¿Por qué los motores a reacción echan humo?

El humo en los motores a reacción generalmente proviene de combustible no quemado o parcialmente quemado (o por inyección de agua). Los primeros motores a reacción solían generar mucho humo debido a estas razones (y debido a la falta de regulaciones ambientales).

^{Motores KC 135 que crean humo debido a la inyección de agua Por fotógrafo de la USAF - Foto de la USAF, Dominio público, Enlace}

La inyección de agua, mientras enfría el motor, apaga las llamas hasta cierto punto, lo que da como resultado combustible sin quemar, que sale como humo. Sin embargo, los aviones se han alejado de la inyección de agua, reduciendo las emisiones.

Otra razón para el humo es la combustión ineficiente: los motores a reacción más antiguos (turborreactores en los primeros aviones y turboventiladores de derivación baja) no eran tan eficientes como los motores actuales, que mezclan previamente el combustible con aire y lo vaporizan antes de la combustión, en lugar de utilizar la combustión de gotas. básicamente mezclando el combustible más uniformemente con el aire. Los requisitos de eficiencia de combustible junto con regulaciones más estrictas significan que los motores actuales tienen menos emisiones en comparación con sus predecesores .

^{Humo durante el despegue del Boeing 707; imagen de nycaviation.com}

En este caso, cambiar el motor de la aeronave por otros más eficientes generalmente da como resultado una reducción del humo. Por ejemplo, la USAF rediseñó el KC-135 s (del turborreactor Pratt & Whitney J-57-P-59W al turboventilador CFM International CFM56 ), que junto con la eliminación de la inyección de agua, redujo el humo.

^{En la parte superior están los KC-135 de un ejercicio en 1979; imagen de network54.com . Debajo están los KC-135R de la Fuerza Aérea de Singapur; imagen de reddit.com}

Fundamentalmente, porque los motores a reacción no queman una mezcla premezclada de aire y combustible.

El combustible puede quemarse en tres proporciones: pobre, estequiométricamente y rico; respectivamente: un exceso de aire, exactamente suficiente aire y un exceso de combustible. Idealmente, uno siempre quemaría en una proporción estequiométrica; Intuitivamente, uno puede sentir que esto significa que no desperdicia combustible al calentar un exceso de aire, y no le queda combustible sin quemar. Así es como funciona un motor típico de encendido por chispa: el combustible se mezcla en el carburador, se comprime y se quema. El acelerador varía la cantidad de mezcla de aire y combustible que ingresa al motor, pero la mezcla siempre será (cercana a) estequiométrica.

Un motor a reacción no tiene el lujo de premezclar la mezcla de aire/combustible antes del encendido. Pulverizar Jet-A en el aire comprimido (¡caliente!) ardiendo provocará la ignición tan pronto como entre en contacto con el oxígeno, le guste o no. El problema es que ya se encenderá cuando la mezcla local aún esté rica . Esto conducirá inevitablemente a la formación de hollín, que es el humo que ves. Esto es especialmente frecuente en configuraciones de alta potencia (como durante el despegue): a una RPM dada, la cantidad de aire que se bombea a través del motor es constante y la cantidad de potencia varía inyectando más o menos combustible en el motor, por lo tanto creando una mezcla menos magra a alta potencia.^{Nota: las RPM del motor reaccionarán al ajuste de potencia en un motor a reacción; sin embargo, la cantidad de aire generalmente será menor que la cantidad de combustible en configuraciones de potencia más altas}

Existen algunos métodos para mitigar la formación de hollín, que se basan en aumentar la "mezcla" de combustible y aire antes del encendido. Se está investigando mucho sobre esto mejorando la cámara de combustión . El artículo de Wikipedia vinculado tiene una explicación muy agradable y completa sobre qué se está haciendo exactamente para esto, pero en general (y extremadamente simplificado), se trata de esparcir el combustible tanto como sea posible e introducir la mayor cantidad de aire posible (pero recuerde que correr demasiado pobre reduce la eficiencia), todo sin apagar las llamas. Vea la imagen a continuación para conocer los arreglos complejos ya realizados en la cámara de combustión en un diseño canular más antiguo.

Fuente: wikimedia

Collin Krum ha escrito un artículo bastante detallado sobre el tema para Jalopnik. También vale la pena señalar que no todos los motores en ese video son motores a reacción. Del artículo:

Los motores de derivación baja no son tan eficientes como los motores de derivación alta, pero la inyección de agua es la tecnología más responsable de las imágenes aparentemente espeluznantes de aviones más antiguos que montan columnas de humo negro en el cielo.

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Debido a que el agua inyectada enfría el núcleo del motor, las cámaras de combustión no pueden quemar toda la mezcla de combustible y agua, por lo que algunas partículas de combustible y agua se expulsan del motor, lo que se materializa en la forma de la característica humo negro.

Algunos de los AGE/GSE con los que trabajo utilizan motores a reacción. Durante el arranque y el apagado, seguramente espere que la temperatura no sea máxima. Esa puede ser una de las causas del combustible no quemado. Otra causa podría ser una acumulación gradual de combustible según el intervalo de la capacidad del termómetro neumático para ayudar a extinguir el aire sangrado.