La mayoría de las aeronaves están propulsadas por algún tipo de motor a reacción de respiración aérea. Estos sistemas de motor aspiran aire que se comprime, se quema y se expulsa para producir empuje. El empuje puede provenir de los gases de escape de alta presión, o de los álabes de la turbina en rotación que accionan componentes externos.
Los diseños de motores de aviación más comunes son las turbinas de gas. Los motores de turbina de gas aspiran aire que se mezcla con combustible y se enciende para producir gas caliente y en expansión. La energía del gas en expansión se utiliza para alimentar una turbina, una rueda de láminas o paletas que gira alrededor de un eje para impulsar componentes del motor como hélices y ventiladores. Hay diferentes tipos de motores de turbina de gas que se utilizan en los aviones modernos, todos ellos impulsados por aspas que giran y queman aire.
Turbofan:
Los motores turbofan son los más comunes para los aviones comerciales, ya que ofrecen un empuje considerable y una gran eficiencia de combustible. Estos motores son fácilmente identificables por el gran ventilador de la parte delantera, que se utiliza para aspirar enormes volúmenes de aire.
Dato curioso: durante el despegue, un motor típico de avión puede aspirar más de una tonelada de aire por segundo.
Una parte de este aire de admisión se canaliza hacia el núcleo del motor para su combustión, mientras que otra parte se desvía alrededor de la cámara de combustión para ser expulsada directamente por la tobera.
Tipos de motores turbofan
Los motores turbofan pueden clasificarse en dos variantes en función de la proporción de aire desviado.
- Los motores turbofan de alto bypass desvían la mayor parte del aire alrededor de la cámara de combustión para que sea expulsado directamente por la tobera como escape productor de empuje.
- Los motores turbofan de baja derivación canalizan más aire de admisión a través de las distintas etapas del motor, produciendo un mayor empuje a través de la combustión, pero también consumiendo más combustible.
Turbojet:
Los motores turbojet son una variación anterior sin el gran ventilador frontal. Fueron las primeras turbinas de gas para la aviación. Los turborreactores aspiran el aire directamente en el compresor, y todo el aire caliente pasa por las etapas de la cámara de combustión y la turbina antes de salir por la tobera de propulsión. Los motores turborreactores tienen un diseño relativamente sencillo y compacto, pero carecen de la eficiencia en el consumo de combustible y de las ventajas de reducción del ruido de un turboventilador de alto paso.
Dato curioso: los motores turborreactores impulsaron el Concorde, un avión supersónico de pasajeros ya retirado que era capaz de volar al doble de la velocidad del sonido.
Turbopropulsor:
Un motor turbohélice es esencialmente un turborreactor con una hélice acoplada. El aire de admisión pasa a través de un compresor y una cámara de combustión, luego el gas quemado se utiliza para impulsar una turbina giratoria. El eje de la turbina está conectado a una hélice fuera del motor, que gira para crear un empuje que impulsa el avión hacia adelante. La potencia de la hélice y la potencia de empuje de este motor a reacción están equilibradas para obtener un rendimiento óptimo. Los turbohélices proporcionan una velocidad limitada, pero son muy eficientes, lo que los hace muy populares en los aviones comerciales y privados más pequeños.
Dato curioso: el mayor avión turbohélice del mundo, el Antonov An-22, está propulsado por cuatro pares de hélices que giran en direcciones opuestas para equilibrar el par motor.
Turboeje:
Los motores turboeje son como los turbohélices en el sentido de que el flujo de aire se aprovecha para impulsar una turbina giratoria para producir energía. La principal diferencia es que un turbopropulsor hace girar directamente la hélice para producir empuje, mientras que el turboeje suele accionar una transmisión que a su vez impulsa la aeronave. Los motores de turboeje son los más comunes en los helicópteros, donde el eje de la turbina se conecta a una transmisión que acciona los rotores del helicóptero. Los turboejes también se utilizan comúnmente en tanques, trenes y barcos.
Ramjet y Scramjet
Los ramjets son motores de combustión que respiran aire, pero se diferencian de las turbinas de gas porque no tienen palas giratorias ni partes móviles. Los ramjets funcionan según los mismos principios de compresión, combustión y escape, pero se basan únicamente en el movimiento de avance de la aeronave para comprimir el aire entrante. Los ramjets son ineficaces a bajas velocidades, pero pueden acelerar las aeronaves a niveles supersónicos, lo que los hace populares para los aviones de combate y los misiles.
Los scramjets funcionan con principios similares, pero alcanzan velocidades aún mayores mediante la combustión de aire supersónico dentro del núcleo del motor. La NASA utilizó un scramjet para acelerar un avión no tripulado a casi 7.000 millas por hora, un récord mundial a diez veces la velocidad del sonido.
Mejora de componentes críticos
Los motores de las aeronaves se encuentran entre los sistemas más sofisticados jamás creados. Estas modernas maravillas de los motores a reacción aprovechan la energía del aire para elevar cargas masivas, atravesar la estratosfera y superar la velocidad del sonido. Además de ser complejos y potentes, los motores a reacción son excepcionalmente fiables: llevan a millones de pasajeros a su destino de forma segura cada día.
El peening láser desempeña un papel fundamental en el rendimiento y la fiabilidad de los distintos tipos de motores de avión, lo que permite a los ingenieros superar los límites y garantizar la máxima seguridad. Todos los motores de turbina de gas son susceptibles de sufrir fatiga metálica o agrietamiento por tensión en las palas que giran rápidamente. Si una sola pala falla durante el funcionamiento del motor, puede dañar o inutilizar todo el sistema, poniendo en peligro el avión, los pasajeros y la tripulación. La fatiga del metal ha desempeñado un papel mortal en varias catástrofes de la aviación de alto perfil, y el fallo de las palas ha contribuido a muchas situaciones aterradoras – como este vuelo de AirAsia en junio de 2017 que soportó violentas sacudidas después de que un aspa del ventilador se rompiera frente a la costa de Australia.
Afortunadamente, el peening láser proporciona una mejora del metal superior que disminuye en gran medida el riesgo de fallo de los componentes. El peening láser inhibe el agrietamiento por fatiga y ralentiza significativamente la propagación de las grietas, produciendo componentes más seguros y robustos con una vida útil más larga.
Vea cómo el peening láser evitó daños en los álabes de los motores de los aviones de la Fuerza Aérea. Esto les ahorró unos 1.000 millones de dólares si se calcula sobre todos los motores de la flota de la Fuerza Aérea.
Ver caso práctico
Solicite un presupuesto gratuito hoy