TEORÍA DE TURBINAS TURBINAS DE ACCIÓN

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1 FUERZA AÉREA ARGENTINA INSTITUTO UNIVERSITARIO AERONÁUTICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE ASIGNATURA CARRERA/AS: INGENIERÍA AERONÁUTICA AÑO ACADÉMICO: 2011 ASIGNATURA: MOTORES II COD: DPTO: MA ÁREA: SISTEMAS PROPULSIVOS BLOQUE: TECNOLOGÍAS APLICADAS HORAS TOTALES: 72 CURSO: IV SEM: SEGUNDO Semanas de Clase: Para primer año 1er. Semestre se consideran en el cálculo 15 semanas mientras que para los restantes años y semestres, las semanas de clase consideradas son 16 OBJETIVOS Generar en el alumno la capacidad para: Analizar sistemas propulsivos a reacción, seleccionar el motor apropiado en el proceso de diseño preliminar y planificar y dirigir la reparación y el mantenimiento de los sistemas propulsivos de una aeronave a reacción. Realizar un anteproyecto de un Turborreactor Básico. TEMA I INTRODUCCIÓN Introducción histórica sobre turbomotores, aplicados a propulsión. El ciclo motor Brayton. Sus parámetros fundamentales. El Trabajo de compresión. Ciclo Brayton de temperatura limitada. Rendimientos del ciclo de Brayton. El empuje. El caudal. La velocidad de entrada y de salida. Rendimientos del Motopropulsor. II TEORÍA DE TURBINAS TURBINAS DE ACCIÓN Teoría de Turbinas, Ecuación de las Turbomáquinas. La Turbina de Acción. Rendimientos de la turbina de acción. Escalonamientos en turbinas de acción. Marcha de las velocidades y las presiones, a través de los escalonamientos. Rendimientos de los escalonamientos de velocidad y de presión. Condición de máximo rendimiento. Influencia de las perdidas en los triángulos de velocidades. Velocidad de empalamiento, en turbinas de acción. III TURBINAS DE REACCIÓN Las Turbinas de reacción. Rendimientos en turbinas de reacción. Escalonamientos en turbinas de reacción. Marcha de las velocidades y las presiones en los escalonamientos. Rendimientos del escalonamiento. Condición de máximo rendimiento. Influencia de las pérdidas en los triángulos de velocidades. Velocidad de embalamiento en turbinas de reacción. Comparación entre turbinas de acción y de reacción. Regulación de Turbinas.

2 TEMA IV EL COMPRESOR DINÁMICO EL COMPRESOR RADIAL El compresor dinámico en turbomotores, diferencias con el estático. El compresor Radial. El grado de reacción en el compresor radial. Triángulos de velocidades en el compresor radial. Ecuación del trabajo periférico en compresor radial. Ecuación de Bernoulli, para compresores. Curva característica del compresor radial. V EL COMPRESOR AXIAL El compresor axial. Triángulos de velocidades en compresor axial. Grado de reacción en compresor axial. Triángulos de velocidades según el grado de reacción. Influencias de las pérdidas en los triángulos de velocidades. Curvas características del compresor axial. El cubo del compresor y la relación de cubo. VI COMPRESORES CURVAS CARACTERÍSTICAS El compresor y su curva de funcionamiento. El bombeo del compresor. Consecuencias del bombeo del compresor. Soluciones para evitar el bombeo del compresor. Funcionamiento de la válvula de descarga. Funcionamiento del IGE. Tipos de pérdidas del compresor. VII COMBUSTIBLES PARA TURBORREACTORES Los combustibles para turborreactores. Las cámaras de combustión. Funciones de las diferentes partes de la cámara de combustión. Diferentes tipos de cámaras. El tubo de llama. La unidad de control de combustible. VIII TURBORREACTORES El Turborreactor Básico. El Turbohélice. El Turbofan. La relación de derivación. La Post-Combustion. Regulación de La Post-Combustion. El Estatorreactor. IX CÁLCULO DE MÁXIMA Cálculo de máxima de turborreactores. Cálculo de máxima de un turbohélice. Cálculo de máxima de un turbofan. X CURVAS CARACTERÍSTICAS DE TURBORREACTORES Curvas características de los turborreactores. Curva de empuje Vs. altura y velocidad de vuelo. Curva de consumo especifico Vs. altura y velocidad de vuelo.

3 TEMA Influencias sobre el consumo de las variables atmosféricas y de la velocidad y altura de vuelo. Transitorio de arranque del turborreactor. Potencia para arrancar. XI MATERIALES PARA TURBORREACTORES Materiales para turborreactores. Materiales para turbinas (y procesos). Materiales y procesos para turbocompresores axiales y radiales. Materiales y procesos para cámaras de combustión. XII SISTEMAS ASOCIADOS AL TURBORREACTOR Sistema de lubricación. Sistema de refrigeración del motor. Sistema IGE. Sistema de encendido del turborreactor. Sistema de arranque del turborreactor. Sistemas asociados al motor, para el avión. Sistema combustible. Sistema de insonorización. XIII TOMAS DE AIRE DE TURBORREACTORES Toma de aire subsónica. Toma de aire supersónica. Regulación de la toma supersónica a pequeñas y grandes perturbaciones. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA APUNTES DE LA MATERIA Criscuolo E. R. IUA, BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA CUESTA ALVAREZ A. M. PARAINFO, 8va edición, TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS Mataix C. Editorial Dossat, Aerothermodynamics of rokets and turbine gas engines Gordon C. Oates TURBOMOTORES Oñate A. E. Editorial Dossat, TURBOMÁQUINAS DE VAPOR Y DE GAS Lucini M. Editorial Dossat, BOMBAS CENTRÍFUGAS Y TURBOCOMPRESORES Pfleinderer C. Editorial Dossat, Gas Turbines Steckyn, N. DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD CURRICULAR Actividades que desarrollará el docente : Dictar las clases teóricas, prácticas, laboratorios. Atender al alumno ante consultas propias de la asignatura, así también las de relación docente-alumno. Fomentar el estudio independiente. Preparar clases teóricas y/o prácticas. Organizar las clases de laboratorio. Organizar las visitas guiadas a distintos lugares donde se desarrollan actividades aeroespacial. Asistir periódicamente a reuniones de cátedra. Preparar evaluaciones y actividades de seguimiento del alumno. Confeccionar, revisar y actualizar el programa de la asignatura a su cargo. Confeccionar, revisar y actualizar las guías de laboratorios y/o prácticos.

4 DESCRIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD CURRICULAR Revisar y actualizar la bibliografía y material didáctico. Cumplir además con toda otra función que surja de su tarea para garantizar el correcto desarrollo de la carrera. Actividades que desarrollará el alumno : Asistir a clases teóricas, prácticas, laboratorios y visitas. Realizar consultas. Realizar los trabajos prácticos de aula que sean requeridos. Realizar experiencias de laboratorio. Confeccionar los informes exigidos. METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA Los aspectos teóricos de la asignatura son tratados mediante exposiciones dialogadas, con auxilio de técnicas visuales y debate colectivo. Los aspectos prácticos de la asignatura son tratados en forma preliminar mediante actividades de respuestas guiadas, con reconocimiento de terminología y conceptos, interpretación de datos y aplicación de conocimientos adquiridos. A continuación, mediante resolución de ejercicios y problemas, en forma individual y de pequeños grupos, con auxilio de debate colectivo. Existen además trabajos prácticos específicos que requieren herramientas computacionales y un trabajo de mayor elaboración en cuanto a sus conclusiones, de los cuales el alumno debe redactar y presentar un informe cuya aprobación es condición obligatoria. En forma complementaria, se realizan trabajos de laboratorio y visitas guiadas a distintos lugares donde se realizan trabajos relacionados a la actividad aeroespacial. Los trabajos prácticos de laboratorio y visitas requieren de la presentación obligatoria de informe y su aprobación. CRITERIOS Y FORMAS DE EVALUACIÓN Los criterios de evaluación quedan comprendidas en : Cantidad y calidad de los conocimientos adquiridos por el alumno. Manejo fluido de la información y del vocabulario técnico. Afirmación de criterios técnicos propios frente a determinadas situaciones y problemas. Desarrollo de capacidad, habilidad y destreza para el planteo y solución de problemas y para la aplicación de métodos de solución. Orden, claridad y calidad de las presentaciones, escritas u orales. Las condiciones para obtener la regularidad son las siguientes : Cumplir con el porcentaje de asistencia a clases que establece la Facultad. Aprobar 2 (dos) Exámenes Parciales con una nota mínima de 4 (cuatro) puntos. Un único examen parcial puede ser reprobado y posteriormente recuperado. La recuperación se hará en base a los temas originalmente asignados para el examen reprobado. Poseer en carácter de Aprobado los informes de trabajos prácticos, ya sean de aula o laboratorio, que se establezcan como de presentación obligatoria. Las formas de evaluación son las siguientes : El examen parcial es escrito y de carácter práctico y teórico, involucrando la resolución de ejercicios y problemas. El examen final de la materia es combinado y se compone también de una parte práctica que involucra la resolución de problemas y una parte teórica que consiste en preguntas conceptuales de respuesta concisa y específica.

5 CRITERIOS Y FORMAS DE EVALUACIÓN La parte práctica de todo examen es de tipo a libro abierto. La nota mínima de 4 puntos se logra acreditando un porcentaje de realización de los objetivos de la evaluación de 60 %, establecido previamente a criterio del docente para una evaluación concreta. Los exámenes escritos, tanto parciales como finales, quedan archivados en la Facultad de Ingeniería y el alumno tiene derecho a acceder a ellos y a consultar con el docente la corrección correspondiente.