¿Cuánta potencia consume un turboventilador para alimentar su propio compresor?

En un avión comercial moderno, ¿qué porcentaje de la potencia de su motor se utiliza para alimentar su propio compresor, el ventilador de conductos y otros accesorios como el aire acondicionado, etc.? Tal vez no se pueda calcular con precisión, pero estoy buscando al menos una cifra aproximada.

Respuestas (1)

Para responder a esta pregunta, es mejor comenzar con el trabajo de compresión que debe realizarse en el aire que fluye a través del motor. Si solo desea saber cuánta energía se necesita para hacer funcionar el ventilador en un avión de pasajeros de tamaño mediano, puede mirar las instalaciones industriales del Rolls-Royce RB-211 , dos de los cuales alimentan el Boeing 757 y cuatro el Boeing 747 -200. La salida eléctrica proviene directamente de la turbina de baja presión que impulsaría el ventilador en un motor de avión, y es de hasta 32 MW para el RB-211 (después de las pérdidas de generación).

Ahora al compresor central: si asumimos que no se intercambia calor entre el gas y el entorno, podemos usar las fórmulas para el proceso adiabático como se presenta en Wikipedia. El ejemplo dado en realidad encaja bien con el motor RB-211-535 o EJ-200:

Estado inicial (Índice 0): 27°C/300 K y 1 bar/100 kPa

Estado final (Índice 1): 477°C/751 K y 25 bar/2500 kPa, 10% del volumen inicial.

Cuando usamos esta página de Wikipedia , obtenemos:

W = k ⋅ R ⋅ ( T 1 − T 0 ) k − 1 = k ⋅ R ⋅ T 0 k − 1 ⋅ ( ( PAG 1 PAG 0 ) k − 1 k − 1 )

donde R = 287 j k gramo k es la constante de los gases y k = 1,4 para gases diatómicos como nitrógeno y oxígeno. V 0 de 1 kg de aire es 0,84 m³ y V 1 es 0,084 m³. El resultado es W = 454 kJ por kg de aire, y eso ahora debe multiplicarse por el flujo másico. Para el RB-211 encuentro datos de flujo másico solo para aplicaciones industriales donde el motor funciona a una relación de presión reducida, pero usaré 203 - 212 kg/s independientemente porque encaja con los datos iniciales de presión y temperatura de mi ejemplo. El resultado es del orden de 95 MW en un motor de clase de empuje de 200 kN .

Teniendo en cuenta que las ecuaciones anteriores son para el caso ideal sin fricción, la verdadera necesidad de energía es probablemente un 10% - 20% mayor. Sin embargo, en altitud, la densidad del aire es solo una cuarta parte de la que hay al nivel del mar, por lo que las necesidades de energía del compresor también son solo una cuarta parte.

Para ponerlo en proporción, también necesitamos la velocidad de vuelo: a 240 m/s, los 50 kN de empuje en altura se traducen en 12 MW de potencia propulsora, por lo que la potencia del compresor en las mismas condiciones es el doble.

Estoy un poco desconcertado. Entonces, ¿qué porcentaje de su potencia total se utiliza para alimentarlo?
Si entiendo el razonamiento, la cifra de 95 MW es lo que se necesita para un compresor a 200 kN de confianza. A 240 m/s, 50 kN de confianza se traducen en 12 MW de propulsión, por lo que 200 kN son 48 MW de propulsión. Esto significa que el porcentaje a 240 m/s es 95/(95+48) que es 2/3, 66,4%
@MSalters: No, los 200 kN no son posibles a Mach 0,85. La potencia proviene de la velocidad (empuje x velocidad). La potencia del compresor es de aprox. 24 kW a Mach 0,85 (¡aquí se descuidó la precompresión!), lo que explica el menor flujo de combustible en altitud y con el acelerador a fondo. Pero el porcentaje sigue siendo similar.
Pero en realidad, este 66% se reconvierte en su mayor parte en aire acelerado que pasa por alto el núcleo por el ventilador. Sería interesante saber qué parte de la energía de la combustión no se utiliza para acelerar el flujo de frío, sino para mover accesorios, presurizar el aire sangrado o contrarrestar la fricción interna. Creo que ese es el espíritu de la pregunta. Pero tal vez esto ya esté contenido en la respuesta, y lo leí mal, no estoy seguro.
@mins: En realidad, el flujo de masa es solo para el núcleo (lo tomé del RB-211 industrial), porque entendí la pregunta de esta manera. El ventilador consumiría otros 10 - 12 kW, que es la potencia de salida del RB-211 industrial. Su menor relación de presión se debe precisamente a que no cuenta con el ventilador de la versión de aviación. Los accesorios rara vez consumen más del 10% y la fricción interna es muy difícil de adivinar sin números reales. Con lo que encontré en la web no puedo dividirlo en fracciones más detalladas.
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