7. MOTORES PARA VOLAR
Famosos y fracasados fueron los intentos de Leonardo da Vinci por construir máquinas que pudieran volar. Hace 200 años los hermanos Montgolfier lograron el objetivo, construyeron el primer globo aerostático, que vuela gracias al aire caliente que lo hace ascender. Pero el primer avión con motor que logró despegar se debe a los hermanos Wright en el año 1903. ¡El sueño esta cumplido!
- Principio de acción y reacción
Para comprender este principio de la física no hay nada mejor ni más divertido que ponerse unos patines y jugar a los bolos sobre una pista de hielo. Al lanzar la pesada bola, notarás que te vas hacia atrás. ¿Cómo es posible si la fuerza la has hecho hacia delante?
No es tan difícil. Tú haces fuerza sobre la bola (que sí sale hacia adelante) y la bola a su vez hace fuerza sobre ti en sentido contrario (que te hace ir hacia atrás). A estas fuerzas se les llama acción y reacción.
Un reactor es un motor que se basa en el principio de acción-reacción.
- Cohete
Un cohete es un reactor que lleva en un tanque el combustible y en el otro el comburente (sustancia que reacciona con el combustible para provocar la combustión); normalmente oxígeno.
Los gases, al calentarse, se dilatan y salen a gran velocidad. Cuanta más velocidad de salida tengan los gases producidos por la combustión (vapor de agua), más velocidad tendrá el cohete. Se cumple que:
mgas * vgas = mcohete * vcohete
- Historia del motor
Gracias al ciclo Otto se inventó el motor de combustión
interna, que sería aplicado a la incipiente aeronáutica de finales del siglo
XIX. Estos motores, enfriados por agua, generaban potencia por medio de una
hélice. La hélice, debido a sus palas alabeadas, propulsaba la masa de aire
circundante, arrastrando al aeroplano hacia adelante, produciendo el vuelo. En
1903, los hermanos Wright lograron realizar el sueño casi imposible de hacer
volar un artefacto más denso que el aire.
Los motores se perfeccionaron con el tiempo, logrando
aprovechar su potencia para luego ser montados en los primeros aviones de
transporte y militares, como los de la Primera Guerra Mundial.
De los descubrimientos en la física y la mecánica de
fluidos, se tomó el principio de Bernoulli, teorema en el que se fundarían las
bases para la invención de los cohetes bélicos y de los motores de reacción,
cuyo principio se basa en leyes físicas como el principio de acción y reacción.
Entre los años 1940 y 1942 se crearon los primeros motores a reacción a ser
utilizados en los aviones de combate en la Segunda Guerra Mundial.
Los últimos aviones a gran escala de transporte comercial
propulsados por hélices llegaron a emplear hasta cuatro motores radiales de 36
cilindros y de 3.500 caballos de fuerza; son ejemplos de ello fueron los
Douglas DC-7 y los Lockheed Constellation. Más tarde, vendría el gran cambio a
los motores a reacción, que en un inicio fueron motores Straight Jet, es decir,
de flujo de aire directo, (no poseían fan) y desplazaron por completo a finales
de los años 50's el desarrollo de grandes aviones con motor a pistón por
aviones a reacción con gran autonomía y velocidad.
La industria del motor de aviación ha dado un gran salto
tecnológico; hoy se emplean los motores turbofán en aviones comerciales. Para
los aviones de combate se ha mejorado su rendimiento, con motores turbofan de
baja derivación y postcombustión (postquemador), aumentando el empuje de los
motores durante situaciones específicas mediante la aspersión de combustible al
aire caliente entre la turbina y la tobera de escape.
En la aviación moderna se emplean básicamente dos tipos de
motores, los de turbofan y los de turbohélice. Si bien, en la aeronáutica
también se emplean motores con combustibles sólidos, los montados en aviones,
tanto comerciales como militares, emplean combustibles líquidos.
En la aviación civil, dentro de la categoría de aviación
general que abarca aviones que no superan ciertas dimensiones o configuraciones
de potencia, son usuales los motores de combustión interna que no se basan en
el principio de las turbinas de gas sino en el movimiento alternativo de
pistones, que han tenido una evolución relativamente lenta desde que el motor a
pistón perdió su protagonismo como sistema propulsor principal de todo tipo de
aviones a comienzos de la década de 1960.
En la categoría de aviación privada y de negocios conviven
aviones propulsados por turbohélice y turbofan, que no llegan a las dimensiones
de los aviones comerciales (con excepciones como el Boeing BBJ) y se ubican
como intermedio entre la aviación general y la de grandes aviones de pasajeros;
en esta categoría se proyectan motores turbofan cada vez más compactos que
permitan mejorar el rendimiento aerodinámico y la eficiencia de combustible
(para aumentar la velocidad y autonomía) mientras que los turbohélice se han
diversificado en innumerables soluciones de aviones utilitarios e incluso de
entrenamiento militar.
