INSTITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA MECNICA Y ELCTRICAUNIDAD PROFESIONAL TICOMN

Ingeniera Aeronutica

Fundamentos de MCI

Factores que afectan el desempeo de un motor de combustin interna a reaccin.

Prof. Marisela Valdez Prez

Alumno

Grupo 5AM3

Saln A1

Fecha de entrega: 23/02/2015Factores que afectan el desempeo de un motor de combustin interna a reaccin.

Efectos de la altura de vuelo en las actuaciones de los turborreactores.

La altura motiva unos efectos contradictorios en el rendimiento, si bien predominan las ventajas sobre los inconvenientes.

Ventajas de la altura.-A mayor altura hay menor resistencia al avance, incrementando velocidad y aumentando el rendimiento propulsivo.-El incremento de la velocidad hace aumenta la presin dinmica, aumentando la compresin adiabtica y por lo tanto, la energa mecnica.-La desventaja de disminucin de densidad es por igual en la entrada del compresor que en la tobera, esto ayuda a mejorar la expansin de gases y esto ayuda al rendimiento de la turbina.-Al ser una densidad menor el aire tiene una temperatura ms baja, por lo tanto el compresor necesita menor energa, aumentando el rendimiento.

Desventajas de la altura.-Disminuye la densidad del aire, por consiguiente disminuye la masa de fluido a travs del motor, bajando el empuje y la energa.-Si se mantiene el consumo de combustible, al disminuir la densidad del aire aumentar la temperatura de entrada del gas a la turbina y con ello el rendimiento trmico.

Por lo expuesto se observa que predominan las ventajas sobre los inconvenientes y por lo tanto, el rendimiento global se mantienen en rgimen crecientes hasta una determinada altura, a partir de la cual aumentarn el efector perjudicial al disminuir el rendimiento de propulsin por descenso de empuje.

Variacin del impulso con la velocidad y la altura de vuelo.El impulso disminuye con la velocidad porque, si bien la velocidad de salida Vs aumenta con la velocidad, es mayor la disminucin de la diferencia Vs-Vo.Considerando la altura de vuelo el impulso para una misma velocidad es mayor, pues la velocidad de salida Vs es tambin mayor.

Variacin del empuje con la velocidad y la altura de vuelo.Hasta determinada velocidad, el descenso del impulso es mas acusado que el aumento de gasto, ocurriendo una disminucin del empuje.

Cuando la velocidad aumenta el gasto compensa la disminucin del impulso, aumentando pues, el empuje hasta un mximo a partir del cual decrece el empuje definitivamente por ser mayor la disminucin del impulso que el aumento del gasto.

Puede observarse que, a medida que aumenta la altura, la velocidad Vm a la cual aparece el mnimo de empuje Em, se desplaza hacia la izquierda, llegando a desaparecer dicho mnimo, ocurriendo a partir de dicha altura un descenso de empuje, sea cual fuere la velocidad.

En la zona de bajas velocidades, el empuje disminuye al aumentar la velocidad. Esto ocurre en la gama de velocidades en que es mayor la disminucin del impulso que el aumento del gasto de aire; no obstante, alcanzado un empuje Em a una determinada velocidad Vm, aumenta ligeramente el empuje, porque el aumento del gasto es mayor que la disminucin del empuje, ocurriendo esto hasta una velocidad VM, el empuje disminuye definitivamente hasta anularse tericamente, cuando la velocidad de vuelo Vo es igual a la salida de gases Vs.Con la altura ocurre lo mismo, pero a valores de empuje menores, pues el empuje disminuye con la altura por la menor densidad del aire admitido en el motor. Los mnimos y mximo de empuje Em y EM aparecen en altura a ms bajas velocidades que al nivel del mar, llegando incluso a no aparecer el mnimo Em a partir de una altura determinada. El descenso de empuje con altura es del orden del 2.5% al 3% por cada 1000ft.

RuidoLas principales fuentes de ruido en un motor a reaccin son los compresores y la tobera de escape, al salir la mezcla de gases del escape hay una diferencia de presiones y velocidades las cuales causan ruido y a su vez friccin; este fenmeno causa una disminucin de empuje. El ruido del escape es motivado por las fluctuaciones de presin de la corriente turbulenta de la salida de gases de alta velocidad, cuando choca con la atmsfera en calma. El ruido generado por el compresor se genera principalmente en los labes del rotor y en los del estator.

Variaciones del empuje con las RPM del motorEn efecto, la masa de aire que penetra en el motor es funcin principal de las RPM y, stas a su vez, de la cantidad de combustible suministrado. La funcin de la unidad de control de combustible es regular las RPM y el consumo de combustible, en el sentido de que se obtenga un mayor empuje cuanto mayores sean dichos factores, hasta aquellos valores que no supongan respectivamente sobre velocidad del rotor, ni alta temperatura en las turbinas.

Se puede observar que en tanto la variacin del gasto de aire es prcticamente lineal con las RPM, no ocurre as con el empuje,, pues ste depende adems de la aceleracin a que se somete el gasto de aire, y que es funcin de las presiones en el turborreactor, temperatura y flujo de combustible, por lo que la variacin del empuje con las RPM resulta de variacin mas compleja que el casto del aire.

Influencia de la temperatura ambiente en el empujeInfluye directamente en el empuje, las unidades de control de combustible debern actuar de forma que hagan disminuir el flujo de combustible cuando la temperatura aumenta, a fin de mantener la temperatura de entrada a la turbina constante que, de otra forma, se vera incrementada por un enriquecimiento en la proporcin combustible/aire. Esto origina una mayor disminucin de empuje.

El aumento de temperatura encima de su valor estndar, tiene un efecto de disminucin de empuje, que es del orden de .2% por cada C.Efecto de la humedad en el empujeLos motores de reaccin son afectados por la humedad en menor proporcin que los motores alternativos, pues el cambio producido por la humedad afecta slo a la densidad de la masa de aire admitida al motor.No obstante la relacin de cantidad de aire seco a saturado, en una amplia gama de temperatura de 15C a 35C, motiva un descenso en el empuje aproximadamente del 1.5%, puesto que la humedad relativa normal oscila del 50% al 100%, y las actuaciones del despegue, que pudieran ser las mas afectadas, se fijan en 80% de la humedad relativa, no se requiere ninguna correccin por este motivo.

Inyeccin de agua

La inyeccin de agua es un mtodo eficaz de incrementar el empuje de un turborreactor y es utilizado, en los regmenes de despegue, para contrarrestar el efecto de disminucin de empuje en das de elevada temperatura. Puede conseguirse de esta forma aumento del 10% al 40% del correspondiente a sin inyeccin de agua y, para ello, existen normalmente tres sistemas:

-Inyeccin de agua en la admisin de aire del compresor.-Inyeccin de agua en la seccin del crter del difusor post-compresor, justamente delante de las cmaras de combustin.-Inyeccin de agua en las cmaras de combustin.

PostcombustinConsiste en inyectar combustible despus de la turbina en la tobera de salida, haciendo uso del 75% en exceso de aire en el gas caliente de escape, portador de oxgeno sin quemar an. Esta adicin de calor aumenta la velocidad de salida de los gases y, por lo tanto, el empuje.

Propiedades de los combustibles para motores de reaccin Las propiedades de un combustible son de dos tipos: las fsicas de volatilidad y viscosidad y las qumicas de estabilidad, accin corrosiva y formacin de residuos. La combinacin de estas propiedades han llevado a la conclusin de que, por el momento, son dos los productos que prcticamente tienen similar comportamiento-El keroseno-El JP-4El keroseno es un producto obtenido por destilacin del petrleo en un porcentaje que oscila entre 0 y 100% en la gama de 177 a 266!C, tiene un peso especfico medio de .8363 y un poder calorfico de 10133Kcal/Kg.El JP-4 destila entre 66C y 260C, tiene un peso especfico medio de .7523 y un poder calorfico de 10305Kcal/Kg.La relacin de rendimiento de combustin del keroseno respecto al JP-4 es de 98/100.LA presin de vapor del keroseno, que proporciona una idea del ndice de vaporizacin, es 1/40 del correspondiente de las gasolinas de aviacin normales, en tanto que el JP-4 tiene una presin de vapor de de la gasolina.

InterenfriamientoSu objetivo es muy sencillo, enfriar el motor antes de cada etapa de compresin para aumentar la eficiencia de estos y el calor captado de estas etapas enviarlo a las etapas de compresin (turbinas) aumentando el empuje y por ende la eficiencia.

ConclusionesCuando hablamos de factores que intervienen en el desempeo de un motor a reaccin son muchos, desde factores externos al motor como lo son la densidad del aire o la temperatura hasta factores propios del motor como subsistemas de este.Bibliografa.

-Motores a reaccin, Martin Cuesta lvarez, quinta edicin.