Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
T
3
P = const.
q entrada 5
6
q salida
4
1
2
3
4
5
6
2
1
P = constante
s
Difusor Compresor Sección de
quemadores
Turbina
Tobera
FIGURA 9-48
Componentes básicos de un motor de propulsión por reacción y el diagrama T-s del ciclo ideal de propulsión
por reacción.
Fuente: The Aircraft Gas Turbine Engine and Its Operation. © United Aircraft Corporation (actualmente United Technologies Corp.), 1951, 1974.
F
V, m/s
·
W P = F V
FIGURA 9-49
La potencia de propulsión es el
empuje que actúa sobre el avión a lo
largo de una distancia por unidad de
tiempo.
F
baja velocidad entra al motor y con que los gases de escape de alta velocidad
salen de él; esto se determina de la segunda ley de Newton. Las presiones en la
entrada y la salida del turborreactor son idénticas (la presión ambiente), por lo
tanto el empuje neto desarrollado por el motor es
F 1m # V2 salida 1m # V2 entrada m # 1V salida V entrada 2
(9-27)
donde V salida es la velocidad de salida de los gases de escape y V entrada es la velocidad
de entrada del aire, ambas relativas al avión. Así, para una aeronave que
vuele en un aire sin corrientes, V entrada es la velocidad de la aeronave. En realidad,
los flujos másicos de los gases a la salida y a la entrada del motor son diferentes,
y la diferencia es igual a la rapidez de combustión del combustible. Sin embargo,
la relación de masa de aire y combustible utilizada en los motores de propulsión
por reacción es usualmente muy alta, lo que hace muy pequeña esta diferencia.
Así, ṁ en la ecuación 9-27 se toma como el flujo másico del aire en el motor.
Un avión que vuela a una velocidad constante utiliza el empuje para superar el
arrastre del aire, y la fuerza neta que actúa sobre el cuerpo del avión es cero. Los
aviones comerciales ahorran combustible al volar a mayores altitudes durante
largos viajes, ya que el aire a altitudes más grandes es menos denso y ejerce una
fuerza de arrastre más pequeña sobre el avión.
La potencia desarrollada a partir del empuje de una máquina recibe el nombre
de potencia de propulsión W . P , que es la fuerza de propulsión (empuje) por la
distancia en que esta fuerza actúa sobre el avión por unidad de tiempo; es decir,
el empuje multiplicado por la velocidad del avión (Fig. 9-49):
W # P FV avión m # 1V salida V entrada 2V avión
1kW2
(9-28)
El trabajo neto desarrollado por un turborreactor es cero. Por lo tanto, no es
posible definir la eficiencia de un turborreactor de la misma manera que para
máquinas de turbina de gas estacionarias. En lugar de eso se debe usar la definición
general de eficiencia, la cual es la relación de la salida deseada y la entrada
requerida. La salida deseada en un turborreactor es la potencia producida
para impulsar el avión W . P , y la entrada requerida es el calor liberado por el
combustible Q . entrada . La relación de estas dos cantidades se llama eficiencia de
propulsión y está dada por
1N2
h P
Potencia de propulsión
Relación de entrada de energía
W# P
Q # entrada
(9-29)