¿Qué motores a reacción tienen la mayor eficiencia térmica?

Algunos fabricantes de automóviles ( Mercedes-Benz , Toyota ) han estado dando noticias recientemente sobre la mejora de la eficiencia térmica de sus motores, afirmando que alcanzaron la marca del 50%. Me preguntaba si era lo mismo para los aviones.

Creo que estoy bastante seguro de que la industria de la aviación está mucho más allá de la marca del 50% debido a la alta relación de compresión, pero ¿cuál es el motor a reacción más eficiente que existe (actualmente en uso o prototipo probado) por categoría (ventilador, turborreactor, derivación)? , turbohélice, ...)?

Respuestas (1)

Las eficiencias térmicas rara vez se citan para las turbinas de gas de aviación. Las métricas de interés son el consumo específico de combustible y la relación potencia/peso. Si bien una mayor eficiencia térmica aumentará estos, SFC y empuje/peso son términos de rendimiento que son más fáciles de comprender y describen el rendimiento en términos que pueden usarse directamente en los cálculos de rendimiento de la aeronave. Sin embargo, este artículo de Pratt & Whitney indica que las mejores turbinas de gas para aviación acababan de alcanzar alrededor del 55 % en 2010 . Pero no hay ninguna indicación de qué motor tiene la cifra más alta.

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Las turbinas de gas terrestres son más eficientes que las turbinas de gas de aviación, por varias razones. Según este artículo, las turbinas de gas terrestres más eficientes, en 2010, eran algo menos del 60 %. La instalación más eficiente fue una empresa japonesa, con un 59,1 % verificado en una turbina de gas M701G2 en la central eléctrica de 1500 MW Tokyo Electric Kawasaki en Japón.

Desde entonces, GE reclamó el 28 de abril de 2016 un récord mundial de eficiencia térmica, con un 62,22% , para una planta de ciclo combinado, en Francia. GE afirma que normalmente se tarda alrededor de una década en ganar un 1% en eficiencia. La alta eficiencia térmica se debe significativamente al funcionamiento a una temperatura muy alta. GE afirma que esta planta funciona a 2.800 grados. F, pero el número real probablemente sea propietario. Dicen que es como hacer funcionar el motor en condiciones de despegue durante todo el vuelo. Como se puede imaginar, esto hace que el enfriamiento sea muy importante. También se necesitan unos 30 minutos para que la turbina pase del ralentí a la velocidad máxima. Claramente, eso no funcionará en un avión.

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Esta es la turbina de gas GE 9HA. Puede ver las boquillas de combustible (una en un círculo), y ese peso no importa. Por lo tanto, una turbina de aviación nunca alcanzará este nivel de rendimiento.

En comparación, se dice que el primer modelo de ciclo simple, desarrollado en 1939, tenía una eficiencia térmica de solo el 18%.

Pero la máxima eficiencia no siempre es el objetivo final. Un director de producto de Rolls Royce dice:

A todos les encantaría el 60%, pero el costo suele ser prohibitivo. No todos necesitan una planta de ciclo combinado de servicio pesado. Las máquinas que pueden alcanzar la carga base en diez minutos, como la Trent 60, son importantes para el mercado de picos y mucho más baratas.

Las turbinas de gas de ciclo combinado terrestres son más eficientes que las turbinas de aviación porque;

  • su diseño se puede optimizar sin tener que preocuparse por el peso. Las boquillas de combustible, en particular, están optimizadas en las turbinas de gas terrestres.
  • pueden usar nebulización de entrada de agua o vapor (¡ver arriba!)
  • operan a una sola velocidad de rotación, por lo que pueden optimizarse para eso.
Casi pierdo el interés en esta respuesta ya que no se encontró nada sobre la aviación hasta el final. Consideraría mover la parte que realmente responde la pregunta a la parte superior y agregar la parte terrestre al final (es interesante, pero no directamente conectado a la pregunta, da una pista sobre el techo superior)
@Arsenal Porque la pregunta es sobre algo que a la aviación apenas le importa. Para los aviones, la eficiencia térmica pura es una preocupación muy lejana. Lo que importa es la eficiencia general del vuelo, que depende de muchos otros parámetros, como el peso. Entonces, la pregunta sobre la eficiencia térmica pura no tiene una respuesta útil en el contexto de la aviación. Es como preguntar qué coche tiene la transmisión más ligera. A nadie le importa, a nosotros nos importa el MPG y los híbridos pesados ​​ofrecen más que una transmisión de peso optimizado. Exactamente lo contrario que en los planos. Es razonable que Penguin se haya centrado en el área donde importa la eficiencia.
Además de las tres razones dadas por las que las turbinas de gas de ciclo combinado terrestres son más eficientes que las turbinas de aviación, existe todo el asunto del 'ciclo combinado': el uso de un segundo motor térmico (creo que invariablemente una turbina de vapor) para extraer potencia del calor de escape de la turbina de gas.
@Agent_L: la pregunta es bastante clara, sí, puede que no le importe al entusiasta promedio de la aviación con motor a reacción. Pero inaliahgle está interesado en esto. Si no se puede encontrar una respuesta, está bien, componga una respuesta a partir de eso y por qué no importa. Pero hay una respuesta, la última cifra que se encontró fue del 55% en 2010, entonces, ¿por qué no poner eso primero?
@Arsenal. Su comentario es justo, y generalmente prefiero y escribo las respuestas con la línea inferior hacia arriba primero, luego el fondo. En este caso, sucedió al revés, simplemente porque ese es el orden de la información que encontré mientras investigaba el tema y no tuve tiempo de reorganizarla. Lo he arreglado ahora.
Encontré una patente de una turbina de combustión interna fechada alrededor de 1929, uno de los nombres era Thyssen, pero no he podido recuperar el enlace. Afirmaron una eficiencia térmica de más del 30%. Gesund +
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