Sistema de Aumento de Potencia en Aviación

En aviación comercial, la fase de despegue y subida, elevada altitud, temperatura y carga máxima son críticas.

Conveniente disponer de empuje muy superior al de crucero.

En aviones militares requieren el máximo empuje que en los aviones comerciales y además maniobras de combate y vuelo a alto número de mach.

Son dispositivos que solo incrementan el empuje en los momentos que son necesarios, manteniendo el consumo mínimo en vuelo de crucero.

Aumento de empuje en los motores de turbina:

1- Sistema de inyección de agua (turbojets y turbohélices): se utiliza cuando disminuye la densidad y consecuentemente el gasto masico (alta altitud), también se utiliza en despegue con esto se consigue: evitar una pérdida de empuje en momentos críticos.

Consta de los siguientes elementos: depósito de agua, unidad de control, bomba impulsora, panel de control.

Se puede realizar la inyección de agua en 3 sitios:

A- en la entrada del compresor: (típico turbohélices) el agua se pulveriza, se vaporiza rápidamente absorbiendo calor de aire de la entrada. Disminuye la temperatura, aumenta la densidad del aire y aumenta el empuje. Se utiliza en algunos motores de compresor centrífugo y motores americanos con compresor axial. Inconvenientes: mala distribución de agua, cantidad de agua limitada, riesgo de congelación.

B- En el difusor precámara: el agua se inyecta entre la salida del compresor y la entrada a la cámara de combustión. Al entrar en contacto el agua con corriente de aire calienta, se produce una inmediata evaporación del agua. Absorbiendo calor y bajando la temperatura. Al ser el aire más denso la cantidad de combustible puede aumentarse obteniendo mayor empuje.

C- En la cámara de combustión: el agua inyectada se vaporiza y reduce la temperatura del gas aumentando la densidad, así podemos añadir más combustible y aumentar la temperatura hasta el máximo de diseño. Incremento empuje hasta 30%, el empuje es superior entre un 10%-15% al de entrada del compresor. Ventajas: detonación menor probable, mayor masa de aire (mayor empuje), motor trabaja a mayor rpm.

El fluido que se emplea es agua destilada o desmineralizada mezclada con alcohol metílico o etílico.

El alcohol da la mezcla propiedades anticongelantes y combustible adicional.

Tiene el inconveniente de que su calor de vaporización es menor que el del agua y por esto absorbe menos calor al evaporarse.

2- Inyección de agua metanol: Inconvenientes: se debe haber usado todo el agua en el despegue, si no en crucero se congela, por eso se añade metanol.

El metanol aumenta la temperatura de los gases.

Para evitar que la temperatura suba demasiado hay un controlador de agua/metanol.

Se inyecta 30% metanol 70% agua.

3- Postcombustión: (nunca en la cámara de combustión) un posquemador es un estatorreactor adosado a la parte posterior de un turborreactor o motor fan. Utiliza el oxígeno no quemado en la combustión para volverlo a quemar en otra cámara de combustión después de la turbina. Es utilizado en motores de reacción MILITARES. Método de aumento de empuje durante cortos periodos de funcionamiento. Se pulveriza combustible en los gases de escape extremadamente calientes y se prende. Produce un aumento de empuje del 60%. Triplica el consumo. Ventaja; mejora la capacidad de despegue, mejor ascenso, buena aceleración a velocidades supersónicas, alto rendimiento en combate.

Aprovechando que el aire aún está caliente se inyecta combustible en la tobera (jetpipe) no es necesaria segunda llama.

La tobera de salida de los postquemadores es de área variable y se operan hidráulicamente: posición cerrada normal, abierta postcombustión.

Componentes del sistema posquemador:

- Difusor de salida de la turbina: estabilidad de la llama.-sistema de inyección de combustible: colectores y pulverizadores.-estabilizador de llama: ancla la llama y reduce la velocidad.

Cámara de postcombustión o conducto de descarga:

Donde se mezcla el gas y el combustible pulverizado y se produce la combustión.

Sistema de encendido:

Puede ser: por dardo caliente, chispa, descarga combustible catalizador.

Tobera propulsiva:

Es donde se produce la expansión de los gases puede ser variable.

Sistema de control:

Regula el flujo de combustible a los quemadores y el área de salida de la tobera.

Aumento del empuje:

Depende de la relación de las temperaturas absolutas del conducto de descarga antes y después de que el combustible extra se queme, en motores by pas( turbo fan) equipado con posquemador se incrementa el empuje 70%.

Consumo de combustible:

(Muy alto) periodo de corta duración, a la corriente de gas se le añade combustible para adquirir la temperatura requerida, debido a la elevación de temperatura el combustible no se quema tan eficazmente como en la cámara de combustión y resulta un consumo más alto.Inconveniente: gasto combustible elevadísimo, aumento temperatura tobera, aumento de ruido, desgaste zonas calientes.