Un motor turbocompuesto es un motor alternativo que emplea una turbina para recuperar energía de los gases de escape. En lugar de utilizar 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 suele estar conectada mecánicamente al cigüeñal , como en el Wright R-3350 Duplex-Cyclone , pero también se han investigado sistemas de recuperación de energía eléctricos e hidráulicos.
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 resistencia antes de la introducción de los motores turborreactores . Los ejemplos que utilizan el Duplex-Cyclone incluyen el Douglas DC-7B y el Lockheed L-1049 Super Constellation , mientras que otros diseños no se utilizaron en producción.
La mayoría de los motores de pistón producen un escape caliente que aún contiene una cantidad considerable de energía no desarrollada que podría utilizarse para la propulsión si se extrajera. A menudo se utiliza una turbina para extraer energía de dicha corriente de gases. Una turbina de gas convencional se alimenta con aire a alta presión y alta velocidad, extrae energía de él y sale como una corriente de menor presión y movimiento más lento. Esta acción tiene el efecto secundario de aumentar la presión ascendente, lo que hace que no sea aconsejable su uso con un motor de pistón, ya que aumenta la contrapresión en el motor, lo que disminuye la limpieza de los gases de escape de los cilindros y, por lo tanto, reduce la eficiencia de la parte de 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 con "pilas de chorro". Se trataba simplemente de secciones cortas de tubería de metal unidas a los puertos de escape, con una forma que interactuara con la corriente de aire para producir un chorro de aire que generaba un empuje hacia adelante. Otra introducción de la Segunda Guerra Mundial fue el uso del efecto Meredith para recuperar calor del sistema de radiadores y proporcionar un empuje adicional.
A finales de la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de las turbinas había mejorado drásticamente y dio lugar a un nuevo diseño de turbina conocido como "turbina de purga" o "turbina de recuperación de potencia". 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.
El primer motor de avión que se probó con una turbina de recuperación de potencia fue el Rolls-Royce Crecy . Este se utilizó principalmente para accionar un sobrealimentador centrífugo con engranajes, aunque también estaba acoplado al cigüeñal y proporcionaba entre un 15 y un 35 por ciento más de ahorro de combustible. [3]
Las turbinas de purga se convirtieron en características relativamente comunes en la era tardía y posterior a la guerra, especialmente para motores diseñados para vuelos largos sobre el agua. La turbocompresión se utilizó en varios motores de avión después de la Segunda Guerra Mundial , incluido 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 chimenea de chorro bien diseñado utilizado en un motor radial convencional , mientras que recupera alrededor de 550 hp (410 kW) en potencia METO (máxima continua excepto para el despegue). [2] En el caso del R-3350, los equipos de mantenimiento a veces apodaron a la turbina la turbina de recuperación de piezas debido a su efecto negativo en la confiabilidad del motor. Se construyeron versiones turbocompuestas del Napier Deltic , Rolls-Royce Crecy , Rolls-Royce Griffon y Allison V-1710 , pero ninguna se desarrolló más allá de la etapa de prototipo. En muchos casos, se observó que la potencia producida por la turbina simple se acercaba a la del motor de pistón, enormemente complejo y de mantenimiento intensivo, al que estaba acoplada. Como resultado, los motores aeronáuticos turbocompuestos fueron rápidamente reemplazados por motores de turbohélice y turborreactores .
Algunos fabricantes modernos de camiones pesados diésel han incorporado turbocompresores en sus diseños. Algunos ejemplos son el Detroit Diesel DD15 [8] [9] y el Scania [10], que se fabrican desde 1991. [11] [ Aclaración necesaria ]
A partir de la temporada 2014, la Fórmula 1 adoptó un nuevo motor V6 turboalimentado de 1,6 litros que utiliza turbocompresor. Los motores utilizan un único turbocompresor conectado a un motor/generador eléctrico llamado MGU-H. El MGU-H utiliza una turbina para accionar 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 motriz del coche.
{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )En su apogeo, el Connie fue a menudo considerado el mejor avión trimotor del mundo.
Con 440 CV, la nueva versión del motor turbocompuesto de 12 litros de Scania es adecuada para terrenos alpinos, así como para operaciones de construcción y de transporte de larga distancia en Europa.