Turbofan

Esquema de funcionamiento de un turbofan de alto índice de derivación

Los motores de aviación tipo turbofan —a veces turbofán— son una generación de motores de reacción que ha reemplazado a los turborreactores o turbojet. También se suelen llamar turborreactores de doble flujo.

Se caracterizan por disponer de un ventilador —fan— en la parte frontal del motor. El aire entrante se divide en dos caminos: flujo de aire primario y flujo secundario o flujo derivado —bypass—. El flujo primario penetra al núcleo del motor — compresores y turbinas— y el flujo secundario se deriva a un conducto anular exterior y concéntrico con el núcleo. Los turbofan tienen varias ventajas respecto a los turborreactores: consumen menos combustible,[1] lo que los hace más económicos, producen menor contaminación y reducen el ruido ambiental.

El índice de derivación, también llamado relación de derivación, es el cociente de la masa del flujo secundario entre la del primario. Se obtiene dividiendo las secciones transversales de entrada a sus respectivos conductos.

En aviones civiles suele interesar mantener índices de derivación altos ya que disminuyen el ruido, la contaminación, el consumo específico de combustible y aumentan el rendimiento. Sin embargo, aumentar el flujo secundario reduce el empuje específico a velocidades cercanas o superiores a las del sonido, por lo que para aeronaves militares supersónicas se utilizan motores turbofan de bajo índice de derivación.

El turbofan más potente actualmente es el General Electric GE90-115B con 512  kN de empuje.

Clasificación

Turbofan de bajo índice de derivación (low bypass)

General Electric F110, ejemplo de turbofan de bajo índice de derivación, usado en aviones de combate.

Su índice de derivación está entre 0,2 y 2.[2] Fue el primero en desarrollarse y fue ampliamente utilizado en la aviación civil hasta que se sustituyó por los de alto bypass. Es habitual que exista un carenado a lo largo de todo el conducto del flujo secundario hasta la tobera del motor. Operan de forma óptima entre Mach 1 y Mach 2, por lo que en la actualidad se utilizan principalmente en aviación militar. Sin embargo, algunas aeronaves comerciales siguen haciendo uso de ellos, como el MD-83 con el Pratt & Whitney JT8D y el Fokker 100 con el Rolls-Royce Tay.

Turbofan de alto índice de derivación (high bypass)

General Electric CF6, ejemplo de turbofan de alto índice de derivación, usado en aviones comerciales.

Poseen un índice de derivación considerablemente superior (mayor que 5).[2] Estos motores representan una generación más moderna, especialmente usados en aeronaves civiles. La mayor parte del empuje, alrededor de un 80 %, proviene del primer compresor o ventilador (en inglés fan), que tiene una función básicamente propulsiva, similar a una hélice. Está situado en la parte delantera del motor y movido por un eje conectado a la última etapa de la turbina. El restante 20 % de la fuerza impulsora proviene de los gases de escape de la tobera. Los más recientes tienen un índice de derivación en torno a 10, como los que usan el Boeing 787 ó el Airbus 380.

En motores con relaciones de derivación muy altas, sobre todo junto a relaciones de compresión también elevadas, aparecen problemas de diseño debido a que el ventilador debe girar a una velocidad muy inferior a los compresores y turbines de alta presión. Por este motivo, suelen incorporar dos ejes concéntricos que permiten ajustar las velocidades de rotación de forma independiente.[2]

Propfan

Diagrama de funcionamiento de un motor propfan

El motor propfan, también llamado unducted fan o turbofan de ultra-alto índice de derivación (UHB, del inglés ultra-high-bypass turbofan), es una mezcla entre un turbofan y un turbohélice. Consiste en un turbofan con una hélice descubierta acoplada a la turbina. Este diseño pretende ofrecer la velocidad de un turbofan junto con la eficiencia de un turbohélice.

Pese a que fue planteado durante la crisis del petróleo de 1979 como una alternativa económica a los motores de la época, no terminó de convencer entre los fabricantes debido al ruido que emitían, las fuertes vibraciones que producen fatiga del fuselaje y el peligro que conlleva el uso de hélices al descubierto, especialmente en caso de desprendimiento.[3]

En los últimos años está volviendo a recuperar cierto interés; General Electric se está planteando equipar al Cessna Citation con estos motores e incluso se baraja la posibilidad de probarlos con prototipos posteriores al Boeing 787 y al Airbus A350.[3]

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