Turbo Helice

Turbo helice

Podemos decir que el turbohélice es un motor a reacción al cual se le ha añadido una hélice en lugar de tener el fan.

En el turbofan conseguíamos el empuje acelerando la masa de aire que salía por la tobera, pero en el turbohélice el empuje, o en este caso la tracción, nos la va a dar la hélice.

La hélice proporciona el 90% del empuje y la corriente que sale por la tobera tan solo el 10%

¿Por qué en un turbohélice proporciona tan poco empuje la masa de aire que sale por la tobera?

Pues sencillamente, porque estamos utilizando la energía generada por el motor para hacer girar la hélice, en lugar de aprovecharla para acelerar la masa de aire a través de la tobera.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como funciona.

El aire del exterior entra en el motor y pasa por una serie de etapas de compresión donde el aire va adquiriendo presión, luego este aire se introduce en la cámara de combustión y se mezcla con el combustible, para una vez quemado mover las diferentes fases de la turbina. Esta al estar unido a las etapas compresoras y a la hélice, mueve todo lo anterior.

Pero nos hemos dejado algo y es la caja de engranajes o reductora planetaria.

¿Qué función tiene la caja reductora planetaria?

La función de esta es disminuir las RPM provenientes del eje, para mover la hélice a una velocidad menor.

El motivo de esto es que la hélice suele trabajar entre 900 rpm y 1900 rpm ya que velocidades superiores podrían hacer que las puntas de hélice girasen a una velocidad cercana a la del sonido, para lo cual no están diseñadas.

Aquí podemos ver una imagen de una caja reductora planetaria.

Tipos de turbohélice.

Dentro de los turbohélice tenemos los de eje fijo (fixed shaft) que es el que acabamos de ver y los de eje partido o también conocidos como de turbina libre (split shaft / free turbine)

Turbohélice de eje partido o turbina libre y de eje fijo o turbina fija.

En el caso del turbohélice de turbina libre ya no tenemos un eje continuo que une todo, si no, que la turbina va a girar independientemente.

Como veremos esto va a tener varias ventajas, como por ejemplo poder poner en bandera el motor sin pararlo.

Vamos a tomar como modelo un turbohélice por excelencia, el Pratt & Whitney PT6A.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como el eje está partido.

En este tipo de motores el flujo del aire va de atrás a delante.

Se ve como entra el aire por la parte de atrás del motor, se comprime y se mueve hacia delante del motor para mezclarse con el combustible y entrar en las cámaras de combustión, los gases de la combustión en este caso pasan por 2 turbinas, una de ellas unida al compresor y que es la encargada de moverlo y la otra la turbina “libre” unida a la hélice y encargada de su movimiento.

Este tipo de motores donde el flujo va hacia delante se diferencian exteriormente por tener los escapes próximos a la hélice.

En esta foto tenemos una bonita Beechcraft en el que podemos ver perfectamente la salida de gases por la parte delantera y por debajo la entrada del aire del motor.

¿Qué ventajas tiene el turbohélice de eje partido o turbina libre?

• Durante el encendido del motor, solo la sección del compresor tiene que ser movida por el starter, cuando en otros motores tendría que mover todos los componentes incluyendo la reductora. Esto permite utilizar un starter más pequeño ahorrando peso.

• Se puede reducir o poner en bandera la hélice sin parar el motor. Esto facilita la subida de pasajeros y una operación en tierra más silenciosa.

¿Cómo se controla el turbohélice?

En la cabina podemos encontrar 3 palancas de mando por cada motor.

De izquierda a derecha tenemos la palanca de potencia (power lever) la del paso de la hélice (propeller lever) y la del combustible (condition lever.) Esta última no es como en los motores de pistón, con la que podemos ir regulando la mezcla.

Normalmente es una válvula que abre o cierra el combustible y en algunos aviones tiene 3 posiciones.

Fuel cutoff (corta combustible), Low idle (ralentí bajo) y High idle (ralentí alto).

Power lever: Ajusta la potencia del motor desde ralentí hasta la potencia máxima. Variando las RPM de Ng (Turbina) y por lo tanto aumentando o disminuyendo la potencia del motor.

Propeller lever: Controla las hélices de velocidad constante a través del governor. El rango normal de RPM suele estar entre 1.500 y 1.900.

Condition Lever: A diferencia de los motores a pistón, aquí el ajuste del combustible se realiza mediante una válvula de 3 posiciones OFF/ Low idle / High idle.

Estos valores dependen del motor, pero en Low idle el rango de N1 suele estar entre 62% a 104% y en Hihg idle entre 70 y 104%

En los motores turbohélice no es necesario recortar la mezcla ya que la FCU (Fuel Control Unit) se encarga de gestionar el combustible que se introduce en el motor.

Instrumentos.

En los motores turbohélices nos podemos encontrar diferentes instrumentos de motor.

Normalmente vamos a tener los indicadores duplicados, uno por cada motor, en lugar de tener 2 agujas dentro del mismo indicador. De esta manera tenemos una indicación más clara de lo que pasa en cada uno de los motores.

Temperatura ITT (Interstage Turbine Temperature): Nos da la temperatura entre la turbina compresora y la turbina “libre” o de potencia.

Es un dato bastante importante, ya que hay que mantener vigilada la temperatura para que no exceda de los límites marcados por el fabricante.

Igualmente en el arranque hay que verificar el pico de ITT y que no excede del valor indicado, si no habría que detener el arranque.

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