¿Cómo calcular la potencia necesaria para accionar un ventilador aislado de un motor TurboFan?

Si aíslo el ventilador de un motor a reacción TurboFan (específicamente GE90) y lo enciendo eléctricamente con un motor,

  • ¿Cuánta energía se requiere para que la fuente eléctrica impulse el ventilador y proporcione la misma cantidad de empuje que un GE90 normal?
  • en un GE90 regular, ¿cuál es el empuje producido por el ventilador solo (excluyendo el empuje de la combustión del combustible)?

Respuestas (2)

https://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_GE90 :

La LM9000 es una turbina de gas aeroderivada disponible en dos opciones; el LM9000 sin aumento de agua que produce 66 MW (89 000 hp) con una eficiencia del 42,4 % antes de la cogeneración, y el LM9000 con aumento de agua que genera 75 MW (101 000 hp) con una eficiencia del 42,7 % antes de la cogeneración.

Una turbina de gas aeroderivada es básicamente la misma turbina con un eje de transmisión conectado a la etapa de baja presión en lugar del ventilador. Por lo tanto, la potencia de salida del eje sería más o menos equivalente a la potencia que va al ventilador en la versión turbofan.

La cifra de 66MW (la versión aerodinámica no utiliza aumento de agua) corresponde a la potencia continua máxima o un poco menos. La potencia de despegue es aún mayor.

1) En función del caudal y la velocidad de salida de la boquilla, puede calcular la potencia mínima para la aceleración del aire. Esto supone una eficiencia del 100 % del ventilador y la boquilla. La potencia real será mayor porque no son 100% eficientes.

2) Estime la potencia de salida de la turbina de baja presión, que es aproximadamente igual a la entrada de potencia al ventilador. Esto podría hacerse conectando la turbina LP a un banco de pruebas y operar el conjunto como un motor de eje turbo, o estimarlo aproximadamente por tasa de consumo de combustible, densidad de energía del combustible y eficiencia térmica.

3) Modelar el proceso de despegue como un proceso de potencia constante, calcular la energía cinética acumulada del avión y dividirla por tiempo y número de motores, que es un caso aún más ideal que el 1). Esto ignora la mayoría de las ineficiencias y debería dar el número más bajo.

Recuerde, el poder no es un concepto ligado a la electricidad. Por lo tanto, la potencia para impulsar el ventilador no tiene que ver con si un motor eléctrico lo está impulsando o si la turbina de LP lo está impulsando. Los números son los mismos (si vives en una región donde la potencia mecánica y la potencia eléctrica se miden en las mismas unidades).

Editar:

Pensándolo de nuevo, creo que esta pregunta tiene la lógica equivocada.

Antes del trabajo de diseño de un motor turboventilador, una de las especificaciones más básicas es con cuánta potencia desea impulsarlo (otras preguntas incluyen la relación de derivación y el empuje).

Esto no es algo que se calcule después de tener un motor real. Es algo que debe saber antes de diseñar el motor (y simularlo cuando esté diseñado y probarlo después de diseñarlo).

La forma más rápida de saber la potencia requerida para impulsar el ventilador de GE90 es preguntar a los ingenieros de GE.