Un motor turbocompuesto es un motor alternativo que emplea una turbina para recuperar energía de los gases de escape. En lugar de usar esa energía para impulsar un turbocompresor como se encuentra en muchos motores de aviones de alta potencia , la energía se envía al eje de salida para aumentar la potencia total entregada por el motor. La turbina generalmente está conectada mecánicamente al cigüeñal , como en el Wright R-3350 Duplex-Cyclone , pero también se han investigado los sistemas de recuperación de energía eléctrica e hidráulica.
Como este proceso de recuperación no aumenta el consumo de combustible , tiene el efecto de reducir el consumo específico de combustible , la relación entre el uso de combustible y la potencia. [1] El turbocompuesto se utilizó para aviones comerciales y funciones similares de largo alcance y larga duración antes de la introducción de los motores turborreactores . Los ejemplos que utilizan Duplex-Cyclone incluyen Douglas DC-7B y Lockheed L-1049 Super Constellation , mientras que otros diseños no se utilizaron en producción.
Concepto
La mayoría de los motores de pistón tienen un escape caliente que aún contiene una cantidad considerable de energía sin desarrollar que podría usarse para propulsión si se extrae. A menudo se utiliza una turbina para extraer energía de tal corriente de gases. Una turbina de gas convencional se alimenta de aire a alta presión y alta velocidad, extrae energía de ella y sale como una corriente de menor presión y movimiento más lento. Esta acción tiene el efecto secundario de aumentar la presión aguas arriba, lo que lo hace indeseable para su uso con un motor de pistón porque aumenta la contrapresión en el motor, lo que disminuye la eliminación de los gases de escape de los cilindros y, por lo tanto, reduce la eficiencia de la parte del pistón de un motor compuesto. [2]
A finales de la década de 1930 y principios de la de 1940, una solución a este problema fue la introducción de colectores de escape "jet stack". Estas eran simplemente secciones cortas de tubería de metal unidas a los puertos de escape, con la forma de que interactuaran con la corriente de aire para producir un chorro de aire que producía un empuje hacia adelante. Otra introducción a la Segunda Guerra Mundial fue el uso del efecto Meredith para recuperar el calor del sistema de radiadores y proporcionar un empuje adicional.
A finales de la guerra, el desarrollo de las turbinas había mejorado drásticamente y condujo a un nuevo diseño de turbina conocido como "turbina de purga" o "turbina de recuperación de energía". Este diseño extrae energía del impulso del escape en movimiento, pero no aumenta apreciablemente la contrapresión. Esto significa que no tiene los efectos indeseables de los diseños convencionales cuando se conecta al escape de un motor de pistón, y varios fabricantes comenzaron a estudiar el diseño.
Historia
El primer motor de avión que se probó con una turbina de recuperación de energía fue el Rolls-Royce Crecy . Esto se usó principalmente para impulsar un sobrealimentador centrífugo con engranajes, aunque también estaba acoplado al cigüeñal y proporcionaba un ahorro adicional de combustible del 15 al 35 por ciento. [3]
Las turbinas de purga se convirtieron en características relativamente comunes en la era tardía y de la posguerra, especialmente para motores diseñados para vuelos largos sobre el agua. El turbocompuesto se utilizó en varios motores de avión después de la Segunda Guerra Mundial , incluidos el Napier Nomad [4] [5] y el Wright R-3350 . [6] [7] La restricción de escape impartida por las tres turbinas de purga utilizadas en el Wright R-3350 es igual a un sistema de chorro bien diseñado utilizado en un motor radial convencional , mientras recupera aproximadamente 550 hp (410 kW) en METO (máxima continua excepto para el despegue) potencia. [2] En el caso del R-3350, los equipos de mantenimiento a veces apodaban a la turbina como la turbina de recuperación de piezas debido a su efecto negativo en la confiabilidad del motor. Se construyeron versiones turbocompuestos del Napier Deltic , Rolls-Royce Crecy , Rolls-Royce Griffon y Allison V-1710 , pero ninguno se desarrolló más allá de la etapa de prototipo. En muchos casos se advirtió que la potencia producida por la simple turbina se acercaba a la del motor de pistón, enormemente complejo y que requería mucho mantenimiento, al que estaba acoplada. Como resultado, los motores aeronáuticos turbocompuestos pronto fueron reemplazados por motores turbohélice y turborreactores .
Algunos fabricantes modernos de diesel para camiones pesados han incorporado compuestos turbo en sus diseños. Los ejemplos incluyen el Detroit Diesel DD15 [8] [9] y Scania [10] en producción desde 1991. [11] [ aclaración necesaria ]
A partir de la temporada 2014, la Fórmula 1 cambió a una nueva fórmula V6 turboalimentado de 1.6 litros que usa compuestos turbo. Los motores utilizan un solo turbocompresor que está conectado a un motor / generador eléctrico llamado MGU-H. El MGU-H utiliza una turbina para impulsar un generador, convirtiendo el calor residual del escape en energía eléctrica que se almacena en una batería o se envía directamente a un motor eléctrico en el tren de potencia del automóvil.
Lista de tipos
- Detroit Diesel
- DD15 [12]
- Napier
- Nómada Napier
- Aeronáutica Wright
- Wright R-3350 : La versión turbocompuesto fue el único motor aeronáutico turbocompuesto que tuvo una producción en masa y un uso generalizado.
- Dobrynin
- Dobrynin VD-4K
- Zvezda
- Zvezda M503 : motor naval diesel de 42 cilindros construido por los soviéticos utilizado en el barco de misiles clase Osa
- Renault
- Renault Energy F1 : motor V6 turboalimentado de 1.6 litros construido para la Fórmula 1. A diferencia de sus contemporáneos, todavía usa una válvula de descarga como medida de emergencia para controlar la presión de sobrealimentación en caso de que falle el turbocompuesto con el MGU-H.
- Ferrari
- Ferrari 059 : motor V6 turboalimentado de 1.6 litros construido para la Fórmula 1 para el Ferrari F14 T y el Sauber C33 .
- Mercedes-Benz
- Mercedes PU106 : motor V6 turboalimentado de 1,6 litros construido para el programa de Fórmula 1 de Mercedes-Benz .
- Honda
- Honda RA615H : motor V6 turboalimentado de 1.6 litros construido para la Fórmula 1 para el McLaren MP4-30 .
Ver también
- Motorjet
- Turbosteamer
- Cogeneración
- Turbocompresor
- Turbina de gas
- Turbocompuesto eléctrico
Referencias
- ^ Stimson, Thomas E., Junior (febrero de 1956). "La carrera de los aviones de pasajeros" . Popular Mechanics : 113-118 . Consultado el 19 de febrero de 2016 .
- ^ a b Datos sobre el compuesto Wright Turbo (PDF) . Wood Ridge Nueva Jersey: Curtiss-Wright Corporation: División Aeronáutica de Wright. Octubre de 1956. Archivado desde el original (PDF) el 16 de febrero de 2010 . Consultado el 19 de febrero de 2016 .
- ^ "Rolls-Royce y la válvula de manguito" (PDF) . Nueva Zelanda Rolls-Royce & Bentley Club Inc (7–3): 15. 2007. Archivado desde el original (PDF) el 2010-12-06.
- ^ Gunston, Bill (30 de abril de 1954). "Napier Nomad: un motor de extraordinaria eficiencia" (PDF) . Vuelo : 543–551 . Consultado el 19 de febrero de 2010 .
- ^ EE Chatterton (22 de abril de 1954). "Napier Diesels: una conferencia de RAeS" (PDF) . Vuelo : 552 . Consultado el 19 de febrero de 2010 .
- ^ "Diez ideas que fallaron: motor de pistón 2 turbocompuestos" (PDF) . Vuelo . 16 de diciembre de 2003 . Consultado el 19 de febrero de 2010 .
- ^ "Superviviente" (PDF) . Vuelo . 18 de junio de 1997 . Consultado el 19 de febrero de 2010 .
en su apogeo, el Connie a menudo se llamaba el mejor trimotor del mundo
- ^ "DD15" (video) . Detroit Diesel.
- ^ "Folleto DD15" (PDF) . Detroit Diesel.
- ^ "Scania Turbocompound" . Grupo Scania. Archivado desde el original el 30 de enero de 2010.
- ^ "Scania produce un motor de 4 puntos ECO a partir de octubre de 2001" . Grupo Scania. Archivado desde el original el 7 de agosto de 2011.
Con 440 CV, la nueva versión del motor turbocompuesto de 12 litros de Scania es adecuada para terrenos alpinos, así como para las operaciones normales de construcción y de larga distancia en Europa.
- ^ "El Turbo Compounding Boost" . 2007.