En ingeniería aeronáutica , relación de presión general , o relación de compresión general , es la relación de la presión de estancamiento medida en la parte delantera y trasera del compresor de un motor de turbina de gas . Los términos relación de compresión y relación de presión se usan indistintamente. [1] La relación de compresión general también significa la relación de presión del ciclo general que incluye el ariete de admisión. [2]
Los primeros motores a reacción tenían relaciones de presión limitadas debido a imprecisiones en la construcción de los compresores y diversas limitaciones de materiales. Por ejemplo, el Junkers Jumo 004 de la Segunda Guerra Mundial tenía una relación de presión total de 3,14:1. El Snecma Atar inmediato de la posguerra mejoró esto marginalmente a 5,2:1. Las mejoras en los materiales, las palas de los compresores y, especialmente, la introducción de motores de múltiples carretes con varias velocidades de rotación diferentes, llevaron a relaciones de presión mucho más altas que son comunes en la actualidad.
Los motores civiles modernos generalmente funcionan entre 40 y 55:1. El más alto en servicio es el General Electric GEnx -1B/75 con un OPR de 58 al final del ascenso a altitud de crucero (Top of Climb) y 47 para el despegue al nivel del mar . [3]
En términos generales, una relación de presión general más alta implica una mayor eficiencia, pero el motor normalmente pesará más, por lo que existe un compromiso. Una relación de presión general alta permite montar una boquilla con una relación de área mayor en el motor a reacción. Esto significa que una mayor parte de la energía térmica se convierte en velocidad del chorro y mejora la eficiencia energética. Esto se refleja en mejoras en el consumo específico de combustible del motor .
El GE Catalyst tiene un OPR de 16:1 y su eficiencia térmica es del 40 %, el Pratt & Whitney GTF 32:1 tiene una eficiencia térmica del 50 % y el GEnx 58:1 tiene una eficiencia térmica del 58 %. [4]
Uno de los principales factores limitantes de la relación de presión en los diseños modernos es que el aire se calienta a medida que se comprime. A medida que el aire viaja a través de las etapas del compresor, puede alcanzar temperaturas que suponen un riesgo de fallo del material de las palas del compresor. Esto es especialmente cierto para la última etapa del compresor, y la temperatura de salida de esta etapa es una figura de mérito común para los diseños de motores.
Los motores militares a menudo se ven obligados a funcionar en condiciones que maximizan la carga de calefacción. Por ejemplo, se requirió que el General Dynamics F-111 Aardvark operara a velocidades de Mach 1,1 al nivel del mar . Como efecto secundario de estas amplias condiciones de funcionamiento y, en general, de la tecnología más antigua en la mayoría de los casos, los motores militares suelen tener relaciones de presión generales más bajas. El Pratt & Whitney TF30 utilizado en el F-111 tenía una relación de presión de aproximadamente 20:1, mientras que los motores más nuevos como el General Electric F110 y Pratt & Whitney F135 la han mejorado a aproximadamente 30:1.
Una preocupación adicional es el peso. Una relación de compresión más alta implica un motor más pesado, lo que a su vez cuesta combustible para transportarlo. Por lo tanto, para una tecnología de construcción particular y un conjunto de planes de vuelo se puede determinar una relación de presión global óptima.
El término no debe confundirse con el término más familiar relación de compresión aplicado a los motores alternativos . La relación de compresión es una relación de volúmenes. En el caso del motor alternativo de ciclo Otto , la expansión máxima de la carga está limitada por el movimiento mecánico de los pistones (o rotor), por lo que la compresión se puede medir simplemente comparando el volumen del cilindro con el del pistón en el punto de partida. arriba y abajo de su movimiento. No ocurre lo mismo con las turbinas de gas "abiertas", donde las consideraciones operativas y estructurales son los factores limitantes. Sin embargo, los dos términos son similares en que ambos ofrecen una forma rápida de determinar la eficiencia general en relación con otros motores de la misma clase.
La relación de presión del motor (EPR) se diferencia de la OPR en que la OPR compara la presión de admisión con la presión del aire cuando sale del compresor, y siempre es mayor que 1 (a menudo mucho), mientras que la EPR compara la presión de admisión con la presión. en el tubo de escape del motor (es decir, después de que el aire se ha utilizado para la combustión y ha entregado energía a las ruedas de la turbina del motor) y, a menudo, es inferior a 1 en ajustes de baja potencia.
La medida ampliamente equivalente de la eficiencia del motor de un cohete es la presión de la cámara/presión de salida, y esta relación puede ser superior a 2000 para el motor principal del transbordador espacial .