Evolución de los Motores Jet: Turborreactor vs Turbofán

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En nuestro último video sobre motores a reacción, aprendimos que, al igual que los motores de pistón, los motores a reacción realizan la admisión, la compresión, la combustión y el escape. La gran diferencia radica en que en los motores de pistón estos procesos ocurren uno tras otro en cada cilindro, mientras que en un motor a reacción ocurren continuamente, de forma simultánea.

En este video, exploraremos cómo los motores a reacción han evolucionado para volverse mucho más potentes y eficientes. Este motor se llama turborreactor y, para los estándares modernos, está muy obsoleto. Este es un turbofán, o más específicamente, un turbofán de baja derivación, y este tipo de motor se encuentra hoy en día con mayor frecuencia en aviones de combate y otras aeronaves militares. Como pueden ver, incluso a simple vista, el motor es bastante diferente de nuestro turborreactor.

La primera y más importante diferencia es que en un turborreactor, todo el empuje generado por el motor proviene de la corriente de escape, o el chorro de gases en expansión que sale por la parte trasera. En otras palabras, todo el aire que entra por la parte delantera del motor termina dentro del núcleo, que alberga todos los componentes mecánicos clave del motor.

Pero en un turbofán, esto no es así. No todo el aire termina en el núcleo; parte del aire se desvía alrededor del núcleo y nunca entra en contacto con las partes internas del motor. Entonces, ¿por qué desviaríamos parte del aire alrededor del motor?

Para entender esto, debemos recordar que los motores a reacción también se llaman motores de reacción. En esencia, mueven enormes masas de aire. Este movimiento crea una fuerza. Y como sabemos, por cada fuerza existe una fuerza de reacción en la dirección opuesta. Esta fuerza de reacción mueve el motor y, como el motor está unido a la aeronave, toda la aeronave se mueve.

Esto nos indica que para viajar más rápido o para mover una aeronave más grande y pesada, debemos mover mayores masas de aire. Para mover una mayor masa de aire, podemos mover más aire o podemos mover el aire más rápido.

Un motor de turbofán aprovecha el primer concepto: mover más aire. Actualmente, existen dos tipos de turbofán: uno de alto bypass y uno de bajo bypass. Cuando un civil, como tú o yo, vuela en un avión comercial, nos impulsa un turbofán de alto bypass. Este último lleva al extremo el concepto de mover más aire, ya que en la parte delantera del motor se encuentra un ventilador gigante. De ahí proviene el nombre, turbofán. En la parte trasera, se encuentra un ventilador gigante y turbinas de gas que aprovechan la energía de la combustión y, por lo tanto, lo impulsan. Gracias a su gran tamaño, el ventilador es capaz de mover cantidades increíbles de aire, y aproximadamente el 80 % del empuje del motor proviene del ventilador, mientras que solo un 20 % proviene del chorro de escape que sale por la parte trasera.

Como la mayor parte del empuje proviene del ventilador, no es necesario quemar cantidades desorbitadas de combustible para mover la aeronave. Los ventiladores modernos están diseñados para ser extremadamente eficientes a las velocidades y altitudes de crucero de los aviones comerciales. La ventaja adicional es que el aire desviado crea una capa de aire alrededor del chorro de escape, lo que reduce considerablemente la contaminación acústica generada por los aviones comerciales modernos.

Pero, lamentablemente, mover más aire tiene sus límites. No se pueden construir ventiladores infinitamente grandes, ya que cuanto mayor sea el tamaño del ventilador, mayor será la diferencia de velocidad entre la raíz y la punta del álabe, ya que la punta cubre una distancia mucho mayor que la raíz. En otras palabras, un ventilador demasiado grande inevitablemente alcanzará velocidades supersónicas en las puntas de los álabes, lo que conduce a un funcionamiento inadecuado e ineficiente.

Aquí es donde entran en juego los motores turbofán de bajo bypass como este. Su relación de bypass es de aproximadamente 0,5 a 1, en comparación con la relación de bypass de los turbofán comerciales, que suele ser de 9:1 o superior. Una relación de bypass de 9:1 indica que por cada kilogramo de aire que pasa por el núcleo del motor, 9 kilogramos de aire lo rodean.

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00:00 ¿Transportar más aire o moverlo más rápido?
02:36 - Alta derivación vs baja derivación
07:56 - Más ejes, más eficiencia
11:09 - Efecto giroscópico y aplicaciones reales