Turborreactor vs. Turbofan | Construcción, usos y eficiencia

¿En qué se diferencian el turborreactor y el turbofán?

La principal diferencia entre un turbofán y un turborreactor es que, con un turborreactor, todo el aire va al núcleo del motor (el compresor, la cámara de combustión y la turbina). Un turboventilador es similar a un turborreactor en muchos aspectos, pero tiene un gran ventilador en la parte delantera del motor.

Parte del aire «pasa por alto» los componentes principales del motor (el compresor, la cámara de combustión y la turbina) a medida que fluye alrededor del motor. En un motor turbofán, el ventilador y el núcleo del motor contribuyen a generar empuje, mientras que en un motor turborreactor, la aceleración del flujo a través del núcleo del motor produce todo el empuje.

Turborreactor vs. Turbofan: ¿Cuáles son las diferencias de construcción?

Construcción de un turborreactor:

Los componentes principales de un turborreactor suelen consistir en una entrada de aire que envía el flujo a un compresor. El flujo se entrega a la cámara de combustión después de pasar por el compresor (donde se mejoran la presión y la temperatura del flujo). El gas a alta temperatura y alta presión se acelera y expande en la boquilla para producir empuje después de la combustión.

En un turborreactor, el compresor es propulsado por la turbina. Los gases de escape proporcionan toda la energía para los turborreactores.
Debido a que no hay flujo «frío» alrededor del núcleo de un turborreactor, no hay flujo de derivación, lo que hace que el aire salga a alta velocidad. Los turborreactores son los más adecuados para vuelos supersónicos a altas velocidades, donde son más efectivos. Los turborreactores se utilizan a menudo en aviones rápidos como el Concorde.

Elementos clave de un turborreactor:

Los elementos principales de un turborreactor incluyen:

• Ensenada
• Compresor
• Cámara de combustión
• Compresor de accionamiento de turbina
• Tobera

Construcción de un Turbofan:

Por otro lado, un turboventilador tiene una entrada de aire que está conectada a un ventilador. Luego, el aire sale del ventilador a través de dos rutas diferentes: una «ruta caliente» o ruta central y una «ruta fría» o ruta de derivación. La cantidad de flujo de aire que elude la trayectoria fría varía del 30 al 80 por ciento, según el tamaño del ventilador y la relación de derivación del motor.

La «corriente caliente» y la «corriente fría» se combinan en la parte trasera del motor en el área de la boquilla después de que el aire «frío» se dirige alrededor del núcleo central del motor. Al igual que un turborreactor, la trayectoria caliente de un motor turbofan implica un compresor, una cámara de combustión, una turbina y una boquilla antes de que la corriente de aire salga del motor. En un motor turbofán, la turbina alimenta tanto el compresor como el ventilador.

Elementos clave de un Turbofan:

• Entrada de aire
• Abanicar
• Compresor
• Cámara de combustión
• Compresor y ventilador de accionamiento de turbina
• Tobera

¿Qué es la relación de derivación?

La relación de derivación es la relación entre el flujo de aire a través del «núcleo» del motor y la cantidad de flujo de aire que pasa por el motor. La relación de derivación 5 significa que hay 5 veces más flujo alrededor del núcleo que a través de él (compresor > cámara de combustión > turbina).

¿Cuál es la importancia de la relación de derivación?

En comparación con un motor turborreactor, un motor con un ventilador y aire que no pasa por el núcleo del motor principal utiliza menos combustible y produce la misma cantidad de empuje. Básicamente, una relación de derivación baja indica que el núcleo del motor produce más empuje que la derivación. En un motor de alto bypass, el ventilador genera un mayor empuje que el núcleo.

Los turborreactores no tienen bypass. El empuje del turborreactor se crea acelerando rápidamente un pequeño volumen de aire. Por otro lado, los turboventiladores generan empuje acelerando un gran volumen de aire a baja velocidad. Un turboventilador produce un gran volumen de aire de forma más gradual, pero un turborreactor libera un volumen de aire más pequeño más rápidamente, lo que es menos eficaz para producir empuje.

Turborreactor vs. Turbofan: ¿Diferencias de ruido?

En comparación con los motores turborreactores, los motores turbofan son mucho más silenciosos. El motor suele ser más silencioso cuando la relación de derivación es mayor. Los cambios de presión, temperatura y velocidad entre el entorno y el flujo a reacción hacen que los motores a reacción hagan ruido.

Los turboventiladores de alto bypass son significativamente más silenciosos que los turboventiladores convencionales, principalmente porque el flujo de aire es mucho más lento después de ser propulsado a través del motor. En comparación con un turboventilador, un turborreactor tiene una velocidad de flujo que es significativamente mayor en el escape.

En un turboventilador, las variaciones de temperatura y presión en el escape son menos significativas que en un turborreactor, lo que resulta en una mayor reducción del ruido. Los turboventiladores modernos también tienen revestimientos acústicos para disminuir el ruido. Por ejemplo, los motores 747-8 y Dreamliner tienen diseños de chevrones o dientes de sierra que ayudan a mezclar el flujo del motor de derivación con el entorno y reducir el ruido.

Turborreactor vs. Turbofan: Diferencia de eficiencia

Los turborreactores fueron diseñados para mejorar la eficiencia y son más efectivos a velocidades subsónicas de aproximadamente 300 a 600 mph. El motor turbohélice es el rey de la eficiencia. El turbohélice es esencialmente un motor turborreactor que impulsa una hélice a través de una transmisión.

Como toda la hélice y el núcleo están en aire libre, los turbohélices se roban el espectáculo porque básicamente tienen una cantidad infinita de relación de «bypass». Debido a su eficiencia de combustible significativamente mayor, los aviones turbohélice más lentos han reemplazado a los aviones a reacción en rutas más cortas donde una alta velocidad máxima no es esencial.

Al igual que los turbohélices, los motores turbofán utilizan la potencia de una turbina para impulsar un ventilador. A pesar de que la turbina impulsa el enorme ventilador de un motor turbofán, la eficiencia de propulsión mejorada del motor y el consumo de combustible compensan con creces las pérdidas mecánicas.

En los turboventiladores de alta derivación, el componente ventilador/conducto del flujo puede representar el 70% o más del empuje.
Las bajas velocidades hacen que los turborreactores funcionen de manera ineficiente. Los turborreactores son los más adecuados para vuelos supersónicos de alta velocidad. Los motores turborreactores pueden funcionar de manera más eficiente al aumentar la relación de compresión o la temperatura de combustión.

El vuelo a alta velocidad eleva la temperatura y la presión del pistón en la entrada de aire, lo que aumenta aún más la eficiencia.
Debido a los gases de escape y al ruido de la turbina de alta velocidad, los turborreactores no son buenos para los aviones subsónicos porque pierden energía en el escape.

Usos de los turborreactores y turboventiladores:

Los motores turbofán se utilizan principalmente en aplicaciones civiles y militares en aviones a reacción subsónicos de alta velocidad. Por otro lado, los turborreactores tienen usos supersónicos. Por ejemplo, el renombrado avión Concorde utilizaba motores turborreactores Rolls Royce 593 Olympus equipados con recalentamiento o postcombustión para mantener una velocidad de crucero de Mach 2 a una altura de 60.000 pies.

El avión de pasajeros bimotor más grande del mundo, el Boeing 777-300ER, está equipado con un motor turbofan GE90-115B y puede transportar a 386 pasajeros a través de distancias de 7.825 kilómetros náuticas (14.490 kilómetros).

Turbofans vs. Turbojets: ¿cuál fue primero?

En 1928, Frank Whittle hizo el primer avance en el turborreactor. El Heinkel He 178 fue el primer avión en volar con un motor turborreactor. Sin embargo, el primer vuelo británico con motor a reacción fue realizado por el Gloster E.28/39 Gloster Whittle en 1941.

Turborreactor vs. Turbofan: ¿Cuál es mejor?

El motor turbofán ha evolucionado a partir del turborreactor tradicional y se ha convertido en la opción preferida por los diseñadores de aviones en los tiempos modernos, especialmente cuando la eficiencia durante el vuelo subsónico es una prioridad.

Cuando se trata de aviones militares modernos que requieren un alto rendimiento y una larga duración de vuelo, los turboventiladores de baja derivación se ven favorecidos debido a su eficiencia, altas velocidades de escape y diseño compacto.

El motor turborreactor sigue siendo la opción dominante cuando es necesario para un vuelo ultrarrápido y a gran altitud. Sobresale en comprimir el aire delgado de la estratosfera de manera más efectiva que un turboventilador.

Por lo tanto, la elección entre un turborreactor, un turboventilador de baja derivación y un turboventilador de alta derivación es solo una cuestión de su aplicación. En el artículo anterior, hemos comparado su construcción, usos y eficiencia en detalle. Aún así, si tiene alguna otra consulta, háganoslo saber en los comentarios a continuación.