El consumo de combustible específico de empuje ( TSFC ) es la eficiencia de combustible de un diseño de motor con respecto a la salida de empuje . El TSFC también puede considerarse como el consumo de combustible (gramos/segundo) por unidad de empuje (newtons o N), por lo tanto, específico de empuje . Esta cifra es inversamente proporcional al impulso específico , que es la cantidad de empuje producido por unidad de combustible consumido.
La TSFC o SFC para motores de empuje (por ejemplo , turborreactores , turbofán , estatorreactores , cohetes , etc.) es la masa de combustible necesaria para proporcionar el empuje neto durante un período determinado, por ejemplo, lb/(h·lbf) (libras de combustible por hora-libra de empuje) o g/(s·kN) (gramos de combustible por segundo-kilonewton). Se utiliza la masa de combustible, en lugar del volumen (galones o litros) para la medida del combustible, ya que es independiente de la temperatura. [1]
El consumo específico de combustible de los motores a reacción que respiran aire en su máxima eficiencia es más o menos proporcional a la velocidad de escape. El consumo de combustible por milla o por kilómetro es una comparación más apropiada para aeronaves que viajan a velocidades muy diferentes. [ cita requerida ] También existe el consumo de combustible específico de potencia , que es igual al consumo de combustible específico de empuje dividido por la velocidad. Puede tener unidades de libras por hora por caballo de fuerza.
El SFC depende del diseño del motor, pero las diferencias en el SFC entre distintos motores que utilizan la misma tecnología subyacente tienden a ser bastante pequeñas. El aumento de la relación de presión general en los motores a reacción tiende a disminuir el SFC.
En aplicaciones prácticas, otros factores suelen ser muy importantes a la hora de determinar la eficiencia de combustible de un diseño de motor en particular en esa aplicación en particular. Por ejemplo, en los aviones, los motores de turbina (a reacción y turbohélice) suelen ser mucho más pequeños y ligeros que los diseños de motores de pistón de potencia equivalente; ambas propiedades reducen los niveles de resistencia del avión y la cantidad de potencia necesaria para moverlo. Por lo tanto, las turbinas son más eficientes para la propulsión de aeronaves de lo que podría indicar una mirada simplista a la tabla siguiente.
El SFC varía con el ajuste del acelerador, la altitud y el clima. Para los motores a reacción, la velocidad del vuelo en el aire también es un factor importante. La velocidad del vuelo en el aire contrarresta la velocidad de escape del avión. (En un caso artificial y extremo en el que el avión vuela exactamente a la velocidad de escape, uno puede imaginar fácilmente por qué el empuje neto del avión debería ser cercano a cero). Además, dado que el trabajo es la fuerza ( es decir , el empuje) multiplicada por la distancia, la potencia mecánica es la fuerza multiplicada por la velocidad. Por lo tanto, aunque el SFC nominal es una medida útil de la eficiencia del combustible, se debe dividir por la velocidad al comparar motores a diferentes velocidades.
Por ejemplo, el Concorde volaba a 1354 mph, o 7,15 millones de pies por hora, con sus motores dando un SFC de 1,195 lb/(lbf·h) (ver abajo); esto significa que los motores transfirieron 5,98 millones de libras-pie por libra de combustible (17,9 MJ/kg), equivalente a un SFC de 0,50 lb/(lbf·h) para un avión subsónico volando a 570 mph, lo que sería mejor que incluso los motores modernos; el Olympus 593 usado en el Concorde era el motor a reacción más eficiente del mundo. [2] [3] Sin embargo, el Concorde en última instancia tiene una estructura más pesada y, debido a que es supersónico, es menos eficiente aerodinámicamente, es decir, la relación sustentación-resistencia es mucho menor. En general, el consumo total de combustible de un avión completo es de mucha más importancia para el cliente.
La siguiente tabla muestra la eficiencia de varios motores cuando funcionan al 80 % del acelerador, que es aproximadamente lo que se utiliza en crucero, lo que da un SFC mínimo. La eficiencia es la cantidad de potencia que impulsa el avión dividida por la tasa de consumo de energía . Dado que la potencia es igual al empuje por la velocidad, la eficiencia se expresa mediante
donde V es la velocidad y h es el contenido de energía por unidad de masa de combustible (aquí se utiliza el valor calorífico más alto y, a velocidades más altas, la energía cinética del combustible o propulsor se vuelve sustancial y debe incluirse).
