Factores que afectan el desarrollo o el desempeño del motor de combustión interna rotativo.docx

Flores Moreno Antonio de Jesús

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Factores que afectan el desarrollo o el desempeño del motor de combustión interna rotativo

Turbinas En empuje de despegue, un motor está funcionando más próximo a sus capacidades físicas y estructurales estructurales totales que durante cualquier otra fase de funcionamiento. Por razones de seguridad así como también para asegurar una máxima vida en servicio de los componentes del motor. Los efectos combinados de las altas temperaturas y las altas velocidades del motor conducen a esfuerzos de rupturas y a una oxidación progresiva intergranular de los alabes de turbina Los álabes soportan muy altas temperaturas y de manera muy brusca, por lo que tienen que soportar esfuerzos de contracción y dilatación (expansión) Los procesos tradicionales de construcción de álabes producen una red cristalina (como granitos, pequeños poros). Inconveniente Inconveniente estos poros le dan debilidad a la estructura. Los otros tipos (derecha) se consiguen al mejorar la fabricación de los álabes (más resistentes). Por dentro son como un grafito y no tendrán estos poros ni grieta, evitando la corrosión interna. Ruido Principal fuente de ruido son compresor, turbina y tobera de escape. Inconvenientes: causan más fricción con el aire (disminuye el empuje), aumenta el consumo de combustible. combustible.

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 Altitud  A medida que ascendemos, la presión y temperatura disminuyen. Al reducirse la presión, la densidad también disminuye, por lo que el gasto másico es menor. Consecuencia el empuje disminuye. Nota: a partir de la tropopausa, al mantenerse la temperatura constante (-56,5ºC) y la presión que sigue disminuyendo, el empuje se reducirá drásticamente. Este es uno de los motivos por los que los vuelos estratosféricos con motores de turbina subsónicos no son viables.

Velocidad Teóricamente, si la velocidad de avance de la aeronave aumenta el empuje disminuye. Esta conclusión se puede sacar observándose la fórmula del empuje:

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=ṁ (

–

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)

 Al aumentar la velocidad, las líneas de corriente convergen y se juntan en la toma de aire, es decir, que no son a tiempo de correr por arriba y por debajo. Esto genera un aumento de presión (compresibilidad del aire), que hace aumentar el gasto másico. Cámaras de combustión Las características funcionales y problemas operacionales de las cámaras de combustión son su rendimiento, pérdidas de presión, intensidad de la combustión, distribución de temperaturas a la salida y problemas de contaminación atmosférica. El problema que se considera potencialmente importante es la emisión de óxidos de nitrógeno en la alta atmósfera por su posible influencia en la disminución de la capa de ozono. Pompaje o pérdida del compresor El "pompaje" o la "pérdida del compresor", es una situación anormal que es el resultado de la aparición del fenómeno de pérdida en los alabes del compresor de un motor a reacción con turbina de gas. Debido a la aparición de esta pérdida en los álabes del compresor, este pierde la habilidad de comprimir correctamente al aire necesario para la combustión, lo que causa un caída brusca de la potencia que solo puede ser suprimida por la disminución del flujo de combustible a la cámara de combustión Causas El "pompaje" o "pérdida del compresor" son pérdidas aerodinámicas durante las cuales los álabes del compresor exceden sus posibilidades de sustentación. Este puede ocurrir por varias razones y trae como consecuencia que el compresor pierda su potencia o se pase de los límites para los que fue diseñado.

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TIPOS PERDIDAS ROTACIONALES: Las pérdidas rotacionales son una perturbación local del flujo de aire del compresor, en la cual, a pesar de que este sigue comprimiendo el aire, un grupo de álabes de un rotor cualquiera caen en pérdida sin llegar a desestabilizar el trabajo del compresor. Estos álabes crean zonas turbulentas que rotan en la dirección en la que gira la etapa del rotor en la que se encuentran los álabes afectados. Las pérdidas locales reducen en gran medida la relación de compresión, afectado la eficiencia del compresor y aumentando las cargas estructurales a las que son sometidos los álabes. En muchos casos, los álabes del compresor pierden la capacidad de estabilizar las perturbaciones y las áreas turbulentas crecen y se convierten en un pérdida total del compresor. SOBRECARGA DEL COMPRESOR La "sobrecarga del compresor" o "sobrecarga de presión" es la caída total de la compresión en el compresor del motor como resultado de la reversión del flujo de aire y la expulsión violenta del mismo por el canal de entrada. Los compresores de los motores a reacción tienen un límite a partir del cual ya no pueden aumentar más la presión del aire. Debido a un exceso extremo de aire a la entrada del compresor, este alcanza el límite de presión máxima posible y por lo tanto pierde la habilidad de comprimir y el exceso de aire es rechazado. Por lo tanto, también pierde la posibilidad de corregir las perturbaciones creadas por las pérdidas rotacionales que se propagan por todo el compresor convirtiéndose en un pompaje o pérdida total del compresor.

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Factores que afectan el desempeño del compresor 

Daño a los componentes del compresor causados por la ingestión de objetos extraños. Uno de los casos más comunes en la aviación comercial es el choque con aves en vuelo, al ser succionadas por lo motores, estos animales causas un gran daño a los álabes del compresor, lo que causa el pompage en el mismo.

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Elementos del compresor con presencia de corrosión o contaminación de otros tipos.

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Ingestión de polvo en cantidades extremas o arena.

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El flujo llegando a los tomas de entrada de aire bajo grandes ángulos de ataque.

Factores que aumentan las cargas en el compresor 

Cuando el avión sobrepasa sus límites de explotación al realizar maniobras extremas que separan el flujo de aire de los canales de entrada de aire al motor.



El vuelo en muy bajas temperaturas que forma capas de hielo en los bordes del canal de entrada de aire al motor.



Funcionamiento del motor fuera de los regímenes establecidos: Aumento brusco del empuje que causa una desincronización de los componentes del motor.

  Aire

turbulento y caliente que baña el canal de entrada de aire al motor: Uso de la reversa del motor a muy baja velocidad, que resulta en la ingestión del aire caliente turbulento y en el caso de aviones militares, la ingestión de los gases del disparo de misiles y cohetes.

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Efectos 

El pompaje del motor es reconocible inmediatamente porque produce una explosión muy sonora que proviene del motor, que puede repetirse continuamente mientras se mantengan las condiciones que la crean. Reportes de llamaradas que se eyectan del motor son comunes durante la estos fenómenos de pérdida. Estos fenómenos pueden venir acompañados de un aumento de la temperatura y de las revoluciones debido a la reducción del trabajo del compresor y en el caso de los aviones con múltiples motores, pueden originar un resbalamiento en la dirección del motor afectado, al perder el empuje. Grandes fuerzas de estrés pueden afectar al motor y a la estructura, debido a la gran resistencia aerodinámica que crea el compresor del motor afectado.

Medidas para evitar el pompaje 

La medida fundamental en casi todos los motores turborreactores es la diminución inmediata del empuje del motor afectado. Sin embargo existen toda una serie de medidas constructivas que han agregado los fabricantes para evitar este fenómeno:

- La creación de válvulas especiales en la etapa del compresor que drenan el exceso de aire en caso de sobrecarga. - Incorporación de ventanillas en los canales de entrada de aire al motor que garantizan que este reciba la cantidad necesaria en todo momento. - Dispositivos automáticos que regulan el ángulo de ataque de los álabes del estator del compresor, aumentando de esta manera su resistencia para entrar en el fenómeno de pérdida.

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Sistemas de refrigeración: Es quizá el sistema mas importante del conjunto, ya que sin el no se podría realizar trayectos superiores a unos pocos minutos. El objetivo del sistema es muy sencillo refrigerar el turborreactor para contrarrestar las altas temperaturas que este puede llagar a alcanzar. Sistema de lubricación del motor: El objetivo de la lubricación es de disminuir el rozamiento entre las piezas mecánicas, mejorando el rendimiento del motor, evitando calentamientos y reduciendo el desgaste entre las piezas. Sistema de protección contra el hielo en la admisión: Es frecuente que en los vuelos de alta altura la temperatura exterior baje de los 0 grados centígrados, por lo que el empuje de los rectores se ve afectado simplemente por la formación del hielo en la admisión, siendo los compresores auxiliares los mas afectados por el hielo En general en una aeronave el desempeño cambia con cualquier cosa que afecte el flujo de masa de aire de admisión. Si disminuye la temperatura ambiente, se induce un aumento en la densidad del aire en la sucesión del compresor y, para una velocidad constante esto se traduce en un incremento en el flujo másico. Cuando la presión atmosférica disminuye, la densidad del aire baja, lo que, a su vez, reduce el flujo de masa hacia la turbina. El combustible también influye en el rendimiento.

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Factores que afectan el desarrollo o desempeño de M.C.I.A. Rotativos 

Numero de mach (Régimen de vuelo).

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Efectos de la velocidad da la aeronave.

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Efectos de la altitud de la aeronave.

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Post - combustión.

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Tipo de operación

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Régimen de operación bajo las tablas ISA

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Configuración de los MCIA Rotativos