martes, 17 de abril de 2007

VOLANDO A REACCIÓN


Poco después de conseguir que sus aviones volaran, los humanos se plantearon aprovechar aquella nueva habilidad para hacer lo que su instinto siempre les está pidiendo que hagan: ganar dinero. Fue así como nacieron las primeras líneas aéreas. En aquellos años los aviones no tenían demasiado alcance ni eran muy rápidos, de modo que los viajes eran largos, tediosos e incómodos, con muchas escalas, mucho ruido y mucho traqueteo.

Rohrbach R-VIII Roland, uno de los primeros aviones de Iberia

Como ya sabéis, los humanos siempre quieren más de lo que tienen, así que, siendo que aquello no les bastaba, hicieron que los aviones fueran más grandes y más rápidos y de mayor alcance. Pero seguía habiendo mucho traqueteo.

Ya hemos explicado que el traqueteo está causado por turbulencias en el aire. Estas turbulencias son producidas por corrientes de convección en toda la troposfera, así que los humanos pensaron que si volaban por encima de ella (a unos 10.000 metros) podrían esquivarlas. Pero volar tan alto tiene sus inconvenientes.

Capas de la atmósfera

Para empezar, según el modelo ISA, a 10.000 metros la densidad del aire es de 0,413 kg/m^3 (al nivel del mar es de 1,225 kg/m^3), lo que hace que respirar sea imposible para los humanos (por supuesto, hay aves que no tienen ningún problema en alcanzar o incluso superar esas altitudes, a pulmón libre y tan a gusto... hasta que llega un avión y se las traga, como le pasó a un pobre buitre de Rueppell al que se le ocurrió volar a 11.550 metros, y que ostenta -póstumamente- el récord de vuelo a mayor altitud).

Pobre buitre de Rueppell

La baja densidad del aire les obligó a presurizar los aviones. Pero se encontraron además con otro gran inconveniente: debido a esa baja densidad, los motores alternativos de hélice no funcionan bien a tanta altitud. Esto, junto con otras limitaciones (la hélice pierde eficiencia cuando la punta de pala alcanza la velocidad del sonido), llevó al desarrollo de los motores a reacción.

Vamos a responder ahora a esa pregunta sin resolver que tiene en vilo a la mayoría de los chorlitos: ¿cómo funciona un aerorreactor?

Diferenciemos primero entre motores alternativos y motores de combustión continua. El motor alternativo es el que llevan los coches, las motos y, en realidad, la mayoría de las cosas que se mueven hoy en día. Funciona con explosiones sincronizadas que mueven uno o varios pistones (en el interior de sendos cilindros), que por medio de bielas hacen girar un eje. La combustión se produce en el momento de la explosión. En cambio, un motor de combustión continua utiliza un flujo ininterrumpido de combustible para obtener empuje (por el principio de acción y reacción). Los cohetes y los turborreactores son motores de este tipo.

Ensayo de un motor Pratt and Whitney en la Base Robins de la USAF, Georgia, USA

Un turborreactor necesita aire para funcionar (es la principal diferencia con los motores cohete). Su forma básica es la de un tubo a través del cual fluye una corriente de aire, que es manipulada en varias etapas:

  1. Nada más entrar en el tubo, el aire se encuentra con un compresor (anillos de álabes que giran alrededor de un eje), que, como su propio nombre indica, comprime el aire y eleva su temperatura (es decir, aporta energía al fluido).
  2. Pasado el compresor está la cámara de combustión, donde se introduce el combustible, que se quema al entrar en contacto con el aire comprimido y caliente que sale del compresor, aumentando aún más su energía.
  3. Los gases calientes y a alta presión producidos en la combustión llegan después a la turbina, que es muy parecida al compresor (anillos de álabes que giran en torno a un eje), pero que funciona justo al revés: obtiene energía del flujo de gases, disminuyendo su temperatura y su presión y produciendo potencia. Esta potencia se emplea en su mayoría para mover el compresor al comienzo del ciclo, mediante un eje que lo conecta con la turbina (la potencia sobrante puede servir, entre otras cosas, para generar energía para los sistemas eléctricos del avión).
  4. Finalmente el flujo de gases sale al exterior a través de una tobera, con menos energía que en la cámara de combustión, pero aun así muy caliente y a gran velocidad en comparación con la atmósfera, lo que proporciona un empuje considerable por reacción.
Esquema de un turborreactor

Lo curioso de este sistema es que hemos entrado en otra recursión, esta vez energética. El compresor proporciona al aire energía para mover la turbina, y la turbina a su vez mueve el compresor, así que no hay forma de que el ciclo comience por sí solo. Es necesaria una fuente externa de energía para arrancar el compresor.

Los aviones comerciales modernos llevan turbofanes, que son iguales que el motor descrito más arriba, pero con un fan, o compresor de baja presión, en la toma de aire (que también es movido por la turbina). En este tipo de motor el flujo de aire se divide en dos (primario y secundario). El flujo primario atraviesa el ciclo antes descrito, y el secundario va directamente desde el fan a la tobera. Estos motores son más silenciosos y eficientes que los anteriores (hay que ahorrar combustible y procurar no molestar a los vecinos, ya se sabe; normas del buen ciudadano).

Esquema de un turbofan

Hay muchos más tipos de reactores, en función de las condiciones de operación y las características del ciclo de combustión, aunque los más utilizados son el turborreactor y el turbofán. Para aumentar la potencia producida por el ciclo puede incluirse un postcombustor tras la turbina, donde se introduce más combustible y se produce una segunda combustión que incrementa la energía del flujo de gases antes de salir por la tobera. Es un proceso poco eficiente (consume mucho combustible), pero es necesario, por ejemplo, para alcanzar velocidades de vuelo supersónicas.

Motor Pratt & Whitney J58 con postcombustor

Los humanos han satisfecho muchas de sus ambiciones con este invento (les entusiasma batir récords de velocidad). Incluso se da el caso de individuos que han acoplado un reactor a su coche, sin que realmente les importen las consecuencias de estamparse contra un muro a esas velocidades. Es sorprendente que se hayan extendido tanto por la superficie del planeta con esas tendencias tan claramente suicidas. Se trata, sin duda, de uno de los mayores enigmas de la evolución.

Escarabajo supersónico

37 piopíos:

omalaled dijo...

No me enseñaron reactores, aunque sí el ciclo termodinámico.

Una pregunta que siempre me ha rondado la cabeza. Puede que sea simple, pero ahí va. Cuando el aire llega, va a un compresor y entra en la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible y etc. La entrada nunca puede ser cerrada. La pregunta es: ¿por qué sale ese flujo de aire violentamente sólo hacia atrás y no hacia delante del reactor? ¿Cómo sabe el flujo el sentido donde tiene que ir?

Otra pregunta. El fan, en el fondo, no es más que un flujo de aire. ¿Por qué es más eficiente con un flujo que simplemente pasa sin ser quemado ni nada por el estilo? No es como los estatoreactores donde el aire sí se quema.

Lo siento: soy muy preguntón :-)

Salud!

Lyd dijo...

No pasa nada, haciendo preguntas es como se comprenden las cosas, y yo estoy encantada de responderlas ;)

A ver si he entendido bien tu pregunta: te refieres a por qué el flujo circula desde la toma de aire hacia la tobera y no en sentido contrario, ¿verdad?
Todo se debe al compresor y a la turbina, que son los que controlan el flujo de aire. Los dos están formados por hileras de álabes, que en realidad son como pequeños perfiles aerodinámicos (como las alas de los aviones; aquí se ve muy bien la forma que tienen). Al moverse el compresor, el aire (que inicialmente puede estar en reposo) tiene que seguir el recorrido impuesto por los álabes. La fuerza aerodinámica que las distintas etapas de compresión ejercen sobre él hace que fluya en la dirección correcta, con la velocidad, presión y temperatura exigidas por el diseño (estas variables pueden determinarse con la relación de compresión del compresor -presión de salida entre presión de entrada-, que es su parámetro de diseño más importante). El compresor permite obtener un flujo con unas características termodinámicas definidas, que es el que entrará en la cámara de combustión.
El flujo de aire ya posee, por tanto, la velocidad adecuada cuando entra en la cámara. La combustión hace que la presión y la temperatura suban (típicamente hasta unos 1400 grados kelvin y del orden de 700 kPa), y el flujo llega aún con más energía a la turbina. Los álabes de la turbina están diseñados para ser movidos por el flujo de gases (el proceso inverso al compresor), así que parte de la energía del flujo se invierte en hacerla girar, por lo que a la salida de la misma la presión, la temperatura y la velocidad son menores (aunque estamos hablando de velocidades de aproximadamente 500 m/s entre la turbina y la tobera). Al atravesar la tobera, los gases se enfrían y se aceleran (la forma de la tobera tiene mucha influencia en el chorro de salida), hasta velocidades del orden de los 800 m/s. En resumen, el flujo no "sabe" a dónde tiene que ir. Sencillamente no tiene otra opción (en sentido inverso el motor no funciona, por las mismas razones por las que un avión no podría volar hacia atrás).

Hablemos de fans. En un turborreactor de un solo flujo, la propulsión se obtiene gracias a la energía del chorro de gases de salida de la tobera. Un turbofan, por el contrario, aunque extrae algo de empuje del chorro de salida del flujo primario, obtiene la mayor parte de la propulsión gracias al fan. La energía del flujo primario se invierte en mover tanto el compresor como el fan, pero este último gira a una velocidad mucho más lenta (en comparación con la del compresor, claro, seguimos hablando de velocidades muy altas). Y funciona de manera parecida a una hélice convencional, con la diferencia de que está diseñado para obligar a que el flujo de aire que lo atraviesa sea siempre subsónico (si recuerdas, una de las limitaciones de las hélices era que en cuanto entraban en supersónico dejaban de funcionar bien). Y la realidad de los turborreactores es que la propulsión producida por el chorro de gases de la tobera es mucho menor que la que puede obtenerse de una hélice o un fan, que son mucho más eficientes (con menos energía pueden proporcionar el mismo empuje).

Los estatorreactores (ramjets) sólo funcionan con muy altas velocidades de vuelo, que permiten prescindir de un compresor que comprima y acelere el aire (y, por tanto, también de la turbina para mover el compresor). Por lo demás, siguen el mismo principio que un turborreactor, con el mismo problema de baja eficiencia (pero son el único medio viable para obtener empuje a velocidades hipersónicas).

En fin, espero haberte aclarado algo, porque el siguiente paso sería ponerme a escribir fórmulas...

omalaled dijo...

Muchas gracias. Lo de los fan me ha quedado claro, pero la otra duda me sigue rondando. Te lo explicaré de otra manera. En un coche se abre una válvula y el aire entra en el cilindro. Antes de la compresión, esa válvula de entrada se cierra, el pistón comprime y se da la combustión. El aire sólo tiene opción de empujar el pistón hacia abajo, pues la válvula de entrada, o sea, el camino de entrada, está totalmente cerrado.

Donde tengo la duda es que el reactor tiene el camino de entrada abierto. Sí, es verdad, en un lado tiene mayor presión que en el otro, pero la combustión debe tirar tanto hacia un sitio como para otro (poniéndose en la referencia del reactor, o sea que el reactor está parado y es el aire el que se mueve). Me dices que el aire se pone a 700 kPa, pero el aire de entrada no creo que esté a tanta presión. ¿Ves por dónde voy? la entrada de aire, aunque esté a mayor presión, creo que lo estará siempre a menos que la de la cámara de combustión y es un acceso libre, no como en un coche donde hemos cerrado la entrada. Algo de presión, o de energía debe perderse por ahí ... ¿no?

Y he ahí la duda :-)

Gracias por tu paciencia.

P.D. La foto del compresor es impresionante.

Proximo dijo...

No se si me falla la memoria pero también había un problema con la velocidad de salida del aire en la tobera, que no podia superar la velocidad del sonido. Para poder aumentarlo creo que se disminuia la densidad del aire. ¿No?

Proximo dijo...

omaled: No se si pillo tu pregunta, pero, te refieres a comprimir un fluido que no se encuentra en un volumen cerrado?

Si es así piensa en las bombas hidráulicas por ejemplo.

Si te referias a que el flujo de aire siempre va de mayor a menor presión, si tenemos una seccion tubular por la que pasa un fluido de izquierda a derecha, y esta sección aumenta, la presión aumentara a costa de la velocidad, pero el flujo seguirá yendo de izquierda a derecha.

No se si he ayudado o he liado esto más. (Proximo se está flagelando en señal de disculpa... :D )

Lyd dijo...

Vale, Omalaled, ahora me queda más claro. Es principalmente una cuestión de inercia. Lo que ocurre es que, dentro del cilindro, la subida del émbolo obliga a los gases a retroceder y comprimirse, por lo que si tienen una vía de escape saldrán del cilindro, así que tanto la válvula de admisión como la de escape están cerradas durante el segundo tiempo del ciclo (compresión). Pero el motivo de que quieran escapar es que el émbolo los está empujando. Ocurre lo mismo en la etapa de escape: se abre la válvula correspondiente cuando el pistón sube, para poder evacuar bien los gases. Y, de hecho, hay un momento en que la válvula de escape y la de admisión están abiertas a la vez, que aprovecha la inercia que llevan los gases de salida para que terminen de escapar, mientras se empiezan a introducir gases nuevos por la válvula de admisión.

En un turborreactor no hay un émbolo que haga retroceder al aire. Antes de entrar en la cámara de combustión, el compresor ya ha imprimido bastante velocidad al flujo. El combustible se inyecta también con cierta velocidad en la dirección del flujo, por lo que la inercia de los gases es grande dentro de la cámara de combustión (haría falta poner una barrera, como en el caso del émbolo, para que retrocediera). Y la presión dentro de la cámara no podría ser la responsable de un cambio de dirección del flujo, ya que normalmente siempre cae un poco (aunque muy poco), y en cualquier caso obligaría al fluido a ir desde la entrada de la cámara hacia la salida en la dirección correcta. He encontrado un diagrama estupendo donde se ven muy bien los cambios del flujo, échale un vistazo.

Es lo que dice próximo: si el flujo lleva cierta inercia es necesario un cambio de presión muy grande o una fuerza externa que la contrarreste para cambiar la dirección del movimiento.

Lyd dijo...

Próximo, no quise meterme a explicar con detalle las toberas porque tienen mucha chicha, y quizá se merecían un artículo aparte; pero intentaré ser breve y concisa y aclararte un poco (aunque en líneas generales estás en lo cierto).

Su comportamiento depende de la geometría (del área de la sección, en concreto). Hay varios tipos de toberas en función de si su sección va aumentando o disminuyendo.

En una tobera convergente no se puede superar la velocidad del sonido. La velocidad máxima que los gases prodrán alcanzar será exactamente Mach 1, y sólo en la garganta (la sección de salida). Cuando esto ocurre se dice que la tobera está "adaptada", y está funcionando en condiciones críticas (no puede sobrepasar ese límite).

Una tobera convergente-divergente, en cambio, es diferente. Este tipo de tobera tiene la forma aproximada de un diábolo (el juguete). Los gases siempre atraviesan la garganta a Mach 1, y en la zona divergente se consigue aumentar la velocidad a costa de disminuir la densidad, como bien dices, puesto que se cumple que ro1*v1*A1 = ro2*v2*A2 (ro es la densidad, v la velocidad y A el área de la sección). Es la ecuación del gasto, y significa que lo que entra por un lado sale por el otro (el gasto másico es constante).

Una tobera convergente-divergente es el único medio para conseguir una velocidad de salida de gases supersónica.

No te flageles, Próximo, por favor, que no es para tanto! ;)

Espero que la explicación te haya servido...

omalaled dijo...

Agradezco a ambos las explicaciones. La tengo ahora mucho más claro: no es nada despreciable (es decisiva) la energía de velocidad del fluido (si no recuerdo mal un medio de ro v cuadrado). Hmmmmm, lo anotaré en mi agenda :-)

Muchas gracias de nuevo.

Salud!

Guillermo dijo...

Vaya, yo no podría explicarlo mejor, aún así voy a hacer unas pequeñas anotaciones para quisquillosos. :)
Desde luego un avión no vuela hacia atrás, pero si se puede invertir el funcionamiento del motor, y de hecho se hace para disminuir la distancia necesaria para el aterrizaje de los aviones más grandes.
Por otro lado también existen los pulsorreactores. Estos tienen un sistema de válvulas que impide el retorno del flujo de un modo similar a los motores alternativos, pero son muy ruidosos y de poca durabilidad: el metal acaba rompiendo por fatiga en el mejor de los casos. Más tarde se mejoraron suprimiendo este sistema de válvulas pero tampoco estos resultan de interés en la aeronáutica.
Por haber hay muchos motores y sistemas inventados, aunque aquí de la Cuerva solo se ha referido a lo más empleado hoy día sin referirse a compresores centrífugos ni... (mejor no mareemos la perdiz).
Por último, decir que los únicos "coches" que alcanzaban grandes velocidades con reactores son los de la NASA, por lo que tengo entendido el New Beetle de la foto no llegó a alcanzar velocidades muy allá, y la scooter ni siquera funcionó (supongo que lo explica en su página, pero es larga y yo vago). Y la leyenda del tipo que se estampó al encender un JATO instalado en su coche es falsa, o eso dicen, yo no estuve para comprobarlo :D
Eso es todo, mis disculpas si meto la pata en algo.

Lyd dijo...

Gracias, Guillermo; siempre se agradecen las aportaciones. Sobre todo porque, aunque JdlC es infalible, yo no lo soy, y soy yo quien escribe los artículos. Y el traductor urraca-castellano aún deja bastante que desear xD

Yo tenía entendido que lo que hacen los aviones que utilizan el motor para frenar es deflectar el flujo hacia adelante, no invertir el funcionamiento del motor (en la Wikipedia hay un artículo que habla sobre ello). Puede que esté equivocada, pero estoy bastante segura (por lo que nos han enseñado y lo que he leído por ahí) de que el flujo sólo puede ir en un sentido.

En cuanto al pulsorreactor, la válvula se hace necesaria porque no hay un compresor creando una corriente de aire. Su funcionamiento se parece más al de un motor alternativo, y la verdad es que ya no entra dentro de la categoría de motores de combustión continua, aunque sí que es un motor a reacción.

Y bueno, el propósito de este blog es explicar las cosas de forma sencilla y concisa, únicamente para que cualquiera pueda entender cómo funcionan, aunque no haya estudiado una ingeniería. Por eso dejo siempre bastantes cosas en el tintero, pero para solucionar eso ya están los sitios como la Wikipedia (de hecho, siempre suelo enlazar con ella por si la gente quiere más información sobre algo en concreto). Si luego algún chorlito tiene más preguntas y quiere profundizar sobre el tema, yo estoy siempre dispuesta a ampliar la información (dentro de mis humildes conocimientos).

Y sí, tienes razón, el escarabajo impresiona más por el escándalo que monta que por la velocidad que alcanza (estuve viendo videos en Youtube). Está claro que para que algo funcione bien hay que tener en cuenta todos los aspectos de su diseño y hacerlo en condiciones. Pero bueno, me pareció una imagen divertida, y al fin y al cabo intento escribir el blog en clave de humor ;)

Muchas gracias otra vez por postear; te animo (a ti y a todos) a que lo hagas siempre que pienses que puedo estar equivocada en algo, ok?

omalaled dijo...

Hola, Guillermo. Coincido con Lyd.

De hecho, antes del 11-S (cuando todavía se podía ir a las cabinas) se lo pregunté a un piloto en un y que me dijo que el mtor giraba entre 9000 y 12000 y era imposible en ese tiempo parar y encender hacia atrás.

Y basta fijarte en un avión comercial al tomar tierra y ver que realmente el reactor abre unas compuertas para invertir el flujo.

Salud!
Salud!

Guillermo dijo...

Tengo que admitir que no me moleste en informarme un poco antes de poner el comentario xD Tan solo me basaba en unos videos que recuerdo haber visto, uno de ellos cuando aún no sabía nada de aeromotores, por lo que puedo estar equivoacado, pero creo que era de un turborreactor puro en banco funcionando al revés, no se si parcialmente, o si era un motor de pruebas... ni idea. Otro video (y este no lo soñé :P) es de un turbofan en el que se distinguia el flujo salir por la boca de entrada, el mecanismo que usaba no lo sé. Era un video de un aficionado que como todos los demás se ve movido y borroso. Supongo que no son pruebas bastante convincentes para afirmar que los reactores con bidireccionales, sobretodo teniendo en cuenta que solo para arrancarlos hace falta una APU, no me imagino como se iban a invertir en pleno vuelo. Para otra vez mejor me callo ^^'

Lyd dijo...

No, no te calles, hombre, con lo interesantes que son los debates. Además, así es como más se aprende.

Yo he estado hablando con un compañero de clase que es de la especialidad de Motores (yo soy de Vehículos Espaciales), comentando el problema. Y hemos llegado a la conclusión de que la única manera de hacer un turborreactor invertible sería, para empezar, hacerlo simétrico (debería poder funcionar en iguales condiciones en los dos sentidos). Lo cual querría decir que el compresor debería ser capaz de funcionar como una turbina y viceversa, y eso implicaría un diseño simétrico del perfil de los álabes en la dirección del flujo (los normales tienen borde de ataque y de salida, como las alas de los aviones, y sabemos que, si el aire va del borde de salida al borde de ataque, la cosa no funciona). Y posiblemente con una considerable pérdida de eficiencia.
Además, que esto a mí no se me había ocurrido, hay que tener en cuenta que en un motor normal el compresor no está preparado para trabajar a altas temperaturas, y la turbina sí, puesto que está a la salida de la cámara de combustión (esto quiere decir que, en el hipotético caso de que un turborreactor convencional funcionara a la inversa, se fundiría el compresor). De modo que habría que fabricar el compresor con materiales capaces de resistir unos 1000 grados, como se hace con la turbina.

El turbofán, sin embargo, es otra cuestión. Quizá se pueda hacer un turbofán de paso variable, como las hélices (a fin de cuentas, es muy parecido a una hélice), lo que sí que permitiría un empuje en sentido inverso. Eso sí, el empuje global del motor en reversa sería menor que en directa, porque el chorro de gases que sale por la tobera seguiría aportando empuje en el mismo sentido.

En fin, es un problema de diseño interesante (aunque eso no quiere decir que sea factible... de todos modos, nunca se sabe). ¿Ves el juego que ha dado tu comentario? ^_^

Ray J. dijo...

En todo caso saber que el hipotético motor simétrico, con los álabes refrigerados y preparados para soportar las temperaturas de la cámara de combustión tanto en la turbina como el compresor sería un diseño optimizado para meter reversa (sic), miento, para revertir el flujo, y todo ello para conseguir el mismo efecto que DEFLECTANDO EL CHORRO de un motor normal.

En el resto de actuaciones no quiero ni contaros cómo sería ese motor.....

Si queréis entenderme, sólo tenéis que ver la foto de un álabe de compresor y uno de turbina, veréis que se parecen como un huevo a una castaña, es decir, que un álabe de turbina normal, JAMÁS puede funcionar como uno de compresor, ya que se procuciría el desprendimiento de la corriente anulando por completo su eficiencia.

Habría que hacer un gran sacrificio en peso y dinero para eliminar los álabes normales de la turbina, y poner muchos más similares a los de un compresor, con un rendimiento malísimo en la expansión, y todo para insistir en el invento...

Si el dinero mueve la ingeniería, qué decir del peso en la aeronáutica...

Este invento atenta contra los dos...

Ahora, si es por poder se puede, al igual que existen coches de hidrógeno, solares o plantas de energía maremotriz...


Un saludo!!!

Lyd dijo...

Muchas gracias, Ray!! ^_^

Pero hombre... las energías alternativas tarde o temprano serán necesarias, no? Quiero decir, pudiendo deflectar el flujo sería una pérdida de tiempo y dinero diseñar otro motor que no funcionaría tan bien ni de lejos, como bien dices, pero... por qué te metes con las energías alternativas? Quizá ahora no puedan competir al 100% con los combustibles fósiles, pero no nos queda otra que intentar conseguir que lo hagan, porque, si no, vamos listos... no?

Ray J. dijo...

Me refiero a que actualmente no sólo no es bueno sino perjudicial para el medio ambiente el fomento de coches de hidrógeno (o autobuses en las ciudades)

Efectivamente, el hidrógeno en su combustión es limpio, y sólo produce agua...y óxidos de nitrógeno, que son contaminantes.

No hay que olvidar que el N2 se encuentra en la atmósfera, y que al reaccionar a la temperatura de combustión con el H2 produce los óxidos de nitrógeno NOx que como es sabido acarrean problemas como la formación de lluvia ácida, etc...

El problema, aún admitiendo (xq es cierto) que un coche o camión de H2 contamina menos que uno tradicional, es que el H2 no es una FUENTE de energía. No hay pozos de H2 donde extraerlo y usarlo...

Hay que "fabricarlo", y para ello, en el más sencillo y limpio de los casos (electrólisis) necesitamos electricidad, y ¿Qué es lo que usamos para producir esa electricidad...?

Sólo cuando el ser humano se abastezca de fuentes renovables de energía (ejem) podremos salir a nuestra calle con nuestro flamante coche de H2 y creernos de verdad que estamos contribuyendo a disminuír la contaminación del planeta.


Por supuesto que hay que avanzar en la investigación de las fuentes renovables. Mi sarcasmo del post anterior iba más bien dirigido a la utilización presente de coches de H2 que desconocen de dónde proviene ese H2, ya que en la realidad, se contamina más produciendo ese H2 que lo que contamina un coche de gasolina

Un saludo!!!

Lyd dijo...

Aaaaaah... Vale, ok, comprendido ;)

Espero que no nos vayamos todos al carajo antes de conseguir resolver ese problema :¿

pipistrellum dijo...

Se me acaba de borrar el comentario, cachis. Te hago un resumen.
Es la primera vez que comento, pero lo he leido alguna otra vez y esta muy bien :)
Los comentarios que estoy leyendo ahora tambien lo estan
Tenia la misma duda que omalaled. Un ejemplo descriptivo esta tambien relacionado con el adelanto y retraso de valvulas que has comentado.
La valvula de admision se mantiene abierta cuando el piston empieza a subir y aun asi el aire sigue entrando por su inercia.
Los tiempos de apertura varian segun la velocidad del motor y es un problema que se intenta resolver en los motores actuales y parece que pronto se conseguira.

En CPI se ha comentado como se produce el freno motor varias veces. Se hace reflectando como tu dices :)

Tambien se comento porque se producen esas bolitas tan espectaculares de la postcombustion.

Yo hasta hace poco tambien pensaba actualmente el H2 no seria mas ecologico, pero ahora no estoy seguro.

El reformado a partir del gas natural no es muy complicado y es un combustible que produce muy poco CO2 comparado con los combustibles fosiles.
Para obtener gasolina, hay que realizar un proceso de cracking muy costoso energeticamente y cada vez mas porque el petroleo escasea y se usan fracciones mas pesadas y que necesitan mas procesamiento para mantener la calidad.

Por otra parte, mucho gas natural es transportado licuado y ese proceso necesita mucha energia. Ademas, en la planta regasificadora no solo no se aprovecha el frio, sino que se gasta mucha energia para descongelarlo.

No se hay algun proyecto para aprovecharlo, pero creo que no se hace nunca y realmente tiene muchas aplicaciones.

Desde hacer helados o comprimir gases hasta aumentar el rendimiento de la central de ciclo combinado asociada o desalar agua.

Nos vemos en CPI

Lyd dijo...

Hola, pipistrellum!

Está claro que algún medio habrá que encontrar para que no nos ahoguemos en nuestros propios desechos. El problema del gas natural, aunque contamine menos, es que sigue siendo una energía no renovable. Hace un tiempo leí algo acerca de un premio para quien presentara un proyecto que redujera la contaminación global (en concreto, aquí) (ahora que lo pienso, creo que sería un tema genial para comentarlo en CPI).

En cuanto a lo del postcombustor, no estoy muy segura, porque no soy de la especialidad de motores, pero creo que lo que ocurre es que se forma un entramado de ondas de choque y expansión, y me parece que en castellano se llaman "anillos de mach" o algo así (no lo recuerdo muy bien; sé que en algún momento me lo comentaron). En inglés son shock diamonds y hay un artículo en la wikipedia, aunque no es demasiado explicativo.

Un saludo, y muchas gracias por comentar!

Lyd dijo...

Se llaman "Discos de Mach"; acabo de verlo en el enlace que tenéis puesto en CPI, y también he visto la explicación. Interesante.

pipistrellum dijo...

El problema del gas natural, aunque contamine menos, es que sigue siendo una energía no renovable.

Lo dices porque se acaba o porque produce mas CO2 del que se fija?

Los Hidratos de metano suponen una cantidad de energia superior a la de todas las energias fosiles actuales, pero todavia es dificil de extraer.

Pero es necesario desarrollar las energia renovables y ahorrar un monton. Que el petroleo es muy barato y desperdiciamos mucha energia, tenemos mucho margen para ahorrar energia sin perder ninguna calidad de vida. :)

Lyd dijo...

Porque se acaba, claro.

Y estoy totalmente de acuerdo contigo; gastamos demasiado. Tenemos que intentar consumir de forma más eficiente ;)

pipistrellum dijo...

Una cosilla sobre la eficiencia de los turbofan.

Creo que se debe principalmente, aque los turbofan mueven mucha mas cantidad de aire aunque a menor velocidad. Y aunque la energia cinetica de los gases sea las misma, es mas eficiente hacerlo como el turbofan.

Si estas en un carrito de la compra y empujas otro vacio, tu casi ni te mueves aunque lo lances muy lejos y muy rapido.
Y si en el carrito que vas a lanzar hay otra persona los dos os moveis mas o menos igual y mucho mas que en el primer intento.

Creo que la ventaja de los que no son turbofan es que se puede alcanzar velocidades mucho mas altas. El concorde llevaba turborreactores, no se si hay algun otro avion de pasajeros que utilice turboreactores, pero seguro sera supersonico.

PD:Hay un avion ruso copiado al concorde.
PD:Perdon por no dejarte estudiar.
Mucha suerte en el examen :D
Siguiendo asi te va a hacer falta ...

Lyd dijo...

Efectivamente, Pipistrellum ^^

Mientras que un turborreactor de flujo único proporciona un solo empuje, un turbofán, con los mismos parámetros que el anterior en el flujo primario (y por tanto igual consumo de combustible), tiene dos empujes (uno para cada flujo). Es decir, como dices tú, mueve más aire y el empuje es mayor con el mismo consumo. El empuje del flujo primario se ve algo disminuido debido a la potencia invertida en mover el fan, pero a cambio se gana mucho más empuje gracias al flujo secundario (de baja velocidad y alto rendimiento propulsivo).

El problema de un turborreactor en subsónico es que la velocidad de salida de gases es mucho mayor que la velocidad de vuelo, lo que hace que el consumo de combustible sea muy alto. En supersónico la velocidad de vuelo es mayor que la de salida de gases y ya no tiene ese problema.

Ya conocía el "Concorde" ruso. El Tupolev-144, no? Con configuración canard... Tengo unos cuantos aviones rusos entre mis favoritos. En particular ese que dices, el Mriya, el Buran y el Su-27. Son una preciosidad ^^

Y en cuanto a mi examen... al final he decidido que no voy a ir. No por culpa de las distracciones, en realidad, sino porque he tenido 3 días para estudiarlo y es mucho más difícil de lo que yo había supuesto (ha sido un error de cálculo). Esto es lo que me pasa por no llevarlo al día (y por tener 3 exámenes en una semana). Espero que en septiembre la cosa pinte mejor. Así que voy a aprovechar el tiempo y a dedicárselo al examen del próximo sábado (si será por cosas que estudiar...)

Saludos!

pipistrellum dijo...

Los turborreactores lanzan los gases a menos velocidad de la va el avion?

Yo pensaba que siempre tendria que ser mayor.
En el espacio estoy casi seguro que es asi, pero en la atmosfera puede que haya algun efecto que me sorprenda pero me parece un poco raro.

El tema de la eficiencia de los turbofan, no se si ha quedado muy claro. Para los demas mas que nada :)
Parece un poco que dices que con el turbofan se consigue mas energia cinetica en gases (Cinetica=(M/2)*V^2), sin embargo aunque la energia cinetica se la misma es mas eficiente repartir la energia cinetica entre mucha masa y poca velocidad relativa.
Aparte, el motor puede ser mas eficiente energeticamente, y seguramente lo sea, en los turboreactores seguro que se potencia otras propiedades en detrimento del consumo.

Yo de pequeño pensaba que poniendo 2 helices sin aumentar la potencia un avion volaria mas rapido. Con el tiempo ya me di cuenta que no :P

No habia caido que eran mejores los turborreactores en velocidades altas, porque entonces las velocidades de los gases en relacion a la de vuelo no eran tan altas, jeje


PD:Espero que posponer el examen haya sido una buena eleccion :)

Lyd dijo...

Hum... creo que he metido una pifia gorda; mis disculpas ^^'.
Anoche estaba mirando mis apuntes de motores, donde dice que la baja eficiencia de los turborreactores en subsónico se debe a la gran diferencia entre la velocidad de vuelo y la de salida de gases, que aumenta mucho el consumo específico (el consumo de combustible dividido entre el empuje producido), y supuse que para velocidades supersónicas la eficiencia aumentaba porque ocurría lo contrario (después de todo, una tobera convergente no puede tener una velocidad de salida de gases mayor que Mach 1), y me quedé tan ancha. Por supuesto, lo que hace el turborreactor es acelerar el fluido para obtener empuje, y una velocidad de salida menor supondría frenarlo. Los aviones en supersónico utilizan toberas convergente-divergentes que permiten alcanzar velocidades de salida mayores. A veces me sorprendo a mí misma con mi estupidez... Aunque puedo echarle la culpa a que llevaba varios días estudiando mucho y durmiendo poco...

La ventaja del turborreactor es que llega un momento en que el fan también deja de funcionar, debido a que la velocidad del aire en punta de pala no puede ser supersónica (el carenado del turbofán evita que eso ocurra, pero sólo dentro de un cierto rango de velocidades). Así que a partir de ciertas velocidades, un turborreactor es la única solución posible.

Gracias por señalar el fallo... y por favor, hazlo siempre que veas uno, porque puedo equivocarme con tanta facilidad como cualquiera.

P.D.: Siempre queda septiembre, así que no te preocupes ;)

pipistrellum dijo...

Como hay cosas tan rara como que los gases pueden salir a presion inferior a la atmosferica.
Tampoco me ha quedado claro porque el flujo se acelera, cuando el cono de la tobera se abre.
En turbinas de vapor tambien pasa.

Un turbofan tiene mas diametro y es mas facil que llegue a la velocidad del sonido en las puntas.

Aunque tambien podria hacerse con mas paso y asi expulsaria el aire a mas velocidad con las mismas revoluciones.
Un Fan tambien es mas grande y entorpece mas la aerodinamica que un motor mas estrecho.
Y a altas velocidades se nota mas

Lyd dijo...

El flujo se acelera porque el aire se expande. Debe conservarse la masa (lo que entra tiene que ser igual a lo que sale), de modo que debe cumplirse que el gasto (la densidad, por la velocidad y por el área de la sección) debe ser igual al entrar que al salir. Si la densidad es mucho menor al salir que en la garganta, aunque el área sea ligeramente mayor, la velocidad debe aumentar para cumplir la ecuación. De todos modos, tengo intención de escribir un artículo en condiciones sobre toberas más acelante.

El carenado del fan es determinante a la hora de evitar que se alcancen condiciones críticas en las puntas de las palas. Eso ocurre en las hélices, que no pueden volar a velocidades mayores de Mach 0,6. Por eso se desarrollaron los fans. Pero claro, llegará un momento en que, por muy bien que funcione el carenado, se alcanzará la velocidad crítica en el fan. Y es entonces cuando el turbofán ya no sirve y se tienen que utilizar turborreactores. No es una cuestión de resistencia.

Saludos!

pipistrellum dijo...

ah, vale, pensaba que llegaba a expandirse a una presion menor que la atmosferica.
Con el efecto Shock diamonds, me habia liado. Ahora tambien pillo porque se expande por debajo de la presion atmosferica. Por la inercia de los gases en la expasion.

Esperare, el articulo de las toberas ¿Incluye carenados? :)


He visto unos aerogeneradores con carenado, que permiten mayor rendimiento. Pregunte en el foro porque los aerogeneradores no consiguen rendimientos del 90% como las turbinas hidroelectrica y las de vapor. Al final era por la presion.
El carenado ayudara aumentar la presion pero estara regida igual que un tubo de pitot y no creo que se alcanze mucha presion.
Investigare un poco :)

El Rober dijo...

Que interesante resulta todo este debate para un simple aficionado como yo.
Gracias a todos por alimentar este fantastico blog.

Y como mero aficionado a la aeronáutica, sólo puedo decir con respecto al frenado de un avion comercial al aterrizar mediante los motores, se reliza con los llamados "inversores de empuje" que no son otra cosa que deflectores que desvían el chorro del motor en unos 45° hacia adelante.
De hecho, en los aeropuertos pequeños en los que no hay tractores para posicionar los aviones en pista para iniciar la rodadura, los pilotos utilizan dichos inversores para dar "marcha atrás" al aparato y poder maniobrar en la pista.
Os dejo un enlace por si queréis ver como lo hacen.
El video pertenece a un avion de carga C-17 de la USAF:


http://www.flightlevel350.com/Aircraft_Boeing_C-17_Globemaster_III-Airline_USA_-_Air_Force_Aviation_Video-3327.html

Lyd dijo...

el rober: Muchas gracias por tu comentario, y por el vídeo, está muy chulo (y tampoco conocía esa página... interesante! :D). Me alegro de que, como simple aficionado que dices ser, encuentres interesantes el blog y los debates. Yo me lo paso genial ^^

Anónimo dijo...

No consigo publicar un comentario, a ver si me entero, jolin!!

Anónimo dijo...

Bueno, aunque sea como anonimo, Lydia por favor, puedes aclararme como el flujo secundario de un turbofan, aunque sea de alta derivacion, que simplemente esta soplado, por decirlo de alguna manera, aunque sea a alta velocidad, puede proporcionar mas empuje que el primario, que esta comprimido, quemado, acelerado, etc... es que tengo los tipicos compañeros de trabajo preguntones y ahi me han pillado (soy vecino de la Euita de Aeronaves y estoy bastante pez en motores). Gracias de antemano y enhorabuena por tus comentarios. Como controlas, leñe!!

Lyd dijo...

Bueno, a ver si sé responderte... Un fan tiene capacidad para mover una cantidad de aire mucho mayor que la que es capaz de mover un turborreactor, por lo que, aunque la velocidad de salida del fan sea menor que la del turborreactor por sí solo, la cantidad de movimiento que imprime al aire es bastante considerable. Cuando se acoplan un fan y un turborreactor para hacer un turbofán, la velocidad de salida del flujo primario se ve reducida debido a que parte de la potencia de la turbina se desvía al fan para mover el flujo secundario, y, por tanto, el empuje producido por el primario se reduce también (recuerda que el empuje es, a grosso modo, el gasto por la velocidad de salida de los gases). Sin embargo, al empuje producido por el primario se le añade el que produce el secundario, que es bastante considerable porque el gasto es muy grande. En conjunto se tienen dos empujes, que proporcionan un empuje global bastante superior al de un turborreactor corriente y moliente.

Básicamente es cuestión de que el fan puede mover mucho aire; por eso se utilizan altas relaciones de derivación (aunque la relación de derivación óptima depende de la velocidad de vuelo, y va disminuyendo según ésta aumenta, hasta que llegadas ciertas velocidades el fan deja de ser eficiente).

Espero haberte resuelto la duda! ;)

Anónimo dijo...

Muchas gracias Lyd, lo has explicado muy bien. Ayer estuvimos dandole vueltas al tema con unas cervezas y llegamos a la misma conclusion despues de leer algunas cosillas (ten en cuenta que somos de aeronaves del plan antiguo y por nuestra epoca no se profundizaba mucho en el tema). Sabrias decirme, aprox, a que vueltas gira el fan de un comercial tipo A320 y que porcentajes destina la turbina a sistemas del avion y a mover el fan? Si andas mal de tiempo no te procupes que ya lo encontrare yo por algun lado. Un beso y mil gracias. Te debo una cerveza si sigues por la escuela.

Anónimo dijo...

bueeenas..... soy estudiante en una escuela de la cual me recibo como tecnico aeronautico y tengo q hacer un trabajo practico donde me preguntan cuales son los parametros criticos de funsionamiento del sist. de lubricacion de un turboreactor... y los tipos de quemadores(pulverizadores).... hace como 3 horas q estoy en frente de la computadora y con los libros y no encuentro nada...... si alguien lo sabe q me haga el favor de contarmelo mandandome un mail a goyco_2004@hotmail.com desde ya gracias...

Anónimo dijo...

Una pregunta los motores de aviones se pueden invertir su rotación si se quiere?, ya se que para frenar se despliegan unas toberas detrás o a la mitad del motor para que el aire salga hacia delante pero si se quiere se puede invertir el motor estando apagado? Por ejemplo si en ves de usar los retrodirecionales del fluego de aire quiero que el motor gire al revés de como lo hace común mente se puede hacer?


Saludos



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