compresión, explosión/expansión.
En el cilindro de un motor de explosión, lo primero entra la
mezcla aire combustible. Una vez está en el cilindro, éste sube comprimiendo la
mezcla. Cuando el cilindro está arriba, y la mezcla bien comprimida, se
enciende la bujía, que hace que la mezcla se queme. Ésta explota, y expande los
gases, empujando el cilindro hacia abajo. Después el cilindro sube, con la
válvula de escape abierta, sacando los gases. La explosión de la mezcla, al
hacer bajar el cilindro, es la que hace que se mueva el cigüeñal, y éste hace
que se muevan las ruedas (o hélice, en un avión). Si se representa en un
gráfico presión-volumen, las condiciones del fluído describen una línea
cerrada, y el área encerrada en la misma es el trabajo que hemos aportado al
fluido.
En el reactor ocurre lo mismo: el aire entra por delante, se
comprime en el compresor, se quema en la cámara de combustión y se expulsa a
través de la tobera. La diferencia es que se expulsa muy rápido, y eso produce
el empuje (3ª ley de Newton).
Partes de un motor a reacción
Un reactor clásico, del tipo "turboreactor", consta de
las siguientes partes :
El compresor más habitual en
estos tiempos es el axial Su función es absorber aire y comprimirlo.
Como véis, está formado por unos
discos con álabes que dan vueltas, y otros que están quietos. Los que giran se
llaman "ROTOR", y los que están quietos se llaman
"ESTÁTOR". Huelga decir que los álabes son aerodinámicos, como los
perfiles de las alas. La misión del rotor es aportar una energía cinética al
fluído, una velocidad, vaya. Después, ese incremento de energía cinética se
convierte en un incremento de presión en el estator, ya que sus álabes forman
conductos divergentes (si el aire atraviesa un conducto divergente, su
velocidad disminuye y su presión aumenta, y si es convergente, al revés).
Una vez el fluído ha pasado el
compresor, su presión es elevada. Ahora es el momento de inyectarle combustible
y quemarlo.
Es muy sencillo, el aire llega
comprimido, y se divide en dos flujos. El flujo primario se introduce en el
"tubo de llama", se inyecta combustible con un vaporizador y a través
de una bujía, se inflama la mezcla. La temperatura alcanza 1700-2000ºC. El
flujo secundario va entre el tubo de llama y la carcasa (cárter) refrigerando
el material del tubo a base de crear una película de aire. Al final de la
cámara, el flujo secundario se mezcla con el primario para bajar la temperatura
hasta unos 200-500ºC. Si no se hiciese esto, la turbina (que es el elemento que
viene después de la cámara de combustión) se fundiría.
Una turbina es un elemento
rotativo, al que un agente exterior hace girar para producir un trabajo.
Cuando el aire atraviesa la
turbina, la mueve como si fuese un molino. Y la turbina está conectada mediante
un eje al compresor. También está conectada a un generador eléctrico. Vamos,
que la turbina cuando gira, mueve al compresor y además genera electricidad. Es
exactamente lo mismo que un generador eólico, o que una central hidroeléctrica.
Eso es una turbina.
La turbina, al igual que el
compresor, está formada por discos con álabes que giran (Rotor) y otros que
están quietos (Estátor). La diferencia con respecto al compresor es que el
estátor va antes del rotor, y sirve para exactamente lo contrario que en el
compresor: en este estátor se transforma la presión en energía cinética, y el
rotor es movido por el aire, desarrollando trabajo.
En torno a 1/3 de la potencia de
los gases se usa para mover la turbina y con ella el compresor. Los otros 2/3
son los que se encargan de obtener empuje a la salida.
En la tobera los gases se
expanden, adquiriendo velocidad. Después, salen a la atmósfera. El empuje es
función de la diferencia de velocidades entre la salida y la entrada del motor.
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By
Ronald
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