CICLOS IDEALES DE PROPULSIÓN POR REACCIÓN

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA TEMA: •

 CICLOS IDEALES DE PROPULSIÓN POR REACCIÓN

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En el ciclo de propulsión por reacción ideal los gases se expanden hasta una presión tal que la potencia producida por la turbina es suficiente para accionar tanto el compresor como el equipo auxiliar, por ejemplo un generador pequeño y bombas hidráulicas.  En otras palabras la salida de trabajo neto de un ciclo de propulsión por reacción es cero.  En cambio el ciclo Brayton ideal en que los gases no se expanden hasta la presión ambiente en la turbina.

MOTORES DE TURBINA DE GAS •

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Son muy utilizados para impulsar aeronaves porque son ligeros , compactos y tienen una elevada relación entre potencia y peso.  Los gases que salen de una turbina a una presión alta se aceleran en una tobera para proporcionar el empuje que impulsa al avión. Operan a mayores relaciones de presión (10 -25) y el fluido pasa primero a través de un difusor, donde se desacelera y su presión se incrementa antes de que entre al comprensor.   Los aviones son impulsados por la aceleración de un fluido en la dirección opuesta a su movimiento .

DIAGRAMA T-sDEL CICLO DE TURBORREACTOR

La presión del aire se eleva ligeramente cuando éste se desacelera en el difusor. Después el aire se comprime en el compresor y se combina con combustible en la cámara de combustión, donde esta mezcla se quema a presión constante. Los gases de combustión a alta presión y alta temperatura se expanden parcialmente en la turbina, entonces producen la suficiente potencia para accionar el compresor y otros equipos. Finalmente, los gases se expanden en una tobera hasta la presión ambiente y salen del motor a alta velocidad.

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El empuje desarrollado por un turborreactor es la fuerza no balanceada que está causada por la diferencia en la cantidad de movimiento con que el aire a baja velocidad entra al motor y con que los gases de escape de alta velocidad salen de él; esto se determina de la segunda ley de Newton. Las presiones en la entrada y la salida del turborreactor son idénticas (la presión ambiente), por lo tanto el empuje neto desarrollado por el motor es

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 Donde V salida es la velocidad de salida de los gases de escape y V entrada es la velocidad de entrada del aire, ambas relativas al avión. Así, para una aeronave que vuele en un aire sin corrientes, V entrada es la velocidad de la aeronave y  m se toma como el flujo másico del aire en el motor

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 La potencia desarrollada a partir del empuje de una máquina recibe el nombre de potencia de propulsión WP, que es la   fuerza de propulsión (empuje) por la distancia   en que esta fuerza actúa sobre el avión por unidad de tiempo; es decir, el empuje multiplicado por la velocidad del avión

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 El trabajo neto desarrollado por un turborreactor es cero. La salida deseada en un turborreactor es la potencia producida para impulsar el avión WP, y la entrada requerida es el calor liberado por el combustible Qentrada. La relación de estas dos cantidades se llama eficiencia de propulsión y está dada por,

EJERCICIO •

Se considera un ciclo regenerativo de turbina de gas con dos etapas de compresión y dos etapas de expansión. Se debe determinar el caudal mínimo de flujo de masa necesario para desarrollar una potencia de salida neta específica.

EJERCICIO •

 Suposiciones : •

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1 El argón es un gas ideal con calores específicos constantes. 2 Los cambios de energía cinética y potencial son insignificantes.

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  Propiedades: •

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Las propiedades del argón a temperatura ambiente son cp = 0.5203 kJ / kg.K yk = 1.667 (Tabla A-2a).

 Análisis •

 El caudal másico será mínimo cuando el ciclo sea ideal. Es decir, la turbina y los compresores son isoentrópicos, el regenerador tiene una eficacia del 100% y las relaciones de compresión en cada etapa de compresión o expansión son idénticas. En nuestro caso, es rp = 9 = 3. Entonces las entradas de trabajo para cada etapa del compresor son idénticas, al igual que las salidas de trabajo de cada etapa de la turbina.

EJERCICIO