El consumo de combustible específico de empuje ( TSFC ) es la eficiencia de combustible del diseño de un motor con respecto a la potencia de empuje . El TSFC también puede considerarse como el consumo de combustible (gramos/segundo) por unidad de empuje (newtons o N), por lo que es específico del empuje . Esta cifra es inversamente proporcional al impulso específico , que es la cantidad de empuje producido por unidad de combustible consumida.
TSFC o SFC para motores de empuje (por ejemplo , turborreactores , turbofan , 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). Para medir el combustible se utiliza la masa de combustible, en lugar del volumen (galones o litros), 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 aviones que viajan a velocidades muy diferentes. [ cita necesaria ] También existe un 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 diferentes 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 para determinar la eficiencia del combustible de un diseño de motor particular en esa aplicación particular. Por ejemplo, en los aviones, los motores de turbina (a reacción y turbohélice) suelen ser mucho más pequeños y livianos que los diseños de motores de pistón equivalentemente potentes, y ambas propiedades reducen los niveles de resistencia del avión y reducen la cantidad de potencia necesaria para mover el avión. Por lo tanto, las turbinas son más eficientes para la propulsión de aviones de lo que podría indicar una mirada simplista a la siguiente tabla.
El SFC varía según la configuración del acelerador, la altitud y el clima. Para los motores a reacción, la velocidad del vuelo también es un factor importante. La velocidad del vuelo aéreo 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 fuerza ( es decir , empuje) multiplicada por la distancia, la potencia mecánica es fuerza por velocidad. Por lo tanto, aunque el SFC nominal es una medida útil de la eficiencia del combustible, debe dividirse por la velocidad al comparar motores a diferentes velocidades.
Por ejemplo, el Concorde navegaba a 1354 mph, o 7,15 millones de pies por hora, y sus motores daban un SFC de 1,195 lb/(lbf·h) (ver más 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 que vuela a 570 mph, lo que sería mejor que incluso los motores modernos. ; El Olympus 593 utilizado en el Concorde era el motor a reacción más eficiente del mundo. [2] [3] Sin embargo, en última instancia, el Concorde tiene una estructura más pesada y, debido a que es supersónico, es menos eficiente aerodinámicamente, es decir, la relación sustentación-arrastre es mucho menor. En general, el consumo total de combustible de un avión completo es mucho más importante 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, dando 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 multiplicado por la velocidad, la eficiencia viene dada por
donde V es la velocidad y h es el contenido de energía por unidad de masa de combustible (aquí se utiliza el poder calorífico más alto y, a velocidades más altas, la energía cinética del combustible o propulsor se vuelve sustancial y debe incluirse).
