El niño de mis ojos.

Os voy a presentar lo que me empuja por el cielo indonesio: El PT6A-114A™. Es un motor TurboProp de turbina libre y de flujo inverso. ¡Eh, eh! ¡Tu padre más por si acaso! Vaaale, me explico.

TurboProp es la reducción de Turbo Propeller, lo que en castellano significa Turbo Hélice. Es decir, consta de una turbina que mueve una hélice. Lo de turbina libre significa que el “eje de la hélice” está dividido en dos ejes independientes; uno para la hélice y otro para el compresor. Lo de flujo inverso significa que el aire entra por la parte delantera del motor, se conduce a la parte trasera y luego se vuelve a “empujar” hacia adelante antes de que salga a la atmósfera. Ah, entonces ¿todos los avioncitos con hélices tienen ese motor? No. Básicamente, existen 4 tipos de motores en aviación general y comercial (aviones de ala fija), a saber:

-Motores de pistón. Parecidos a los de los coches, son los que suelen llevar los aviones ligeros tales como C172, DA40 o DA42, aunque también hay distintos tipos dentro de esta categoría, pero no me extenderé por ahora.

-Motores turbohélice. Que aunque mucha gente lo cree, ni son antiguos, ni poco fiables, al contrario. De hecho, del que voy a hablar, el PT6A™, es el más fiable de su categoría. Además tienen un consumo mucho menor, aunque su fuerza de propulsión también es menor comparado con los TurboFan (Los llevan la mayoría de aviones “grandes” a los que les veáis hélices, tales como el ATR72, Saab 340 o Dash 8 aunque siempre existe alguna excepción).

-Motores Turborreactor: A pesar de lo que muchos imagináis, no son los que creéis. Se trata de la versión (que se bebe el combustible cual galleta María mojada en leche) anterior de los que voy a comentar a continuación. Aviones que llevaban este tipo de propulsión son, por ejemplo: El B707 o el DC-8-32.

-Motores TurboFan: Estos sí que son los que podéis ver en casi todos los aviones comerciales de hoy día y que se parecen a esto.

Antes de seguir leyendo, quizás te interese saber cómo funciona un motor TurboProp.

Bien, una vez sabemos qué tipo de motores tenemos en aviación, sigamos con esta maravilla de la ingeniería: El PT6A-114A™.

Fabricado por Pratt & Whitney Canada, produce unos 675 CV de potencia. Hay versiones mayores con más potencia y claro, más caros (Cuanto más azúcar, más dulce)

Veámoslo por fuera:

Básicamente, lo podríamos dividir en dos partes: La sección de potencia y la sección del generador de gases. Como había dicho, se trata de una turbina libre y de flujo inverso. (Cómo mola aprender, ¿eh?)

Echémosle un vistazo a las tripas con un corte sagital (De forma esquemática, que la sangre da asco)

Ahora nos hacemos una mejor idea de eso de dos ejes (contrarrotatorios, para anular el momento de torsión a través del eje) (o turbina libre, en verde) Lo rojo es el compresor y la turbina del compresor. 

¿Y qué hace el compresor? Lo has adivinado: Comprime. (El aire, está claro, dejaros de WinRar, frikis)

Tened en cuenta que se trata de un cilindro, por lo que todos los elementos aquí representados tienen forma cilíndrica o toroidal en las 3 dimensiones.

Bien, ahora veamos qué es eso del flujo inverso, que me suena a regla chunga cada 28 días.

Imaginemos una partícula de aire que está tan feliz y tranquilita a 3.000 metros de altitud (1), de repente, viene un cabrón con su avión a toda hostia y la succiona una hélice, empujándola hacia atrás (respecto a la dirección del avión). Se mete por un tubo que la dirige hacia la parte trasera del motor (2), donde hay una cámara anular (3), en la que nota una succión (4) que la lleva hacia el compresor axial (5). Una vez allí, nota que todas sus compañeras que también han corrido su misma suerte, se empiezan a apretar entre sí, por tanto el volumen de aire que había en la cómoda cámara anular ahora cabe en el estrecho tubo del compresor, y por ello, la presión se eleva junto con la temperatura. Las partículas se cabrean, quieren salir de ahí, y se empieza a acumular energía, tanto en forma de calor (por la compresión, ley de los gases ideales), como en forma de energía potencial cinética.

Esta compresión se ha producido porque el compresor axial, que es como una mini hélice, pero con muchas y finas palas (álabes) ha arrastrado a las partículas a través de los rotores y los estátores, de hecho, les ha gastado esta putada tres veces (Las tres mini-hélices que vemos en rojo en el punto 5). Las partículas están que no pueden más, muy comprimidas, con calor y con unas ganas de salir por donde puedan que no cagan. Pero las pobres no saben todavía a quién les va a presentar el motor: Al compresor centrífugo (6). (¡¡Chan, chan!!) Si no tenían suficiente con haber sido comprimidas a más no poder, ahora les dan una vuelta de tuerca más y las comprimen echándolas hacia los límites de este último disco (como cuando tú le das vueltas al cable de los auriculares a modo helicóptero (¿o soy el único gilipollas que lo hace?)). Aquí se comprimen todavía más, y despúes de pasar por un aro tubular con agujeritos que rodea el final del compresor axial, les llega lo peor: ¡La cámara de combustión! (7).

Si ya venían calentitas y cabreadas, ¡ala! ¡pues les pegamos fuego! Unos inyectores hacen lo que comúnmente se llama “El dragoncito”, sí hombre, eso de coger un desodorante, ponerle un mechero encendido y contemplar la llamarada que sale cuando aprietas el espray. Pues imagina lo mismo con unos difusores de combustible y unos ignitores eléctricos. Aquí la temperatura aumenta hasta una media de 690ºC (El límite de operación en crucero es de 740ºC y puede llegar durante dos segundos a 1090ºC al arrancar). Casi ná’.

Las partículas tienen un cabreo de la hostia, muchísima energía en forma de calor y dinámica, se modifica su entalpía y  momentáneamente, su entropía aumenta considerablemente. Es por eso que siguen hacia adelante buscando una salida y dado que van tan rápido y con tanta energía mueven la turbina del compresor (8) (Las palas separadas que podemos ver en el esquema), porque se la suda lo que se les ponga delante, apartan los álabes y pasan. La turbina es como un molinillo de viento, si soplas, gira. Pero nuestra partícula puteada no ha hecho girar la hélice todavía, si os fijáis, la turbina del compresor está en color rojo. ¿No os habíais preguntado qué movía el compresor? Pues esta turbina (Qué casualidad lo de su nombre); ya que hemos añadido energía al sistema (mediante la quema de combustible JET-A1), podemos hacer que el compresor axial y el centrífugo sigan girando para que sigan trayendo más partículas cabreadas hacia la cámara de combustión.

Y es ahora cuando se mueve el otro eje, el verde, el que va conectado a la hélice mediante unos engranajes (sistema planetario) que reducen el número de vueltas de la turbina de alta temperatura (9), para que la hélice no se vaya a Cuenca (El eje de las turbinas puede girar a 33.000 RPM y la hélice sólo puede girar a 1.900 RPM máximo).

Todo el aire que ha movido el eje rojo ahora pasa por los álabes de la primera turbina del eje verde (turbina de alta) y luego se aprovecha que el aire aquí sigue teniendo energía y usamos la turbina de baja que, junto con la primera, hace girar la hélice, permitiendo que el avión siga su vuelo nivelado. Nuestras partículas al fin escapan a través del tubo de salida (10) a la atmósfera, no sin antes aprovechar su escape por medio del tubo de salida, que está cortado cerca del cuerpo del motor para crear un efecto venturi que ayuda a crear una succión que arrastra los gases quemados hacia afuera. Pero no os preocupéis, a la salida se le entrega a cada partícula un pin que dice: “Gracias por tu trabajo y paciencia” Todavía siguen calentitas, pero no tanto como en las turbinas. Además, la presión vuelve a ser la atmosférica y se van relajando en seguida.

El proceso se repite de nuevo y nuevas partículas son puteadas.

Por supuesto, esto es un vistazo muy muy general del funcionamiento del motor, no he hablado del generador, el alternador, sistema de sangrado de aire, sistema de lubricación, sistema de combustible, sensores, aire acondicionado, protección, regulación de potencia, regulación de ángulo de ataque de la hélice, etc. Sin duda haré un artículo sobre la FCU (Fuel Control Unit), que merece por lo menos 2 posts. Pero con paciencia y una caña todo se puede conseguir. Un último vistazo, un poco más pormenorizado:

Si queréis una explicación gráfica con un motor de verdad en inglés, pinchad aquí. (Para los que vayan un poco pez, sólo destacar que en el minuto 5:45 dice lo que creéis que dice: Cada álabe del compresor principal cuesta 1.000 dólares. En total, casi 100.000 dólares de ruedita.

Espero que os haya gustado y sobretodo que apreciéis, como yo lo hago, toda la ingeniería que hay detrás y más importante aún, que hayáis aprendido aunque sea, una cosa nueva. Dudas, quejas, comentarios y críticas, por sus medios habituales. 

¡Un saludo!

Todas las imágenes de éste artículo son propiedad de Pratt & Whitney Canada Corp. y han sido extraídas del manual © Know your PT6A Turboprop.