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Aviación
Se define el sistema de aire interno como el conjunto de los flujos de aire que el motor no usa directamente para la producción de empuje (o potencia). Las funciones que realiza son variadas e importantes para operar el motor segura y eficientemente:
• Refrigeración interna del motor y de ciertos accesorios.
• Sellado de los alojamientos de cojinetes.
• Prevenir la ingestión de gases calientes en las cavidades de los discos de turbina (oponiendo la presión del aire interno a la de la corriente principal de gases calientes).
• Control de las cargas axiales en los cojinetes.
• Control de las tolerancias entre los extremos de los álabes de turbina y el cárter de turbina.
• Antihielo de motor.
• Suministro de aire para servicios del avión.
Casi una quinta parte de la masa total de aire que entra en el motor puede ser usada para cubrir estas funciones. El aire necesario para las funciones descritas se “sangra” del compresor (en diferentes etapas) o del difusor pre‐cámara(s).
Se trata, si es posible, de sangrar el aire de las primeras etapas del compresor en que la presión y la temperatura del aire sean compatibles con la función a que se destine para no perder en ello más trabajo de compresión del necesario. Una vez que el aire ha realizado la función a que se destinó se expulsa al exterior del motor (o del avión) o se vuelve a introducir en la corriente de gases del motor
Algún detalle de las más importantes funciones es:
• Refrigeración:
o Es necesario refrigerar determinadas partes del motor (y en determinadas ocasiones algunos accesorios) porque sino la temperatura que podrían alcanzar podría dañarlas
o impedir su buen funcionamiento.
o Las áreas del motor que precisan refrigeración son las secciones de combustión y de turbina.
o Precisarán refrigeración o calentamiento los ejes y discos de compresor para asegurar la mejor distribución de temperatura (y por tanto la mayor eficiencia del motor) controlando las dilataciones térmicas que mantengan las mínimas tolerancias permitidas entre los álabes del rotor y su banda de rodadura (“seal”) en el cárter.
• Refrigeración de turbina: o La eficiencia térmica del motor depende de la temperatura del gas a la entrada en la turbina, que a su vez depende de la temperatura que puedan soportan los materiales de que están fabricados los álabes guía de estator y los álabes de rotor (de primer escalón).
o Refrigerando continuamente los álabes mencionados se consigue poder elevar la temperatura de los gases de combustión que pasan por ellos sin que afecte a su buen funcionamiento.
o Los discos de turbina deben igualmente refrigerarse para que el calor que por conducción les transmiten los álabes provoque en ellos dilataciones y contracciones incontroladas que puedan ocasionar fallos por fatiga térmica.
o Las Figs. “48”, “49” y “50” muestran ejemplos de como se realiza prácticamente esa refrigeración.
o Los álabes guía pre‐torbellino (“pre‐swirl nozzles”) reducen la presión y temperatura del aire suministrado a los discos de turbina para la refrigeración de los álabes al tiempo que con la velocidad tangencial que le imprimen facilitan el paso a través de los orificios de los discos de turbina (que están girando).
o El aire entra en los espacios anulares entre los discos, refrigerando sus caras, y fluye radialmente hacia afuera. Ese flujo es controlado por los cierres (“seals”) existentes entre estator y rotor y finalmente es expulsado a la corriente de gas principal que atraviesa la turbina (véase el ejemplo de la Fig. “51”).
• Sellado por aire:
Se emplea para:
o Evitar fugas de aceite de los alojamientos de cojinetes. Normalmente no se necesita refrigerar estos alojamientos ya que el propio aceite se encarga de hacerlo. o Controlar los flujos de aire de refrigeración.
o Evitar que los gases calientes de la corriente de gas principal penetren en las cavidades entre los discos de turbina.
o Se usan diferentes métodos de sallado dependiendo de: la presión y temperatura que les rodee, la practicabilidad, la generación de calor, el peso, el espacio disponible, la factibilidad de fabricación y de mantenimiento (montaje y desmontaje).
Una muestra de distintos métodos de sellado se ofrece en la Fig. “52”. Los sellados que muestra la Fig. “51” son solo hipotéticos (no responden a un caso real). Los tipos de sellado más normales son:
Sellos anulares (“ring seals”).
Sellos hidráulicos.
Sellos de carbón.
Sellos de cepillo (“brush seals”).
• Control de cargas de cojinetes:
o Los ejes del motor experimentan cargas axiales producidas por la corriente de aire y gases que atraviesa el motor.
o Esas cargas tienen sentido hacia adelante en el compresor y hacia atrás en la turbina.
o Por tanto el eje compresor‐turbina está siempre sometido a tracción y la diferencia entre las cargas indicadas es soportada por el (los) cojinete(s) de localización (fijación) que se fijan en un alojamiento estático.
o Se hace actuar la presión interna de aire sobre un cierre de equilibrado de presión de diámetro fijo que asegura que el (los) cojinete(s) de localización está(n) adecuadamente cargado(s) durante todo el margen de operación del motor (para los diferentes valores de empuje que desarrolle).
Ver Fig. “53”.
• Servicios al avión:
o Se emplean importantes cantidades de aire sangrado del compresor del motor para dar servicios de presurización y calefacción de cabina y antihielo del avión durante el vuelo.
conveniente, por lo ya dicho, que ese sangrado sea efectuado desde las primeras etapas del compresor (para minimizar la pérdida en compresión, y en eficiencia, del motor) aunque sea factible que se prevea que pueda ser traspasado a etapas posteriores si las condiciones de presión y temperatura durante algunas fases del vuelo así lo requiriesen.
