Motores más raros de la Historia: turbina a reacción
Los motores a reacción son aquellos que descargan un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje, de acuerdo con las leyes de Newton. A continuación, te hablamos de los motores a reacción, su historia, cómo funcionan y qué partes lo componen.
Cuando hablamos de motores, quienes estamos metidos en este mundillo del automóvil pensamos, normalmente, en los clásicos motores de combustión interna y en sus diferentes variedades. Pero, a lo largo de la Historia, se han creado muchos otros tipos de motores, como la turbina a reacción.
Los motores a reacción son aquellos que descargan un chorro de fluido a gran velocidad para generar un empuje, de acuerdo con las leyes de Newton.
La primera vez que podemos hablar de la existencia de un motor a reacción es en el siglo I de nuestra era, cuando Herón de Alejandría inventó la eolípila, una máquina constituida por una cámara de aire, generalmente una esfera o un cilindro, con unos tubos curvos por donde se expulsa el vapor.
La fuerza generada hacía que una esfera girase sobre uno de sus ejes, según el principio acción-reacción, haciendo funcionar le mecanismo. No obstante, este apartado nunca se usó para trabajos mecánicos.
No sería hasta el siglo XI cuando se utilizaría la ‘propulsión a chorro’, gracias a un invento de los chinos: un sistema de propulsión usado inicialmente para fuegos artificiales y, posteriormente, para crear algunos tipos de armas, aunque su tecnología no progresó durante siglos.
Hay que dar un salto enorme en la Historia, hasta 1917, en plena Primera Guerra Mundial, para encontrar las primeras patentes de la mencionada propulsión a chorro, aunque las limitaciones en el diseño impidieron que estos tipos de motores fuesen fabricados regularmente, debido a los problemas de seguridad, fiabilidad y peso.
El británico Frank Whittle y el alemán Hans von Ohain están considerados como los padres de los reactores en los años 30, si bien el 28 de marzo de 1935, el español Virgilio Leret, ingeniero aeronáutico militar, presentó en Madrid una patente de motor a reacción, denominado ‘Mototurbocompresor de Reacción Continua’.
Cómo funciona una turbina a reacción
Los motores a reacción funcionan según la tercera ley del movimiento de Newton, según la cual, cualquier fuerza que actúa sobre un cuerpo produce una fuerza igual y opuesta.
Estos motores se basan en la propulsión a chorro, procedimiento por el que se impulsa hacia delante un objeto como reacción a la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran velocidad.
El motor a reacción aspira parte del aire, lo comprime, lo combina con el combustible, lo calienta y, por último, expulsa el gas resultante. Una de las principales aplicaciones de la turbina de gas, son los motores a reacción, que se emplean sobre todo en aviones de alta velocidad y gran altitud, en misiles o en cohetes y naves espaciales.
En el caso de un avión, los gases de escape que generan sus turbinas son lo que impulsan la aeronave con la misma intensidad que la de los gases que escapan hacia atrás.
Tipos de motores a reacción
Existen muchos tipos de motores a reacción, aunque los más conocidos son el turborreactor, el turbofán y el turbohélice.
Son la base de los motores a reacción y se caracterizan por tener un único flujo. El aire entra en el motor, aumenta su presión mediante el compresor y entra en la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible vaporizado y se quema.
La potencia necesaria para mover el compresor proviene de una turbina situada entre la cámara de combustión y la tobera. La turbina actúa de forma inversa al compresor y los gases se expanden parcialmente al pasar de forma alternativa por estatores y rotores. El gas se expande y acelera a la vez que hace girar el rotor.
El turboventilador es una mejora del turborreactor básico, porque parte del aire entrante se comprime parcialmente y se desvía para que fluya por una carcasa exterior hasta el final de la turbina, es decir, un segundo flujo donde se mezcla con los gases calientes que salen de la turbina (del primer flujo), antes de llegar a la tobera.
Un reactor de doble flujo tiene mayor empuje para el despegue y el ascenso y es más eficiente. El aire que fluye por el exterior refrigera el motor y reduce el nivel de ruido.
En este caso tenemos una hélice montada delante del reactor, propulsada por una segunda turbina (turbina libre) o por etapas adicionales de la turbina que mueve el compresor.
Alrededor de un 90% de la energía de los gases expandidos se absorbe en la parte de la turbina que mueve la hélice, con lo que sólo un 10% se emplea para acelerar el chorro de gases de escape, lo cual hace que el chorro sólo suponga una pequeña parte del empuje total.
Partes de un motor a reacción
Aunque ya la hemos mencionada de pasada, vamos a ver las principales partes que componen un motor a reacción. Son la entrada de aire, la división del flujo en dos en el caso de los turbofán, la compresión, la combustión y la salida de los gases por la tobera.
Entrada de aire
El aire entra por delante, se comprime en el compresor, se quema en la cámara de combustión, pasa por la turbina y se expulsa a través de la tobera a muy alta velocidad. el aire entra mediante una apertura diseñada con el fin de reducir la resistencia al avance.
El nombre viene de fan (ventilador en inglés). Como hemos visto, los motores turbofán tienen doble flujo de aire. Ese chorro de aire se divide en dos mediante el ventilador situado en la parte frontal del motor.
El flujo primario que recorre el motor por su interior a través de los compresores de baja y alta presión, cámara de combustión, turbina y tobera, mientras el flujo secundario lo hace por el exterior, directamente a la tobera.
Más pequeño que el ventilador, está compuesto por los llamados álabes y los estatores, formando lo que se conoce como etapa, cuya función es aumentar la presión del aire antes de entrar en la cámara de combustión, utilizando para ello compresores de baja y de alta presión que giran alrededor de ejes concéntricos.
Igual que en un coche, es el lugar donde se produce la mezcla de aire presurizado y combustible, produciéndose la combustión. Como resultado, los gases calientes mueven las turbinas.
De manera equivocada, algunos piensan que la turbina es el motor entero o que es la parte que se ve delante, girando incluso con el motor apagado. Pero no es así.
La turbina está compuesta por álabes y estatores, actúa como un molino de viento, pasando el aire caliente que sale de la cámara de combustión a través de los álabes de varias turbinas, haciendo girar los ejes que mueven los compresores y el ventilador.
Por último, la tobera es la parte por donde se expulsan los gases que proceden de la combustión. Aquí, los gases del flujo primario se mezclan con los del secundario, adquiriendo velocidad y proporcionando empuje. Por tanto, en la tobera la presión se transforma en velocidad.