¿Sabes en verdad cómo funciona un motor a reacción?

Los motores a reacción son una maravilla de la ingeniería permitiendo a gigantes máquinas de metal surcar los cielos, pero ¿sabes cómo es que funcionan internamente? La estructura interna de estos motores te dejará asombrado.

Se debe aclarar, los motores a reacción le proporcionan empuje a la aeronave a través de la fuerza generada en el sentido opuesto de la expulsión de los gases, recordemos la tercera ley de Newton, para cada acción hay una reacción de igual magnitud, pero en sentido contrario.

Imagen de SMU

Los motores a reacción constan de cinco secciones principales, que son: Entrada de aire, compresor, cámara de combustión, turbina y escape. Veamos detalladamente cada una de estas secciones.

La entrada de aire es un conducto de forma divergente, esto produce un aumento de presión del aire (Principio de Bernoulli) seguido por una reducción en la velocidad una vez pasa por la entrada. Como se puede observar en la imagen inferior, las entradas de aire subsónicas tienen contornos bien redondeados y suaves, esto es con el fin de evitar la producción de turbulencia cuando la aeronave se encuentre realizando un viraje o en condiciones de turbulencia, esto significa que las pérdidas de energía son minimizadas.

imagen de KLM

Como se menciona en el párrafo anterior, son entradas de aire subsónicas, esta forma sometida a velocidad sónicas seria traducido en una reducción de eficiencia, pues se formarían ondas de choque en las entradas de aire.

El compresor se encuentra ubicado detrás de la toma de aire, tiene como función convertir la energía cinética (velocidad) en energía potencial (presión), o en palabras más simples, incrementar la presión del aire antes de introducirlo a la cámara de combustión, este proceso de compresión en el aire genera un incremento muy elevado en la temperatura (600°C aproximadamente). El empuje producido por el motor es mayor cuanto mayor es la compresión.

Existen tres tipos de compresores:

  • Centrífugo,estos se encargan de comprimir el aire desde el centro y posterior dirigir el aire hacia el exterior. Este tipo de compresor está compuesto por: el impulsor, difusor y el colector de compresión (Imagen derecha).
  • Axial, este tipo de compresor comprime el aire a través del centro, está compuesto por juegos de palas de estatores y rotores.  Generalmente este tipo de compresor tiene varias etapas, estando dividido en compresor de baja (N1) y alta presión (N2), (Imagen izquierda).
  • Centrifugo-axial, que sería una combinación de los dos anteriores.

El objetivo de la cámara de combustión es contener la mezcla de aire – combustible, una vez ocurre la ignición de la mezcla la presión constante dentro de la cámara aumenta considerablemente al igual que la temperatura, pudiendo alcanzar temperaturas mayores a los 2000°C. Internamente el flujo de aire se divide en tres:

  • El aire primario que corresponde aproximadamente el 20% del total, se utiliza en el proceso de mezclado con el combustible.
  • El aire secundario equivale aproximadamente a un 20% del aire total, el destino de esta cantidad de aire es ingresar a la cámara de combustión mediante unos orificios, que al pasar por estos se forman torbellinos que al mezclarse con el combustible producen una mejor explosión. 
  • El aire terciario corresponde aproximadamente un 60% del total de aire, esta porción de aire no ingresa a la cámara de combustión, más se mezcla con el aire saliente de ella para enfriarlo de los casi 2000°C hasta entre 1000°C – 1500°C, para evitar un mayor desgaste en los álabes de la sección de turbina es que se destina esta porción de aire a refrigeración.

Existen tres tipos de cámaras de combustión: Anular, Tubo-anular y Tubular. (en ese orden ilustrados en la imagen inferior).

imagenes de Rolls-Royce

La sección de turbina, que es el nombre por el cual se conoce popularmente este tipo de motores, aunque de manera errada. Esta sección tiene como objetivo acelerar el aire y transformar la energía (potencial y cinética) del aire en movimiento en energía mecánica. La sección de turbina se encuentra conectada a través de un eje con la sección del compresor, llamado spool, de esta manera se transmite el movimiento hacia el compresor, haciendo que el motor tenga una operación auto-suficiente.

La turbina está compuesta por estatores y rotores. El estator son superficies fijas que se encargan de transformar la alta presión del aire en energía cinética (mayor velocidad del aire). Los rotores son las superficies móviles que se encuentran conectadas al spool, por lo tanto, transmiten la energía mecánica que hace mover el eje.

La temperatura máxima que soporta la turbina determina también el máximo empuje que puede producir el motor a reacción, gracias a que si esta sección puede soportar temperaturas más altas podrá producir mayor empuje.

El objetivo de la sección de escape es la expulsión de los gases que pasaron anteriormente por la sección de turbina con la dirección correcta y la óptima velocidad. Esta sección está conformada principalmente dos partes: Cono del escape y boquilla propulsadora o tobera.

Imagen de Wikimedia

Tanto el cono del escape como la boquilla propulsadora (o tobera) en aviones subsónicos tienen una forma convergente, esto permite que los flujos de gases de alta presión salientes de la sección de turbina sean transformados en velocidad (Bernoulli). la velocidad de los gases salientes de la sección de escape es mucho mayor que la velocidad del aire ingresando al motor, esto da como resultado el empuje.

Artículo redactado por: Rafael Paccieri F.

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