TOBERAS

TOBERASI. INTRODUCCIONTodos los motores a reaccin llevan incorporado a su salida una tobera de escape, la tobera expande los gases desde la turbina hasta la presin atmosfrica, de manera que produce un mximo empuje. En definitivo tiene la misin de transformar la entalpia del gas a la entrada de la tobera, en energa cintica del chorro de gas, es decir disminuye la presin "expansin" y aumenta la velocidad.Es por lo expuesto que se le llama rgano propulsor del avin.Se define como gases de expansin de una toberaP total entrada toberaGe = -----------------------P. esttica de descargaLlegando en la actualidad los aviones de propulsin:Subsnica3-4Supersnica20II. TIPOS DE TOBERASegn sea la velocidad que se quiere llegar las toberas pueden ser:A. Convergente o SubsnicoB. Convergente, Divergente o SupersnicoC. De rea variableA. Tobera convergente o subsnica.- Si la tobera esta calculada para un salto subcrtico de presiones deber tener una forma convergente.La necesidad de que sea convergente en este caso se explica porque en una corriente subsnica el aumento de la velocidad va acompaada de una discriminacin de la densidad del gas.Por tanto este tipo de tobera es el comunmente empleado en todos los reactores que operan en rgimen subsnico.En el interiror de la tobera van instalados unos montantes o riostras, cuya misin, adems de hacer de soporte a los ejes del motor con la carcasa o crter exterior, es actuar como gua para orientar los gases de escape en la direccin ms axial posible.Fig. 66 Tobera Converg B. Tobera convergente Divergente o Supersnico.- Al aumentar la relacin de presin y por ende el nmero Mach se eleve, hay problemas de prdidas en la expansin externa (orden de 12%) del empuje bruto y es por ello que si se quiere conseguir una expansin interna completa del gas se debe aadir un conducto divergente que controla la expansin.A velocidades de vuelo suficientemente grandes, el salto de presiones en la tobera de salida llega a ser tan grandes o la utilizacin de toberas convergentes conduce a una prdida notable del empuje y un aumento del consumo de combustible.Al ser constante el gasto en todas las secciones de tobera, e rea de la seccin deber aumentar, pues si se rigiera estructurando una vez alcanzado Mach 1, estrangulariamos la corriente con las prdidas del empuje consiguiente. La garganta donde se alcanza la velocidad snica se dinmica garganta crtica. A altitud cte, al aumentar la velocidad de vuelo, aumenta la presin en el motor y con ello el grado de expansin.Para asegurar la expansin completa en la tobera ser presiso aumentar la relacin:fs/fg Fg = rea de salidafg = rea de garganta crticaPermitiendo la expansin a velocidad supersnicaFig. 67 (Tobera Cover - Diverg) (Libro negro)Tobera de rea variable.- Segn sea el funcionamiento o diseo de una tobera su trabajo y rendimiento optimo variar dentro de un determinado rango opcional y es as que seria totalmente distinto al volar a 0.7 Mach a 2.5 Mach por ejem.Generalmente esta tobera se encontrar en los motores supersnicos, pueden ser de 3 tipos1. En la parte posterior de la tobera convencional aparecer 2 placas la cual reduce la seccin. Figura2. Otra forma consiste en retrazar el cono de salida con lo que disminuye la seccinFigura3. Finalmente el tipo ms usado en motores con post-quemadura consiste en una serie de lminas o flaps, montados por mandos neumticos. Estas lminas abren o sierran su seccin con arreglo a los parmetros que reciben.La figura (Figura X-1) diversos tipos de toberas convergentes de rea de salida variable.- Tobera tipo Clamshell.- El mayor o menor giro de las compuertas sobre las charnelas de sujeccin.- Tobera anular.- La diferente posicin del anillo constituido por sectores articulados entre si.- Tobera de Cono central.- El desplazamiento axial del vrtice del cono.-Tobera tipo "Cris".- El cono de salida adopta forma troncnica por las diferentes posiciones de las compuertas situadas en forma cirrcunferencial.II. DISPOSITIVOS PARA FRENO O EMPUJE INVERSO EN LA TOBERA DE ESCAPELa utilizacin del empuje de los turborreactorers en forrma reversible, esto es, hacia adelante en el empuje normal y hacia atrs, esto es, en la misma direccin y sentido opuesto, como empuje inverso, permite disminuir considerablemente la carrera de aterrizaje del avin, con las considerables ventajas de actuacin que esto supone.La figura X-6 representa de forma esquemtica una forma tpica general de estos dispositivos.En vuelo normal, estos dispositivos deflectores estn adosados a la tobera de escape, como indica la posicin (a), y girando a la posicin (b), deflectan el chorro aproximadamente 90 de su direccin axial. A partir de este momento, unos alabes gua continan girando hasta obtener un chorro de direccin casi totalmente opuesta a la normal, produciendo de esta forma freno efectivo. Aproximadamente el 50% del empuje correspondiente al despegue puede ser utilizado como reversible. El dispositivo debe dejar de operarse a una determinada velocidad especfica para cada motor, pues a baja velocidad afecta al funcionamiento normal de la corriente de gases.La interferencia del sistema en la corriente de salida de gases cuando acta de forma normal, hace que se produzca una disminucin del empuje respecto del mismo motor sin dispositivo reversible del 0'75% en rgimenes de despegue, y un aumento del consumo especfico que no sobrepasa el 1% en rgimenes de crucero.Los sistemas de empuje reversible en los turborreactores flujo pueden adoptar una de las dos variantes siguientes:-Un sistema reversible para el flujo primario, y otro similar para el flujo secundario.-Un sistema de empuje reversible actuando en la corriente de salida comn cuando ambos flujos se mezclan.El sistema de dos dispositivos, uno para cada flujo, es ms generalizado, especialmente para motores de altos valores de empuje.IV. DISPOSITIVOS PARA REDUCCION DE SONIDOSe har un estudio detallado en el captulo de Contaminacin Ambiental.V. POST-COMBUSTIONSegn lo tratado en el capitulo de combustin vimos que solamente un 25% del aire que atraviesa el motor se quema, el porcentaje restante es el que permite la post-combustin la cual consiste 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 tanto, el empuje.El efecto en el ciclo terrmodinmico, representado en el diagrama presin/volumen, es el de una fase adicional de combustin a presin constante representada por la lnea VII-VIII, dando como resultado un incremento de la energa obtenida en el ciclo representado por el rea de la zona rayada de la figura.La postcombustin se utiliza durante pequeos periodos de tiempo, para obtener altos valores de empuje que reduzcan la carrera de despegue, aumente el rgimen de subida, o proporcione, en los aviones militares, un empuje adicional requerido para incremento de velocidad del avin, en el caso de los cazas interceptorers en misiones de combate.La postcombustin comenz aplicndose a los turboreactores puros, y posteriormente, con la aparicin de los turboreactores de doble flujo se est aplicando tambin a estos, especialmente a los del tipo serie con turbocomprensor frontal para el doble flujo. En este caso la combustin de flujo secundario, o la combinacin de combustin de flujo secundario y postcombustin de flujo total, permite incrementar el empuje en mucho mayor porcentaje que la postcombustin normal de flujo nico de un turborreactor puro. El empuje obtenido por combustin de flujo secundario es similar al obtenido en un estatorreactor, en tanto que la combustin es continua en el tubo de llama de seccin corona circular, que forma la canalizacin para el flujo secundario.Los postquemadores para actuacin en vuelo alcanzan hasta aumentos del 60% sobre el empuje del motor bsico, sin embargo resultan muy pesados, pues aumentan el peso del motor del 15 al 20% y la longitud del mismo en un 50%. Cuando el sistema no acta, el chorro de gas normal, al tener que atravesar el complejo sistema de inyectores, trabaja en peores condiciones, y aparece un descenso de empuje del 3 al 4% del motor bsico sin postcombustin.Los postquemadores para despegue limitan el aumento de empuje slo hasta el 40%, perro incurren en menos problemas que los postquemadores de vuelo cuando el motor funciona sin postcombustin, esto es, menos pesados, el motor resulta ms corto, y el sistema de control es menos complicado.AREA DE UNA TUBERIA DE ESCAPE CON POSTQUEMADOREl rea de la seccin de salida de la tobera de escape, en un motor postquemador, es mayor que la correspondiente al mismo motorr bsico sin postcombustin. En este sentido, el postquemador se comporta como una gran cmara de combustin a la que es necesario dar forma divergente para adaptar el gasto msico, con una menor densidad del fluido debido a las altas temperaturas.Suponiendo que el gasto se mantiene prcticamente constante en la seccin V y en la seccin VIII, es decir, no teniendo en cuenta el aumento producido por el combustible de la postcombustin, resulta:Av. Vv. v = AVIII . VVIII . VIIIAVIII Vv V------ = ------ . ------- AV VVIII VIIIPara expansin tota en que pV = pVIII = Po resulta:Es decir:As, para valores normales de TVIII y Tv de: TVIII 1700 K y Tv 700 K, resulta:AVIII = 1'55 AvEn resumen el rea de la seccin de salida de la tobera de escale en un motor con postquemador, cuando este acta, es aproximadamente un 50% mayor que la correspondiente al mismo motor bsico sin postcombustin. Tambin puede considerarse el postquemador como un estatorreactor solidario del turborreactor en la tobera de escape; la velocidad exigida para su funcionamiento la proporciona la expansin de los gases, despus de mover las turbinas.Para que la postcombustin pueda operar bajo diversas condiciones, la tobera puede adoptar dos posiciones, o diversas, de rea de salida variable. La tobera estn en la posicin de mnimo abierto durante las operaciones en que no acta la postcombustin, en tanto que, cuando la postcombustin comienza a actuar aumenta el rea de salida, para proporcionar escape a los gases que ahora ocupan un volumen mayor. De esta forma se impiden sobrepresiones que pueden afectar al funcionamiento del motor, pudiendo utilizarse la postocombustin a diversos rgimenes funcionamiento del motorINCREMENTO RELATIVO DE EMPUJE CON POSTOCOMBUSTION.-Con la nomenclatura que indica la figura XX-2 y despreciando el gasto de combustible frente a la gran magnitud del gasto G de aire, resulta:Empuje con postcombustin:

empuje sin postcombustin:Incremento relativo de empuje

Para los valores de temperatura de TVIII = 1700K y Tv = 700K, se ha visto que:VVIII / Vv = 1'55y para Vo = 0, resulta:E = 55%INCREMENTO RELATIVO DE CONSUMO DE COMBUSTIBLE CON POSTCOBUSTIONEstableciendo la equivalencia entre la energa liberada por la combustin y el aumento de energa comunicada al aire, llamando C' al consumo de combustible con post-combustin y C al consumo de combustible sin postcombustion, resulta:Con postcombustin:LC' q = G Cp (TVIII-Tv)Sin postcombustinLC q = G Cp (TIII-TII)Incremento relativo de combustible: C' - C C'C = ------ = --- = 1 C C

TVIII - Tv C = ----------- - 1 TIII - TII

Y para los valores normales de temperaturas:TVIII = 1700K; Tv = 700K ; TIII = 800K; TII = 550Kresulta: 1700 - 700C = ----------- -1 = 4 - 1 = 3 800 - 550

C = 3'00CONSUMO ESPECIFICO DE COMBUSTIBLE CON POSTCOMBUSTIONEl consumo especfico de combustible con postcombustin aumenta considerablemente. Este incremento y el alto valor de nivel de ruido, han hecho que este sistema no se utilice de forma contnua y slo en las fases crticas de vuelo. Con la nomenclatura siguiente:- Consumo de combustible con postcombustin: C'- Empuje con postcombustin: E'- Consumo especfico de combustible con postcombustin: C'e = C'/E'- Consumo de combustible sin postcombustin: C.- Empuje sin postcombustin: E,- Consumo especfico de combustible sin postcombustin: Ce.Resulta:

y para valores normales de C=3'00 y E= 0'55 resulta para Vo=0:

Ver figura XX-4, que refleja la variacin del consumo especfico de combustible con la velocidad y la altura de vuelo.SISTEMA FUNCIONAL DEL POSTQUEMADOREl sistema de postcombustin de un turborreactor est formado, principalmente, por el conducto del postquemador, la tobera de seccin variable, los inyectores de combustible, y los estabilizadores de llama, capaces de crear una turbulencia localizada, e impedir aumento de velocidad del gas en la zona propia de combustin.Adems de estos componentes, localizados todos ellos en la zona de la tobera de escape, el sistema est provisto, por lo general, de los siguientes componentes:- Palanca de control, comn a la de control de empuje, y que hace actuar la postcombustin en el recorrido final ms avanzado.- Caja de engranajes de interconexin entre la palanca de control y la unidad de control de la postcombustin.- Unidad de control de la postcombustin- Unidad transmisora de la relacin de presiones del motorr.-Actuador hidrulico de regulacin del rea de salida de la tobera.El sistema funciona de la forma siguiente:El gas, que proviene de las turbinas del motor, entra en el conducto del postquemador a velocidades que pueden variar entre los 250 y 400 m/seg. velocidades estas que son demasiado elevadas para mantener una llama estabilizada, por lo que es necesario obtener por difusin una disminucin de velocidad y el consiguiente aumento de presin. Para conseguir esto, se sitan despus de los inyectores de combustible unos dispositivos estabilizadores de llama que crean una corriente turbulenta de baja velocidad local, contribuyendo de esta forma a la estabilizacin de la llama, para muy diversa gama de riqueza aire/combustible. Estos estabilizadorers de llama estn formados, normalmente, por una seccin anular en forma de "V".Unos inyectores de combustible descargan ste en posicin circunferencial al postquemador, es elevada, a veces no es lo suficiente para que se produzca el autoencendido, pues son necesarias temperaturas al menos de 800C, por lo que es menester asegurar una chispa o llama de intensidad suficiente para que el encendido pueda producirse, incluso a elevadas alturas.Normalmente son tres los sistemas de iniciacin de la llama para la postcombustin:- Encendedor catlico que crea una llama como consecuencia de la reaccin qumica de la mezcla aire/combustible con una placa de platino.-Mediante una buja, situada en las proximidades de los inyectores.- Por una llama localizada en una zona interior al tubo de corriente de combustin, desde la cmara de combustin hasta el postquemador.En el sistema de control de la postcombustin es menester conseguir una estrecha interrelacin entre el flujo de combustible para la postcombustin y el rea de salida de la tobera, variables estas que estn ntimamente ligadas con la relacin de cada de presiones a travs de la turbina.Cuando el rea de salida aumenta, el flujo de combustible aumenta y cuando el rea de salida disminuye, el flujo de combustible disminuye. La unidad que mide la relacin de presiones a travs de la turbina, asegura que la cada de presin a travs de est, se mantenga invariable y que el funcionamiento del motor no est afectado por la puesta en funcionamiento de la postcombustin, salvo el aumento de consumo de combustible y el aumento del rea de salida de gases.El sistema es completamente automtico, despus de la seleccin por el piloto en la palanca de control. La interrelacin de los diferentes elementos del sistema de control pueden verse en la Figura XX-5Cuando se selecciona la actuacin de la postcombustin, llega una seal mecnica a la unidad de control de la postcombustin. Esta unidad determina la cantidad de combustible a entregar a la bomba y controla la distribucin de combustible al postquemador.Al encenderse el combustible en el postquemador, resulta un aumento de presin en la tobera de escape y por, lo tanto, una disminucin de la relacin de presiones a travs de la turbina. Aumentar en funcin de este valor el rea de la seccin de salida de la tobera de escape, y se vuelve a obtener la relacin correcta PIII/PVII.Para actuar la apertura de la tobera es necesario un actuador hidrulico o neumtico de gran energa, para vencer la elevada resistencia impuesta por la corriente de gases de escape.

FUENTES EMISORAS DE RUIDOEl ruido puede definirse como un sonido indeseado y se considera de dos formas diferentes.-Representa una forma de la energa que puede ser medida por equipos especales de medicin acstica.-Es un fenmeno que puede ser detectado por el odo, y por lo tanto, sometido a interpretaciones fisiolgicas y psicolgicas.Considerar el ruido bajo estos dos aspectos, conduce a que de las medidas por instrumentos pueden estimarse los efectos fisiolgicos, y su interpretacin subjetiva.Principalmente, el aumento del nivel de ruido ha sido debido a una utilizacin mayor de la energa, de la cual, en el caso de los motores de combustin interna, un elevado porcentaje se libera por los sistemas de escape.En aviacin, al pasar de los aviones propulsados por motores alternativos con hlice, a los propulsados por turborreactores, subi el nivel de ruido, particularmente en las proximidades de los aeropuestos bajo las rutas de aproximacin do despegue.La mayor fuente de ruido en un avin son los motores, si bien hay tambin otras fuentes que generan ruido, y aun cuando su magnitud no es realmente grande, no deben ser ignoradas. Es el caso del ruido aerodinmico, y el ruido de los componentes de los mltiples sistemas funcionales.El ruido de un motor de reaccin, que es principalmente el que se oye en tierra, procede de dos zonas principales; la zona de escape, y la zona del compresor.El ruido del escape es el de mayor nivel, y es motivado, por las fluctuaciones de presin de la corriente turbulenta de salida de gases a alta velocidad, cuando choca con la atmsfera en calma. Dada la naturaleza del chorro de gases, normalmente se generan altas frecuencias en las prximidades de la tobera de escape, y bajas frecuencias en el chorro ya alejado de la tobera. La cantidad de ruido producido, depende principalmente del rea de seccin recta de la tobera, de la densidad de los gases, y de su velocidad relativa.El ruido producido por el compresor se genera principalmente en los alabes del rotor y en los del estator. Es un ruido de alta frecuencia, que se oye de forma muy acusada delante del motor, y aunque este ruido aumenta con las revoluciones del compresor, en general pasa inadvertido por el mayor nivel de ruido del escape. No obstante, el ruido del compresor predomina en rgimenes que requieren poco empuje del motor, como ocurre en las operaciones de aproximacin y aterrizaje.El ruido aerodinmico se oye principalmente dentro del avi durante el vuelo de crucero, y se genera principalmente en la capa lmite alrededor de la superficie del ala y fuselaje del avin, por efecto de la viscosidad del aire. El efecto de los componentes de los sistemas funcionales es el de menos nivel de todos los ruidos, pero puede ir en aumento a medida que el avin va envejeciendo.VELOCIDAD DE PROPAGACION: FRECUENCIA Y POTENCIA DE EMISION:La expresin matemtica que proporciona la velocidad del sonido, puede obtenerse aplicando las ecuaciones de continuidad y del impulso de la Mecnica de Fluidos a dos zonas de condiciones distintas: una de ellas en la cual se ha producido una sbita elevacin de presin, ocurriendo as una elevacin de densidad, y en la otra zona manteniendo las condiciones iniciales de presin y densidad. Ambas zonas quedan separadas por una superficie fluida de discontinuidad, producida por la elevacin de presin y de densidad.Llamando C a la velocidad con que se propaga la discontinuidad, es decir, la velocidad de propagacin del aumento de presin, y el consiguiente aumento de densidad resulta, considerando el proceso descrito adiabtico y sin friccin, resulta la conocida expresin de la velocidad del sonido en el aire:C = rg RTr = Exponente de las transformaciones adiabticasg = Aceleracin de la gravedad (g = 9.8 m/seg)R = Constante de los gases (R=29.27)T = Temperatura absoluta del aire (K)En la atmsfera estndar, considerando la variacin lineal de la temperatura T con la altura de 6.5 C cada 1.000 metros, resulta el siguiente cuadro de valores.

h(pies)c=(m./seg)

0339'26

10.000327'40

c=20T(m/seg)20.000314'94

30.000302'29

40.000297'00

50.00297'00

La gama de frecuencia audibles por el odo humano oscila entre los veinte y los veinte mil ciclos por segundo, si bien en la prctica, a efectos de medida del ruido, la gama superior audible se limita aproximadamente a 10.000 ciclos por segundo. Por convenio la gama audible se divide en ocho bandas, denominadas octavas, y cada banda excepto la primera y la ultima tienen su lmite superior el doble que el interior; as:

OctavasFrecuencia(c.p.s)OctavasFrecuencia(c.p.s.)

I2075V6001.200

II75150VI1.2002.400

III150300VII2.4004.800

IV300600VIII4.80010.000

Los sonidos de las diferentes frecuencias no son detectados igualmente por el oido humano. As, las frecuencias entre 1.000 y 4.000 ciclos por segundo resultan casi tres veces ms ruidosas que las de frecuencias superiores o inferiores a estas.La potencia emisora de la fuente de ruido se expresa generalmente en trminos de energa radiada por unidad de tiempo, siendo esta gama de energa amplsima, pues varia en la prctica desde una milmillonsima de watio para una voz suave o de murmullo, hasta 200.000 watios para cohetes del tipo Saturno V que lanzaron las astronaves del proyecto Apolo.Aun cuando la energa total radiada por una fuente sonora puede ser de inters en Ingeniera Acstica, es ms significativo la medicin de su intensidad, definida como el valor medio de energa transmitida a travs de una determinada superficie, pues la captacin del sonido afecta solamente a una pequea rea en las proximidades del oido humano. El valor medio de energa suficiente para producir sensacin en el odo es del orden de 10-16 watios por cm, siendo el umbral superior, para el cual comienza el dolor, de 10-2 watios por cm.Esta amplia gama entre el umbral del dolor fsico y el umbral audible, requiere una propia escala de medida.MEDIDA DE LOS NIVELES DE RUIDOLa medicin de los niveles de ruido se expresa en unidades logartmicas, respecto de una unidad de referencia. Esta unidad de referencia, es normalmente la energa mnima audible, esto es, 10-16 watios por cm. La unidad resultante se conoce con el nombre de "bell" en honor de su inventor, el americano Alexander Graham Bell. As, el "bell" viene dado por el logaritmo de la relacin entre la intensidad, cuyo nivel se considera, y la intensidad del mnimo audible. Esta unidad fue definida en principio para utilizacin en el campo de las comunicaciones elctricas, y ha sido aceptada ahora por diversas ramas de la Ciencia como relacin entre una energa determinada y una energa de referencia.A efectos prcticos, se usa como unidad de medida del nivel de ruido un submltiplo del "bell", el decibelio (dB) que es la dcima parte del "bell", expresado por:dB = 10 Log10 I/IrDado que el oido humano y la mayor parte de los micrfonos son sensibles a la presin, es ms usual obtener la medida del nivel de ruido por mediciones de presin. La frmula bsica del nivel de intensidad sonora se modifica ligeramente para medir el nivel de presin sonora tambin expresado en decibelios, formulacin que viene dada por 20 veces el logaritmo de la relacin entre la presin particular y la presin de referencia, siendo normalmente esta presin de referencia de 0'0002 dinas/cm.GraficaAun cuando el decibelio ha sido aceptado como unidad base para medidas fsicas del sonido, no es adecuada desde el punto de vista subjetivo. Para aproximar ms los niveles del sonido a las respuestas del odo humano, es menester ligar este nivel de ruido con la frecuencia de emisin, pues una disminucin del nivel de presin sonora puede compensarse con un aumento de frecuencia, como ndica la figura XXIX-1FiguraRecientemente el Doctor Karl D. Kryter, ha definido una escala subjetiva denominada nivel de ruido percibido tambin expresada en decibelios, y que considera como unidad de referencia la presin sonora producida por una frecuencia de 1.000 ciclos por segundo.Esta nueva unidad, est ganando aceptacin porque representa no solamente la intensidad del ruido, sino tambin la influencia fisiolgica y psicolgica del espectro de frecuencia.As por ejemplo, un avin grande de transporte comercial propulsado por motor alternativo de pistn, y otro de caractersticas similares propulsado por motor de reaccin, ambos pueden producir 100 decibelios en un medidor del nivel de ruido, sin embargo el propulsado por turborreactores aparenta ser ms ruidoso, por radiar una mayor cantidad de ruido en alta frecuencia. As, en la escala del nivel de ruido percibido, el turborreactor puede dar un valor de 102 decibelios, en tanto que el motor de pistn puede indicar solamente 98 decibelios.En el interior de los aviones, el criterio para limitacin de los niveles de ruido es el del nivel de interferencia de conversacin, y es un valor que corresponde al valor medio aritmtico de los niveles de presin sonora medidos en tres bandas de octava: de 600 a 1.200 ciclos por segundo, de 1.200 a 2.400 y de 2.400 a 4.800, que es en donde est concentrada la mayor parte de la energa procedente de una conversacin.Se ha observado que cuando este nivel es del orden de 6 decibelios o menos, por encima del valor medio global, las conversaciones se oyen correctamente. Este nivel de interferencia de conversacin oscila entre 65 y 70 decibelios en el interior de un avin de transporte propulsado por turborreactores.Se ha observado que cuando este nivel es del orden de 6 decibelios o menos, por encima del valor medio global, las conversaciones se oyen correctamente. Este nivel de interferencia de conversacin oscila entre 65 y 70 decibelios en el interior de un avin de transporte propulsado por turrborreactores.La unidad de medida ha de hacerse en decibelios del nivel efectivo de ruido percibido (NERP), cuyo proceso de clculo es el que se inserta a continuacin, a travs de los siete escalones que se citan:Primer escaln:Medicin de los niveles instantneos de presin acstica NPS de cada banda de tercio de octava, es decir, NPS (i,k) a intervalos de medio segundo.GraficaSegundo escaln:Conversin de los valores de NPS (i,k) en unidades de ruidosidad percibida n (i,k) segn tabulacin incluida en el anexo 16 de OACI.Tercer escaln:Conversin de los valores de ruidosidad percibida n(i,k) hallados en el escaln anterior, para determinar la ruidosidad percibida total N (k). Deber hacerse con la siguiente formulacin:

en donde n(k) es el mayor de los 24 valores de n(i,k)Cuarto escaln:Convertir la ruidosidad percibida total N(k) en nivel de ruido percibido NRP (k) mediante la expresin:NRP(k) = 40 + 33'3 log. N(k)Quinto escaln:Conversin por irregularidades espectrales acusadas (correccin por tono) de acuerdo con la expresin:NRPT(k) = NRP(k)+C(k)en donde C(k) es una constante que puede determinarse conociendo previamente la diferencia de nivel F de presin acstica de fondo, como ndica el grfico que inserta en la figura XXIX-2.Sexto escaln:Clculo del mximo nivel de ruido percibido corregido por tono NRPTM(k). Es el valor mximo de los valores ya calculados de NRPT(k) y se calcularn a intervalos de medio segundo.Sptimo escaln:Por ltimo, el nivel efectivo de ruido percibido NERP se obtendr sumando al valor NRPTM, obtenido en el escaln anterior, un factor de correccin por duracin, determinado por la siguiente expresin:

Donde T = 10 segundos, y el intervalo comprendido entre T1 y T2 es aquel al que corresponde una duracin definida por los puntos correspondientes a NRPTM -10 dB y 90 dB.LAS RELACIONES SOBRE EL RUIDO DE AVIONES: OACI Y FAAEn 1968, la Organizacin de Aviacin Civil Internacional (OACI), aprobaba la necesidad de regular los niveles de ruido para asignar a los aviones una determinada calificacin acstica.En 1971, la OACI adoptaba una serie de recomendaciones que fijaban la limitacin de los mximos niveles de ruido permitido y las pruebas a realizar a los aviones para la obtencin de la certificacin acstica. Las recomendaciones de OACI de ese ao constituyeron el Anexo 16 a los acuerdos de la Conversacin Internacional de Aviacin Civil, celebrada en Chicago en 1944.La FAA de Estados Unidos, publicaba en 1969 la Regulacin FAR 36 sobre la problemtica del ruido de aviones, que comenz a ser de obligado cumplimiento en USA.Hay una gran similitud entre las recomendaciones OACI y las regulaciones FAR. La OACI considera ahora dos categoras acsticas que ms adelante especificaremos, englobndolas en el captulo 2 y captulo 3, en tanto que la FAA considera tambin dos categoras denominadas Stage 2 y Stage 3. En trminos generales, puede decirse que un avin captulo 3 es tambin stage 3 y viceversa, en tanto que un avin Captulo 2 no tiene porqu ser Stage 2, aun cuando un Stage 2 sea siempre Captulo 2. A efectos prcticos puede considerarse al Anexo 16 y la FAR 36 equivalentes.Tanto la OACI como la FAA establecieron como fecha lmite para la operacin de aquellos aviones que no cumplieran el captulo 2/stage 2, el 1 de enero de 1988, se prohiban las operaciones con aviones incldos en el Stage 1 de la FAA.La Comunidad Europea y la CAA britnica, fueron ms exigentes en cuanto a la fecha de cumplimiento del captulo 2 de OACI, que fue fijada en el 1 de enero de 1986.La OACI, en su Asamblea General celebrada en octubre de 1991, acord que ningn avin que no cumpla el captulo pueda operar a partir del 1 de abril del ao 2002, y recomendaba que ningn pas prohiba antes del 1 de abril de 1995 la operacin de aeronaves que no lo cumplan.La exigencia del Captulo 3 habr que, al iniciarse los aos 2000, las comunidades prximas a los aeropuertos se vean notablemente favorecidas por la aplicacin de dicha regulacin.La situacin es complicada desde el punto de vista econmico, pues la devaluacin de aviones que no cumplen el captulo 3 ha sido muy considerable y el reacondicionamiento de aviones para que lo cumplan es muy costosa, y adems, son aviones con muchas horras de vuelo.RUIDO DE TURBORREACTORES.En la figura XXIX-3 se muestra la formulacin de la Ley de Lightill que pone de manifiesto que la energa sonora es proporcional a la octava potencia de la velocidad de salida de los gases de escape y al cuadrado del dimetro de la seccin de salida de la tobera.En la figura XXIX-4 se muestra la comparacin del nivel de ruido emitido por los componentes principales de los turborreactores.Los turborreactores de doble flujo han sido la solucin tecnolgica para disminuir los niveles de ruido. En realidad la solucin ha sido consecuencia del principio de funcionamiento de estos motores: aceleracin de una gran masa de aire a baja velocidad, y conseguir as un mayor rendimiento global, y por lo tanto, un menor consumo especfico de combustible.En la figura XXIX-5 se muestra la incidencia del ndice de derivacin de los turborreactores, de doble flujo en la disminucin del ruido; soluciones que son las que han marcado la evolucin de los "turbofans" en los ltimos 30 aos, como se indica en la figura XXIX-6.A las regulaciones, cada vez ms rigurosas, que limitan los niveles de ruido de las aeronaves ha respondido la Ingeniera Aeronutica, con soluciones tecnolgicas que han frenado, primero y reducido despus, los altos niveles de ruido que de forma progresiva se haban alcanzado tras un incremento gradual, que casi haban pasado inadvertida la forma en qu se haba llegado a tal situacin.Exponemos un ejemplo revelador, un slo avin grande de cuatro motores de comienzos de la dcada de los 60 generaba un nivel de ruido de 106 dB. ahora seran necesarios 125 aviones concentrados para generar aquel mismo nivel, dado que bimotores comerciales de gran radio de accin, como aquellos, solamente generan 85 dB. En efecto (85+10 log 125)dB = 106 dB.Las soluciones tecnolgicas, aun cuando difciles y costosas, son por ahorra posibles.PUNTOS DE MEDICION DEL RUIDO; NIVELES PERMISIBLES Y TOLERANCIA; SEGUN EL ANEXO 16 DE OACI.Los puntos de medicin de ruido y los niveles permisibles, funcin del peso del avin, son los que se indican en las figuras XXIX-7 a XXIX-13.a) Punto de medicin del ruido al paso del avin por la vertical en el despegue.b) Punto de medicin del ruido al paso del avin por la vertical en la aproximacin al aterrizaje.c) Puntos de medicin de ruido lateral.Esta norma de los puntos de medicin a, b, c, es general, con las excepciones de los aviones de peso inferior a 9000 Kg. propulsados por turbohlices; los aviones de caractersticas STOL de peso mximo al despegue menor de 5700 Kg, y no ms de 600 metros de carrera de despegue; y los helicpteros, que tienen una norma diferente.Compensaciones: si se excede los niveles mximos de ruido en uno o dos puntos de medicin.- La suma de cualquier exceso no exceder de 3 dB.- Cualquier exceso no ser superior a 3 dB.- Se compensar cualquier exceso con la disminucin correspondiente en los otros puntos de medicin.EQUIPOS DE MEDICION Y CONDICIONES METEROLOGICAS ESTANDAR PARA COMPUTACION DE LOS NIVELES DE RUIDO.El sistema de medicin acstica consta de un equipo formado por un sistema microfnico que tenga una respuesta de frecuencia compatible con la precisin especfica y trpodes o soportes para los micrfonos, que reduzcan al mnimo la interferencia con el sonido que se est midiendo.Se usa normalmente un juego de veiticuatro filtros consecutivos de tercio de octava o su equivalente. El primer filtro se centra en una frecuencia media geomtrica de 50 Hz, y el ltimo en una frecuencia media geomtrica de 10 KHz.Las pruebas deben llevarse a cabo en las siguientes condiciones meteorolgicas:- Ausencia de precipitacin.- Humedad relativa no mayor del 90% ni menor del 30%-Temperatura ambiente no superior a 30C y no inferior a 2C, a 10 metros del suelo.- Viento no superior a 10 nudos, y componente transversal no mayor de 5 nudos, a 10 metros del suelo.-Ausencia de inversin de temperatura o de condiciones de viento anormales que puedan afectar de una manera significativa al nivel de ruido del avin, cuando se registre el ruido en los puntos de medicin.Cuando se hagan mediciones de ruido con velocidades de viento superiores a 6 nudos, se proteger el micrfono con una pantalla, y las medidas se corregirn para compensar el efecto de la pantalla.Se orientarn los micrfonos en una direccin conocida, de modo que el sonido mximo recibido llegue lo ms exactamente posible de la direccin para la cual estn calibrados. Los micrfonos se colocarn de modo que se encuentren aproximadamente a 1'20 metros del suelo.DISMINUCION DEL NIVEL DE RUIDO POR REDUCCION DE EMPUJE Y POR AUMENTO DE LA PENDIENTE ASCENSIONALlos niveles de ruido estn expresados en dB de ruido efectivo perfectivo, que corresponde a los niveles de presin sonora corregidos por el espectro de frecuencia y por la duracin del ruido.La proporcionalidad del empuje con el cuadro de la velocidad de salida de los gases de escape, y de la energa sonora con la octava potencia de dicha velocidad, proporcionan una forma de disminuir el nivel de ruido como se indica en la figura XXIX-14.Los requisitos para certificacin de aviones Captulo 2 eran que en el despegue la reduccin de empuje para aviones de 2 3 motores se hiciera a 1000 pies de altura de vuelo, y para aviones de 4 motores de 700 pies, y esa reduccin fuera el mayor de los valores siguientes: la correspondiente a un motor inoperativo o la que permitir mantener un gradiente de subida del 4%.Para el captulo 3, en el despegue, esa reduccin de empuje est fijada a 984 pies de altura para aviones de dos motores, a 853 pies para aviones de tres motores, y a 689 pies para aviones de cuatro motores.Como puede observarse en las figuras XXIX-9 a XXIX-11 el paso de aviones del Captulo 2 al captulo 3 exige en el despegue, para aviones de dos motores y pesos grandes, una reduccin sensiblemente mayor que para los aviones de tres y cuatro motores; dado que en el mundo el nmero de aviones de dos motores es sensiblemente mayor que con tres o cuatro motores, el problema se agudiza a nivel global.En la figura XXIX-15 se pone de manifiesto la incidencia del aumento de la pendiente ascensional y la reduccin de empuje en la disminucin del rea abarcada por las huellas de igual nivel de ruido.FORMAS DE REDUCCION DE RUIDO POR VARIACIONES DE CONFIGURACION DE LOS MOTORESDado que las principales fuentes productoras de ruido en un motor estn localizadas en la tobera de escape y en compresores y turbinas, se resumen a continuacin las dos formas principales de reduccin de ruido.-Modificaciones en el motor por tratamiento de los paneles de recubrimiento, e incorporado colectores de divisin de aire en la admisin, pudiendo combinarse con diversos tipos de toberas de escape, diseadas principalmente para mezclar el aire caliente de la tobera con el aire del flujo secundario en los turborreactores de doble flujo, reduciendo de esta forma la velocidad de salida de gases y por lo tanto, el ruido emitido.-Reduccin de la amplia gama de frecuencias del espectro del ruido, y fundamentalmente constituye un nuevo rediseo del motor por aumento de la relacin de doble flujo. Aunque tambin incorpora tratamiento de paneles, principalmente afecta a los turbocompresores de flujo secundario, y los anlisis preliminares indican que puede obtenerse un aumento del empuje y una reduccin del consumo especfico de combustible con esta modificacin.Es de reconocer que, an siendo ms efectiva esta ltima forma, no puede aplicarse a todos los tipos de motores, pues ello implica cambios en la configuracin geomtrica y en las caractersticas termodinmicas y mecnicas del diseo original.En la figura XXIX-16 se muestra la disminucin de las dimensiones de la huella de 95 dB por las nuevas tecnologas del motor. Aproximadamente puede admitirse que dB "A" = dB (EPN) - 13.PROTECCION CONTRA EL RUIDO EN LAS PROXIMIDADES DE LAS ZONAS DE FUNCIONAMIENTO DE MOTORES.Los trastornos producidos en orden a la intensidad del ruido, y al tiempo de exposicin, pueden ser:- Irritabilidad- Disminucin del rendimiento- Falta de atencin (distraccin)- Sordera temporal (durante horas o das)- Sordera permanenteLa figura XXIX-17 indica los niveles de ruido emitido porr un motor, que corrobora cuanto se ha dicho anteriormente, relativo al mayor nivel de ruido en la zona de escape.La figura XXIX-18 muestra el comportamiento de los turborreactores de doble flujo, como consecuencia de la disminucin de velocidad de los gases de escape.La figura XXIX-19 muestra la reduccin aproximada del ruido cuando las ventanas y puertas de los edificios estn cerradas o parcialmente abiertas, y la figura XXIX-20 muestra la disminucin aproximada del nivel de ruido con la distancia a la fuente sonora, para diversas gamas del espectro de frecuencia.Dado que la intolerancia y daos fsicos que pudieran, aparecer en las personas expuestas a elevados nivele de ruido son en funcin de la intensidad de est, es menester tomar precauciones muy rigurosas, especialmente para aquellas personas que trabajan prximos a las zonas de funcionamiento de motores, y que afecta normalmente al personal de mantenimiento de aviones.Las precauciones contra el ruido emitido por diversos tipos de aviones comerciales, son los que se indican en la figura XXIX-22, cuya frmula de aplicacin de cascos, protector de odos y tapones, es de tipo emprico, pero que responde sensiblemente a las medidas de seguridad dictadas por los Servicios Mdicos de las compaas de transporte areo.LA OPERACION DE VUELO Y LA DISMINUCION DEL RUIDO PERCIBIDO EN TIERRA.Al avin en su trayectoria le acompaa una envolante esfrica fluda, en cuya superficie hay un nivel de ruido tanto mayor cuanto menor es el radio de la esfera considerada, por hacerse patente el efecto de la dispersin. Esta envolvente esfrica deja tras de si una estela cilndrica de dimetro igual al de aquella esfera y que, haciendo abstraccin de las irregularidades del terreno, se manifiesta en el suelo con una traza o huella elptica.Obviamente, las formas de las huellas elpticas tendrn configuracin invertida respecto de la pista de operacin en la aproximacin que en el despegue; en este caso del despegue sern de rea abarcada tanto menor cuanto mayor sea la pendiente ascensional, en tanto que en la aproximacin al aterrizaje, al seguir los aviones la senda de planeo del ILS, las huellas sern de igual excentricidad.Las operaciones de aeronaves en baja cota; despegue, subida inmediata al despegue, y aproximacin al aterrizaje, son lgicamente las que ms afectan a los niveles de ruido en el entorno de los aeropuertos y zonas de sobrevuelo prximas a ellos y adyacentes.Si no se hiciese uso del mtodo de la temperatura equivalente, la FAA admite la operacin de despegue con un peso en 5% mayor que el correspondiente a las condiciones reales, pero obviamente no es una solucin para disminuir el nivel de ruido. En la subida inmediata al despegue, tambin los altos valores de la relacin empuje/peso, unido a los relativos bajos valorres de la relacin resistencia aerodinmica/peso, permite que el avin pueda volar con un elevado ngulo de subida, reducindose con ello el rea abarcada por los altos niveles de ruido generados con altos empujes; efecto que, combinado con la reduccin de empuje, se pone de manifiesto en la figura XIX-15.ZONIFICACION DEL TERRENO EN EL ENTORNO DE LOS AEROPUERTOS: EL INDICE NEF.Si bien hay en el mundo ms de una veintena de ndices diferentes para evaluar el nivel de ruido de aviones, nos permitimos afirmar que prcticamente todos ellos convergen en uno que es el NEF desarrollado en Estados Unidos, que tiene en cuenta diversos factores entre los que destacan la correccin del nivel de presin sonora por tono y duracin de ruido, que hace necesario la utilizacin del EPNL definido por la OACI, y sobre todo considera la distribucin de operaciones las 24 horas del da as: periodo diurno de 7.00 a 22.00 horas y periodo nocturno de 22.00 a 7.00 horas, pues el efecto repetitivo, maxime si es de noche, tiene ms importancia que el de una operacin aislada, aunque esta sea ruidosa.La constante 20 ha sido elegida de tal forma que para 20 operaciones durante el periodo diurno el ajuste por nmero de operaciones sea cero (10 log 20/20 = 0)La constante 75 fue fijada para no confundir el ndice NEF con otro ndice, utilizando tambin en USA, de concepcin similar, y para que los valores NEF separadores de las distintas zonas resultaran sencillos, especialmente para los NEF 40, 30 y 20.EN la figura XXIX-24 se muestra las equivalentes del ndice NEF con otros ndices tambin en uso en diferentes pases; si bien, como decimos, consideramos el NEF como el menor definido.En la figura XXIX-25 se muestran unos contornos NEF hipotticos en un aeropuerto de dos pistas cruzadas, y en la Figura XXIX-26 queda reflejada la utilizacin que puede hacerse del terreno segn la zona abarcada por los ndices NEF 40, 30 y 20, que son los ms normales.La medicin de niveles de ruido de dB "A" definidos segn el American National Standar Institute en 1971, est universalmente aceptada en tanto que corrige el nivel de ruido en funcin de la frecuencia de emisin, es muy adecuado para medir niveles de presin sonora tanto en interiores como en exteriores, como miras a la proteccin del odo.SEIS FORMAS PRACTICAS PARA DISMINUIR EL RUIDO DURANTE LAS OPERACIONES EN TIERRA.Son las que se exponen en la figura XXIX-27 y tienen una probada efectividad cuya justificacin resumimos as:-El alejamiento del avin, cuando sea posible, es la forma prctica ms efectiva y obviamente la ms econmica. La intensidad sonora disminuye con el cuadro de la distancia a la fuente sonora (el avin).

TOBERASTURBOREACTORES DE FUERZA DE REACCIN ORIENTABLESon motores provistos de toberas especiales los cuales permiten dirigir el chorro de escape del gas en diversas direcciones y de esta forma el piloto puede seleccionar la traccin en la direccin requerida para cada vuelo en particular.Esta clase de toberas de escape especial son del tipo cascada giratoria en forma rectangular, permitiendo as la orientacin del flujo de salida de gases en la direccin requerida para el vuelo.Estan diseadas estas toberas para aviones tipo STOL (Shart Take Off an Landing) o aviones de carrera de despegue y aterrizaje costos, y VTOL (Vertica Shart Take Off an Landing) o aviones de despegue verticalUn motor caracterstico para utilizacin en aviones VTOL es el Bristol Siddeley Pegasus, que ha sido aplicado al avin Hawkey Siddeley Harris. Este motor Pegasus, es un moderno motor de doble flujo de tipo turrbofan, con cuatro toberas que pueden girar de forma que el escape tenga una direccin paralela con el eje axial, del motor, o normal con l, cuando se utilizan los rgimenes ascensionales y verticales.Las dos toberas, orientan el flujo secundario del turborreactor de doble flujo, y las dos posteriores, el flujo primario. Las toberas delanteras, reciben el nombre de toberas fras, y las posteriores el de toberas calientes. Las cuatro toberas estn conectadas mecnicamente, y giran a simultneo.CONTAMINACION AMBIENTALSupresores De Ruido En La ToberaEl efecto de los amortiguadores de ruido en la tobera de escape ocasiona una disminucin del empuje, debido a la menor velocidad de salida de los gases y un aumento especfico del combustible como consecuencia del descenso de empuje para el mismo gasto de combustible.Algunos llevan una serie de orificios alrededor de las toberas son los que entra el aire que pasa por la periferie del motor, formando una especie de envoltura entre la corriente de salida intensamente calentada y acelerada y el aire en calma exterior.Una reduccin de ruido de 12 db aproximadamente puede incurrir en 1,5% de prdida de empuje en rgimen de despegue, obteniendo una mejora del 0.30% en crucero si la tobera es convergente de seccin variable.El efecto del aumento del consumo especfico de combustible es aproximadamente del 1% en todas las gamas de la operacin, debido a las prdidas por instalaciones fijas.CAPITULO IVTURBO JET:O tambin llamado turboreactor de flujo nico o turboreactor purro.El aire que penetra en el motor se le somete a una compresin y despus a una combustin parcial, expansionndose en las turbinas para captar la energa necesaria para mover el compresor y en la tobera de salida, para obtener un gran incremento de velocidad de la masa de aire que penetr en el motor.Estos motores son prcticamente los utilizados en forma exclusiva por la aviacin militar pues en 85% es utilizada por esta, y un 5% compartido por la aviacin comercial que slo utiliza en un 10% de los 60 tipos existentes.Este motor nos permite la utilizacin de empujes pequeos, no superiores a los 2500 Lb, que comprende el 40% de la familia de turrbojets.Distintos tipos de turborreactores de flujo nicoDe acuerdo con el nmero de compresores de que van provistos, se clasifican en: turborreactores puros de compresor simple, cuando van dotados de un slo compresor y, en turborreactores puros de compresor doble, cuando van dotados de dos compresores, el segundo en serie con el primero.Ya sean uno o dos compresores, pueden ser del tipo centrfugo o del tipo axial, habindose desarrollado mucho ms estos ltimos y, concretamente, los de doble compresor axial, especialmente cuando se desean altos valores de empuje.Las configuraciones de turborreactores de compresores centrfugos, fueron las inicialmente utilizadas en aviacin, pero pronto quedaron relegadas a un segundo plano con el desarrollo de los compresores axiales. Sin embargo, en el caso de los turbohlices, se ha mantenido durante tiempo la configuracin del doble compresor centrfugo.Comparacin turbo Jet turrbo FanEs dificil comparar dos motores, aun con la semejanza de funcionamiento que existe entre los dos tipos que se consideran. Por lo general, se analizan dos motores de las mismas dificultades mecnicas, del mismo diseo aerodinmico, y con rendimiento de sus componentes iguales.Quiz un mtodo de comparar ambos diseos para un mismo peso de motor, de configuracin similar a la que presenta la figura XVII-10 sea la de considerar el mismo empuje en rgimen de despegue a la misma temperatura de combustin, y despus realizar el cmputo del comportamiento en altura de la siguiente forma:1. Para la misma temperatura de combustin.2. Para el mismo empuje e igual temperatura de combustin3. Para el mismo consumo especfico de combustible e igual temperatura de combustin.1. Para la misma temperatura de combustin resulta.- Empuje: 8% menor el turborreactor de doble flujo.- Consumo especfico: 7% menor el turborreactor de doble flujo- Radio de accin: 5% mayor el turborreactor de doble flujo.2 Para el mismo empuje e igual temperatura de combustin- Consumo especfico: 2% mayor el turborreactor de doble flujo- Radio de accin: 4'5% mayor el turborreactor de doble flujo.3. Para el mismo consumo especfico de combustible e igual temperatura de combustin.- Empuje: 33% mayo el turborreactor de doble flujo- Radio de accin: 6% mayor el turborreactor de doble flujo.Adems de las ventajas enumeradas a favor de los motores de doble flujo, existe una reduccin de la temperatura en la parte externa del motor, con lo consiguiente simplificacin en los sistemas de ventilacin y contraincendios, que se vern reducidos de peso aproximadamente en un 3% del peso total del motor. Las instalaciones de refrigeracin, utilizando aproximadamente un 3'5% de flujo de aire, tambin suponen un ahorro del 2% en el peso del motor.El motor de doble flujo presenta considerables ventajas en rgimen de vuelo subsnico, cuando la economa de combustible para obtener gran radio de accin es mandatario sobre la alta velocidad.EMPUJECONCEPTOSUn motor de reaccin es un sistema propulsivo cuyo principio de funcionamiento est basado en la aplicacin de la Segunda y Tercera Ley de Newton.1 Ley de Newton.- Todo cuerpo permanece en estado de reposo o velocidad constante cuando se le deja libre sin que acte ninguna fuerza sobre l.2 Ley de Newton.- El incremento de la cantidad de movimiento es igual a la impulsin de la fuerza aplicada y tiene la misma direccin que aquella.Puede expresarse tambin diciendo que la fuerza total ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleracin.3 Ley de Newton.- A toda accin de una fuerza, hay una reaccin igual y actuando en la misma direccin y sentido contrario.Supongamos un motor hipottico que durante un tiempo t es atravesado por una masa de aire-gas m y admitamos en principio que esta masa es igual a la entrada que a la salida, por considerar despreciable la cantidad de combustible introducido en relacin con la gran cantidad de aire admitido.Siendo:Ve = Velocidad del aire a la entradaVs = Velocidad del gas a la salidaResulta:Cantidad de movimiento a la entrada: m Ve.Cantidad de movimiento a la salida: mVsIncremento de la cantidad de movimiento: m(Vs-Ve)La aplicacin de la 2da Ley de Newton nos proporciona lo siguiente: Impulsin de la fuerza F aplicada durante un tiempo t.Ft = m(Vs - Ve)Vs-Ve/t = r (aceleracin)

Vs - Ve F = m --------- = m r tLa aplicacin de la 3ra Ley de Newton nos proporciona: Reaccin o empuje obtenido:E = - FEste valor del empuje puede escribirse de una forma ms prctica en funcin del gasto de aire que atraviesa el motor por unidad de tiempo y de la variacin de velocidades entre la entrada y salida al motor.Asi llamando m al gasto msico de aire por unidad de tiempo, y G al gasto en peso de aire tambin por unidad del tiempo, el valor absoluto del empuje resulta:

siendo g la aceleracin de la gravedad.

EMPUJE, RESISTENCIA Y TRACCION DE UN MOTOR DE REACCIONLas figuras XV-1 y XV-2 representan en forma vectorial la divisin del empuje en empuje de admisin y empuje interno; la resistencia en resistencia de admisin y resistencia de motor, as como la traccin o propulsin obtenida, resultante de las fuerzas de empuje y resistencia.Ea. Empuje de admisin. Es la resultante de las fuerzas de presin y friccin en el interior del tubo de corriente entre las secciones (0) y de entrada (e), y que aparece como reaccin a la fuerza resultante de la variacin de la cantidad de movimiento entre dichas secciones.Ei.- Empuje interno.- Es la resultante de las fuerzas de presin y friccin en el interior del motor, entre las secciones de entrada (e) y de salida (s), y que aparece como reaccin a la fuerza resultante de la variacin de la cantidad de movimiento entre dichas secciones.E. Empuje total.- Es el empuje suma de los empujes de admisin e interno.Ra.- Resistencia de admisin.- Es la resultante de las fuerzas de presin y friccin en el exterior del tubo de corriente, entre la secciones (o) y de entrada (e).Rm Resistencia de motor.- Es la resultante de las fuerzas de presin y friccin en el exterior del motor.R Resistencia total. Es la resistencia suma de las resistencias de admisin y motor.T. Traccin o propulsin. es la resultante del empuje (fuerza de reaccin internas) y resistencia total (fuerzas de accin externas)El empuje de un motor de reaccin no puede ser localizado en ningn punto particular del mismo. Por lo general, solamente una pequea parte o fraccin del empuje es transmitida a travs de los cojinetes del rotor, especialmente en los motores de reaccin provistos de turbinas axiales del tipo de reaccin.Las actuaciones de un motor de reaccin se refieren siempre al empuje que desarrolla en los distintos regmenes operativos, si bien puede evaluarse la potencia equivalente de la forma que se describe al final de este mismo captulo.ENERGIA DE LA PROPULSION POR REACCIONEn la propulsin por reaccin, la distribucin de energa se valora considerando sta la forma siguiente:-Energa aplicada al motor (Wc). Viene determinada por el producto del poder calorfico del combustible, y la cantidad de combustible suministrada al motor en la unidad de tiempo:Wc = L. C- Empuje obtenido (E). Considerando expansin hasta las condiciones atmosfricas, hemos visto que tiene por expresin:

GE = --- (Vs - Vo) gen donde se ha supuesto que la masa que evoluciona es constante e igual a la correspondiente al aire, despreciando el valor de la masa de combustible a efectos de clculo de empuje, pues, adems de ser muy pequea respecto del aire, ya que es normalmente inferior a 1/60 prcticamente no se incurre en error, pues en muchos casos parte del aire ya comprimido no pasa al proceso de combustin, y es utilizada su energa de forma diversa y, esta disminucin en la masa de aire, es contrarrestada por la masa de combustible que se suministra al motor.- Energa de propulsin (Wp). Es la correspondiente al empuje (E) a la velocidad de prropulsin Vo:

GWp = EVo = --- (Vs - Vo) Vo g- Energa mecnica comunicada a la vena fluda (Wv). es la energa cintica debida al incremento de velocidad de la masa que evoluciona: 1 GWv = --- --- (Vs - Vo) 2 g- Energa mecnica total (WM). Es la suma de la correspondiente a la propulsin (Wp) y la que se comunica a la vena fluda (Wv) 1 GWM = Wp + Wv = --- --- (Vs - Vo) 2 gLas relaciones entre los valores de la energa antes enunciados, nos lleva a la consideracin de los siguientes rendimientos como ndices significativos de aprovechamiento de la energa del combustible y de la energa mecnica total obtenida en el motor.En las expresiones que resultan, se ha incluido la relacin G/c representada por r.RENDIMIENTO DEL MOTOREs la relacin entre la energa mecnica total obtenida en el motor (WM) y la energa del combustible (Wc).

RENDIMIENTO GLOBAL O MOTOPROPULSORViene determinado por la relacin entre la energa invertida en la propulsin (Wp) y la energa comunicada cada c Kgs, de combustible (Wc).

RELACION ENTRE LOS RENDIMIENTOS EXPRESION SIMPLIFICADA:De las expresiones de los rendimientos resulta que el rendimiento global viene determinado global viene determinado por el producto de los rendimientos del motor y de la propulsin:G = M pLa figura XV-3 representa la variacin de estos rendimientos con la velocidad, en donde puede observarse que tericamente la propulsin por turborreactor puro puede alcanzar velocidades hasta 2'5 veces la del sonido, valor ste al cual, para los valores normales de velocidad de salida de gases, est se iguala a la velocidad del avin que propulsa.EFECTO DE LA ALTURA DE VUELO EN LAS ACTUACIONES DE LOS TURBORREACTORES.Como se ha visto el rendimiento global depende de dos valores el rendimiento de la propulsin y el rendimiento trmico o del motor.G = p . mLa altura motiva unos efectos contradictorios en el rendimiento global, si bien, predominan las ventajas sobre los inconvenientes.Ventajas de la altura.a) A mayor altura existira menor resistencia al avance, aumentado pues la velocidad del avin, y como resultado, aumentar el rendimiento de la propulsin, y por consiguiente el rendimiento global.b) El incremento de velocidad con la altura hace aumentar la presin dinmica, aumentando la compresin adiabtica y por lo tanto la energa mecnica total obtenida en el motor, aumentando por lo tanto el rendimiento global.c) No obstante la desventaja de disminucin de aire por menor densidad, como dicha disminucin de densidad del aire se manifiesta por igual delante del compresor como detrs de la tobera, mejorar la expansin de los gases, y con ello el rendimiento de la turbina, obtenindose un rendimiento global mayor.d) El aire, aun siendo menos denso, al estar a ms baja temperatura necesita menos energa para la compresin, que se manifiesta de forma indirecta tambin en un mayor rendimiento global.Inconvenientes de la alturaa) Al disminuir la densidad del aire, disminuir la masa del fludo a travs del motor, disminuyendo el empuje y la energa comunicada al compresor por la turbina.b) 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, pero al verse incrementada la velocidad de salida de gases, disminuir el rendimiento de propulsin.Con objeto de que esto no ocurra, las unidades de regulacin atuomtica de combustible mantienen constante la relacin aire/combustible para el aire primario que pasa a las cmaras de combustin, disminuyendo de esta forma el incremento de la velocidad de salida.Por lo expuesto se observa que predominan las ventajas sobre los inconvenientes y, por lo tanto, el rendimiento global se mantiene en rgimen creciente hasta una determinada altura, a partir de la cual aumentarn los efectos perjudiciales al disminuir el rendimiento de propulsin por descenso de empuje. La altura mxima de operacin del avin se obtendr cuando se igualen la mxima traccin disponible con la resistencia al avance del avin.GASTO DE AIREEs la cantidad en peso de aire que atraviesa el motor por unidad de tiempo. Se expresa por lo general en Kgs/seg. o en gramos/seg.El gasto de aire depende de la configuracin de las secciones del motor, del rendimiento de los componentes fundamentales, de las RPM, y de las condiciones exteriores de altura y velocidad.Cuando la expresin alcanza el valor de la presin atmosfrica es decir Ps = Po, y la velocidad de salida de gases por la tobera es subsnica, el gasto viene determinado por la expresin:G = Ae Ve Peen donde Pe es la densidad del aire a la entrada al compresor, y Ve es la velocidad del aire a travs de la seccin de admisin de rea Ae.Por cada Kg, de empuje que produce un turborreactor, se necesitan aproximadamente de 15 a 25 gramos de aire por segundo atravesando el motor, para las velocidades y alturas normales de crucero.VARIACION DEL GASTO DE AIRE CON LA VELOCIDAD Y LA ALTURA DE VUELOEl gasto en peso de aire aumenta con la velocidad por dos efectos; por una parte aumenta el gasto volumtrico (Ve Ae) por efecto del aumento de dicha velocidad. Por otra parte aumenta el gasto msivo (Ve Ae Pe), por efecto del aumento de densidad a la entrada del motor, debido a dicha velocidad.Si se tiene en cuenta la altura, aun cuando el gasto para la misma velocidad es menor que al nivel del mar, el gradiente de aumento es mayor para igual velocidad, por efecto de la disminucin de temperatura con la altura.IMPULSOSe llama impulso al empuje obtenido por unidad de gasto de aire; esto es:

El valor del impulso en los turborreactores puros, es del orden de 40 a 60 seg. Obsrvese que la unidad segundos se deriva de la ecuacin de dimensiones de la expresin del impulso.

E(Kgs) E Kgs EG (Kgs/seg I = --- ---------- = --- seg. G Kgs/seg G

g(m/seg) 1 1(Vs-Vo)(m/seg) I = --- (Vs - Vo) -------- m/seg. g m/seg

1I = --- (Vs - Vo)seg. g VARIACION DEL IMPULSO CON LA VELOCIDAD Y LA ALTURA DE VUELOEl 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.VARIACION DEL EMPUJE CON LA VELOCIDAD Y LA ALTURA DE VUELOSe deduce de la variacin del gasto de aire y de la variacin del impulso. En efecto:

G 1E = ---(Vs - Vo) = G. --- (Vs - Vo) = G.I g gTeniendo en cuenta las representaciones grficas del gasto de aire y del impulso- El impulso disminuye con la velocidad.- El gasto aumenta con la velocidad.Hasta determinada velocidad, el descenso del impulso es mas acusado que el aumento de gasto, ocurriendo una disminucin del empuje.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, alcanzando un empuje Em a una determinada velocidad Vm, del empuje, ocurrido esto hasta una velocidad VM en que se alcanza el mximo de empuje EM. A partir de 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 los 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 mximos de empuje Em EM aparecen en altura a ms bajas velocidades que al nivel del mar, llegando incluso a no aparecer el mismo Em a partir de una altura determinada. El descenso de empuje con la altura es del orden de 2'5 al 3% por cada 1.000 pies.VARIACION DEL EMPUJE CON LAS RPM DEL MOTORSe han analizado hasta aqu, las variaciones del empuje con la velocidad y la altura de vuelo, y se ha expuesto, como estas variaciones se corresponde con las propiedades fsicas del aire: presin, densidad y temperatura.En efecto la masa de aire que penetra en el motor es funcin principal de las RPM y estas 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 combustibles, en el sentido de que se obtenga un mayor rempuje cuando mayores sean dichos factores, hasta aquellos valores que no supongan respectivamente sobrevelocidad del rotor ni alta temperatura en las turbinas.La figura XVI-4 indica el efecto de las RPM en el gasto de aire G en el empuje obtenido E. Puede observarse 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 al 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 ms compleja que el gasto de aire.INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA AMBIENTE EN EL EMPUJELos motores de reaccin son afectados por los cambios de temperatura en una mayor proporcin que lo es el motor alternativo de explosin, puesto que al variar la masa de aire admitido al motor de forma inversa a la temperatura, un cambio en sta afecta directamente al 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 del empuje.El aumento de temperatura tiene un efecto similar al de una disminucin de presin: el avin y el motor reaccionan de forma similar, esto es, como si volarn a una mayor altura.El empuje decrece al aumentar la temperatura, si bien la distancia especfica para una determinada presin de altitud y nmero de Mach, aumenta. Esta mejora en el vuelo de crucero es aplicable hasta aquellos valores en que la resistencia al avance se mantiene sin elevarse brscamente, por la elevacin del nmero de MachEFECTO DE LA HUMEDAD EN EL EMPUJELos motores de reaccin son afectados por la humedad en menor proporcin que los motores alternativos de explosin, pues el cambio producido por la humedad afecta slo a la densidad de la masa de aire admitida al motor, en tanto que en el motor alternativo de explosin afecta tambin a la relacin combustible/aire que para los grandes valores del turborreactor es factor despreciable.No obstante la relacin de cantidad de aire seco a saturado, en una amplia gama de temperatura de 15 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 ms afectadas, se fijan al 80% de la humedad relativa, no se requiere ninguna correccin por este motivo.Se suponen condiciones estndar de humedad, las correspondientes a 15 C y 80% de humedad relativa, equivalente a 100 mm. Hg de tensin de vapor.El empuje del motor no acusa ningn efecto adverso debido a la lluvia, nieve o granizo, si bien en tales casos debe aumentarse el empuje previamente seleccionado, pues disminuir indirectamente, al derivar parte del aire para el sistema de deshielo en la admisin.