Relación de dilución

La relación de dilución, también conocida en la forma inglesa de la relación de derivación, BPR o la relación de la derivación, es un parámetro de diseño del turborreactor de doble flujo (turbofan) que indica la relación entre el flujo en la masa del secundario (o frío), es decir, el caudal másico del aire que pasa a través de la derivación, y el flujo en la masa primaria (o calor), o procesado por el compresor, el combustor y la turbina. Una relación de derivación de 10: 1, por ejemplo, indica que por cada kilogramo de aire que pasa a través de la cámara de combustión hay diez derivaciones. En los motores de alta relación de dilución, la mayor parte del empuje es generado por el ventilador en lugar de la expansión de los gases de combustión en la boquilla de escape. Estos motores se caracterizan por un bajo consumo específico y bajo nivel de ruido y se utilizan generalmente en aviones de transporte. Los motores BPR bajos, más cercanos a las características de un turborreactor simple, son los preferidos para aplicaciones donde se requiere una alta velocidad de vuelo (también supersónica) y una alta relación empuje/peso. Hoy en día se emplean típicamente en aviones de combate militares.

Un motor a reacción genera el empuje acelerando un fluido que, en el caso de un exorreactor como el turborreactor o el turborreactor, consiste esencialmente en el aire circundante que fluye y se procesa en el motor. En el caso de un turborreactor, una parte de la energía química del combustible liberado en la cámara de combustión en forma de energía térmica se convierte en energía mecánica por la turbina. Esta parte de la energía mecánica no se utiliza con fines propulsivos, sino solo para mantener el compresor en rotación. Una parte de la energía térmica se transforma en energía cinética en la boquilla de descarga, generando, por el principio de acción y reacción, el empuje. En cambio, en un turbohélice, la turbina extrae del fluido procesado por el motor, una mayor cantidad de energía mecánica necesaria para mantener la rotación de la hélice para acelerar el aire fuera del motor, dejándolo en el chorro, la cantidad de energía (térmica y cinética) mínima. El turbofán, a su vez, puede considerarse conceptualmente como un caso intermedio entre los dos anteriores, con el ventilador asimilable a una hélice intubada, pero con un chorro en el que una cantidad no despreciable de energía sigue estando disponible para la propulsión. En términos de la relación de bypass, un turbofán con BPR=0 tendrá el rendimiento de un turborreactor; por el contrario, con BPR muy alto (~ 100), tendrá el rendimiento de un turbohélice. El turbofán se puede dividir en dos subclases: un flujo Asociado, en el que el flujo frío y el flujo caliente se unen aguas arriba de la boquilla de escape común y un flujo separado, en el que el flujo frío se descarga aguas arriba y fuera de la boquilla de escape dedicada solo al flujo caliente.

Teniendo en cuenta, por simplicidad, el empuje de un turbofán fluye asociado con una boquilla adaptada y descuidando la contribución del flujo másico de combustible es que el empuje es : donde: un solo empuje, entonces, puede obtenerse (a la misma velocidad de vuelo), con menor caudal pero BPR mayor (mayor caudal de aire en el flujo frío) o con mayor caudal y BPR menor. Dejando a un lado como arriba las contribuciones del caudal másico del combustible, la potencia propulsora vale la pena: mientras que la potencia disipada en el chorro vale la pena: definir la potencia del chorro ( P j {\displaystyle P_ {j}} ) como la suma de la potencia propulsiva y la potencia disipada, el rendimiento propulsivo igual a: sustitución u y {\displaystyle u_{e}} con el valor obtenido a partir de la expresión del empuje se obtiene: esta relación muestra cómo, a igual empuje y velocidad de vuelo, la eficiencia propulsiva aumenta a medida que aumenta el caudal del aire tratado Para evaluar el costo de este empuje, es decir, la cantidad de energía requerida en la producción del empuje, debe considerar la eficiencia entre la potencia disponible (debido a la energía química del combustible) a la potencia de propulsión (la que realmente se usa para la bicicleta) y la potencia disipada (o residual) del chorro. El consumo específico, por otro lado, se puede escribir como: donde f {\displaystyle F} indica la relación entre el caudal másico del combustible y el caudal caliente. Aquí, también, a igual empuje, el aumento en el caudal del flujo frío causa la disminución en el consumo específico, simultáneamente con la disminución del caudal promedio.

Un aumento en la relación de bypass tiene una influencia beneficiosa en el rendimiento propulsivo y, en consecuencia, en el consumo específico, lo que permite a la aeronave que lo utiliza una mayor autonomía. Además, acelerar una mayor masa de aire a una velocidad más baja resulta en una reducción de las emisiones sonoras, ya que el ruido generado es proporcional a la octava potencia de la velocidad del chorro. Estas dos propiedades hacen que el turbofán de alto BPR sea particularmente popular en los aviones de transporte civil subsónico, lo que puede reducir el consumo de combustible y reducir el impacto de la contaminación acústica alrededor de los aeropuertos. Sin embargo, a medida que aumenta el BPR, también aumenta el peso, las dimensiones y la resistencia aerodinámica del motor en fases de vuelo donde no se requiere un empuje máximo, lo que puede ser incompatible con las especificaciones de diseño de la aeronave. Por el contrario, se prefiere una alta velocidad de escape en vuelo supersónico donde los motores con alto BPR muestran peores rendimientos (y consumo) que los motores con bajo BPR (o en el límite, cero). Por esta razón, los aviones de combate suelen utilizar turbofanes con una relación de derivación entre 0 y 1, y están asociados con postcombustiones que se benefician del suministro de oxígeno del flujo en frío y que permiten aumentos considerables en el empuje (aunque temporales) sin sacrificar la compacidad y la ligereza.

Motores de avión

Motor turborreactor

El motor turborreactor es un tipo de motor de avión de ciclo combinado que combina las características de un turborreactor con las de un estatorato. Un ejemplo ...
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