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EL MOTOR A REACCIÓN

EL MOTOR A REACCIÓN

El sistema de propulsión del motor de reacción, como su nombre indica, está basado en la reacción que crea una fuerza actuando sobre un cuerpo. Es el famoso Principio de Acción y Reacción que se ha estudiado en Física. En todo momento los cuerpos se hallan sometidos a las leyes físicas del movimiento, incluso los que se encuentran en estado de reposo. Así, una herramienta que está sobre la mesa no obedece a la acción de la gravedad porque a ella se opone la resistencia (reacción) que ofrece la mesa. Dos caballos pueden estar tirando de un carro en la misma dirección pero en sentidos opuestos. Si ambos lo hacen con la misma fuerza, el carro no se moverá. Sin embargo, si un niño ata una cuerda al carro y tira de él en el mismo sentido que el primer caballo, el carro se desplazará. El desequilibrio de fuerzas ha producido el movimiento.
Todas las fuerzas poseen un punto de aplicación, una dirección, un sentido y una intensidad. El movimiento es directamente proporcional a la intensidad de la fuerza aplicada.

Si el niño tira de la cuerda con una fuerza de 7 kilogramos, el cuerpo adquirirá una aceleración determinada. Pero si en vez de ser un niño lo hace un hombre con una fuerza de 14 kilogramos, la aceleración que tomará el carro será el doble. A diario podemos observar cuerpos en movimiento animados por el efecto de la reacción. Un automóvil avanza porque sus ruedas querrían desplazar el suelo hacia atrás, pero al permanecer éste firme (debido a su gran masa) son las ruedas las que avanzan (y el coche, de menos masa) al manifestarse en ellas la reacción a su acción. Un bote avanza en el agua propulsado por sus remos apoyados en ella. Un aspersor de agua gira por la reacción que produce el chorro dentro del codo del caño. Del mismo modo, una manguera de riego da latigazos al abrir de repente el grifo y estar suelta por un extremo.

TERCERA LEY DE NEWTON

La tercera Ley enunciada por Isaac Newton expresa claramente este fenómeno físico:

"A cada acción se opone una reacción igual y opuesta"

El aprovechamiento de la energía potencial de que están animados todos los cuerpos, y la obtención de trabajo gracias a ella, está bien reflejado en los molinos de viento y en los de agua. Modernamente se aprovecha el desnivel de los ríos o los saltos de agua para la obtención de energía. De este modo se llega, en muchos casos, a controlar el gasto de la energía potencial del agua almacenada de acuerdo con las necesidades.

Del mismo modo, para obtener la propulsión de los cuerpos se aprovecha el principio de reacción. Una bala sale disparada por la abertura del cañón debido a la fuerza que le imprime la explosión de la pólvora en la recámara, a la vez que el cañón retrocede en sentido opuesto. La explosión se ha manifestado en lodos los sentidos con igual intensidad, tanto en las paredes de la recámara como contra el cierre de la culata y sobre la base de la bala que, siendo la única que permite la expansión de la explosión, cede y se desplaza por el ánima con gran velocidad. El retroceso del arma en sentido contrario es amortiguado por dispositivos que la frenan y la recuperan.

La tensión que se mantiene en un globo de goma de juguete cuando la boquilla está cerrada también se manifiesta en todos los sentidos con igual intensidad, es decir, están actuando todas las fuerzas latentes que hay en su interior y en sentido radial a toda su superficie interna, pero no se produce ningún movimiento en el globo puesto que todas se encuentran equilibradas. Si soltamos la abertura, inmediatamente desaparecerán los puntos de aplicación de las fuerzas que allí actuaban, por lo que se descompensan con las diametralmente opuestas en el interior del globo, que son las que realmente actúan para producir el movimiento del mismo. En efecto, el globo se nos escapará de las manos y volará por el espacio. Su velocidad irá disminuyendo a medida que pierda fuerza al irse deshinchando por el escape del aire. Si lográramos mantener la presión de algún modo, obtendríamos un movimiento continuado.

Un motor de reacción funciona de igual modo: la presión que se produce en la cámara de combustión del motor hace que, al dársele un escape en un punto (motor cohete) avance en sentido opuesto. En realidad, esta fuerza que se denomina empuje, es igual a la fuerza con que sale el chorro de gas.

En un turborreactor, la presión en la cámara se consigue mediante un compresor movido por una turbina, y la dilatación del aire se efectúa por calentamiento producido en una combustión contínua. Igual que anteriormente, se da escape a esta presión por la tobera que se encuentra dirigida hacia la popa o parte posterior del avión, lo que origina el avance de éste. Hay que tener en cuenta que el empuje
no proviene del efecto del chorro de gases al empujar contra el aire que está detrás, sino de la reacción del aire acelerado.

SEGUNDA LEY DE NEWTON
"El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza aplicada"

Es lo mismo que decir que la fuerza aplicada es directamente proporcional a la masa del cuerpo y a la aceleración que obtiene. En los motores tipo cohete y pulso reactores, durante la reacción química de la combustión la presión y la temperatura aumenta extremadamente, y es lo que produce el movimiento. Sin embargo, en el turbo reactor y en el estato-reactor no ocurre lo mismo, ya que la fuerza de la reacción la obtiene mediante la aceleración de una gran masa de aire puesta en movimiento por medios mecánicos, como es el conjunto de la turbina.

Para ello, el turbo reactor toma aire de la atmósfera mediante un compresor a cierta velocidad, y tras dilatarlo en la cámara lo impulsa hacia atrás con una velocidad mucho mayor. La fuerza o empuje es igual al producto de la masa de aire inducida en el motor por la aceleración que le imprime, o sea, que el empuje será igual a la masa de aire multiplicada por la aceleración que experimenta esa masa de aire, y de ahí viene el movimiento del avión, o del coche, o de cualquier objeto al cual se le ha colocado el turbo reactor.

La masa de aire es la cantidad que del mismo entra en el reactor. El concepto de masa, en física, es cantidad de materia, y se puede determinar dividiendo el peso por la aceleración de la gravedad.
M = P / g.

La aceleración de la gravedad se considera constante,
9´81 m / seg 2, por tener una variación casi nula con la altura que pueden alcanzar los aviones, o el vehículo en tierra. Tenemos, pues, que la masa es igual al peso para las diferentes alturas. Pero éste sí que varía, y lo hace por las siguientes razones:

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Con la temperatura ambiente, pues cuanto mayor sea esta temperatura mayor será la dilatación del aire, y con ello la densidad será menor. Y por tanto su peso será también menor.

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Con la presión atmosférica, que sabemos varía con la altura y aún en un mismo lugar. Cuanto mayor sea la presión, la cantidad de aire que entra en el motor será igualmente mayor.

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Con la altura, porque influye por la disminución de la temperatura, hasta 11.000 metros (troposfera) la temperatura decrece 0´65 ºC cada cien metros, después permanece igual a -57 ºC a partir de los 11.000 metros (estratosfera). Por otra parte, la disminución de la presión es del orden de 80 mm  de mercurio por cada 1.000 metros.

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Con las revoluciones del motor y el rendimiento de sus tomas de aire. El rendimiento de las tomas de aire afecta en la cantidad de aire que entra en el reactor, según la forma en que estén diseñadas sus secciones y se vean afectadas por la sección del compresor o presión dinámica cuando alcanza altas velocidades.

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Con el rendimiento del compresor, relacionado con las tomas de aire y forma de sus álabes. Así, un compresor centrífugo difícilmente pasa a dar un rendimiento superior al 75 %, y un compresor de tipo axial, más utilizado en la actualidad, da un rendimiento algo superior al 85 %.

En la fórmula solo se trata la masa de aire, pero en realidad también se debería tener en cuenta la masa del combustible, de escaso valor en relación con el aire.

Para aumentar la masa del aire, ocasionalmente en despegues y combates, existe un sistema de inyección de agua y metanol, entre otros productos, que hacen aumentar su peso.

El factor de aceleración queda cambiado en la fórmula para hallar el empuje, por la siguiente causa: la aceleración es la variación de velocidad en la unidad de tiempo:
Vs = Ve / t. En donde Vs es la velocidad de salida y Ve la de entrada; y como consideramos que t es la unidad, se reduce a Vs = Ve, quedando la fórmula total

Empuje = Masa · (Vs - Ve)


Donde el empuje se mide en kilogramos. El realidad la fórmula se encuentra afectada por las variaciones antes citadas de presión, temperatura, etc., además de varios coeficientes, complicando la clara exposición del principio de avance del reactor en la atmósfera, que de esta forma queda sencillamente expuesta.

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