¿Qué son las paradas del compresor de un motor a reacción y cómo se pueden prevenir?

Jan 24, 2024

La calada del compresor suele estar asociada con un fuerte estallido y puede provocar que salgan llamas del escape del motor.

Debes haber oído hablar, o incluso haber experimentado, que el motor de un automóvil se cala. ¿Pero sabías que los motores a reacción también sufren pérdidas? Estas paradas, o, más específicamente, las paradas del compresor del motor, son causadas por la inestabilidad del flujo de aire dentro del motor.

La función del compresor en un motor a reacción es comprimir el aire de la entrada. Esta compresión hace que la presión del aire aumente. Al mismo tiempo, reduce la velocidad del aire. El conjunto del compresor consta de palas de rotor y estatores. Un estator sigue a cada rotor. Los rotores son los cuerpos en movimiento, mientras que los estatores permanecen estáticos.

Cuando el flujo de aire pasa a través de los rotores, hay un aumento neto en la velocidad del flujo de aire y, a medida que pasa a los estatores, la energía cinética que contiene se convierte en energía de presión. Esto se hace creando pasajes divergentes entre las palas del rotor y los estatores.

En un motor a reacción típico, el aumento de presión en cada par de rotor y estator es bastante pequeño, aproximadamente de 1,1 a 1,2:1. Esto significa que, para lograr una relación de compresión de, digamos, 20:1, se necesitarán varios rotores y estatores. En los motores de primera generación, esto se hacía en un solo conjunto de turbina de compresor o en un solo carrete. Ésta era una de las razones principales por las que a menudo estaban sujetos a puestos de venta.

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¿Cómo se produce el estancamiento? Las palas del rotor del compresor son esencialmente pequeños perfiles aerodinámicos como las alas. Debido a esto, requieren que el aire fluya sobre ellos en un ángulo de ataque óptimo. Si este ángulo es demasiado pequeño o demasiado grande, las palas ya no pueden mantener un flujo de aire suave dentro del motor. El ángulo de ataque sobre un rotor es generado por las RPM del compresor y la velocidad axial del flujo de aire..

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Los motores a reacción (particularmente aquellos con un solo carrete) tienen palas de rotor fijas para brindar el mejor rendimiento a muy altas RPM. Cuando las RPM son bajas, el ángulo de ataque sobre la pala se estropea y el flujo de aire dentro del motor se interrumpe. No era raro que los motores de primera generación se calaran mientras rodaban en tierra, ya que los motores giraban por debajo de las RPM óptimas durante esta fase.

Para darle un ejemplo de cómo funciona realmente, puede pensar en el compresor de un motor funcionando a unas RPM del 100% (sus RPM óptimas). En esta condición, puede comprimir el aire con una relación de compresión de 20:1.

Esto significa que, a medida que el aire fluye a través del conjunto del compresor, su volumen es cada vez menor. Cuando sale de allí, se comprime a 20:1. En este escenario, debido a que las palas están optimizadas para funcionar al 100% de RPM, los rotores pueden obtener un ángulo de ataque óptimo y el flujo de aire permanece suave dentro del motor.

Ahora, digamos que reducimos las RPM del motor a aproximadamente el 50%. Esto reduce la velocidad del conjunto del compresor y el aire que ingresa ya no se comprime a 20:1, sino que, digamos, se comprime a aproximadamente 8:1. En este caso, el mayor volumen de aire viaja a través del compresor a una velocidad más alta o una velocidad axial más alta.

Esto altera el ángulo de ataque de las palas y hace que el flujo de aire se interrumpa dentro del motor. De manera similar, si se permite que el motor funcione a más RPM que las RPM de diseño, digamos 110 %, el flujo de aire se comprime más.

Esto hace que viaje a través del tambor del compresor a una velocidad axial más alta, lo que hace que el ángulo de ataque a los rotores supere el óptimo, lo que provoca que el flujo de aire se interrumpa y provoque una parada del compresor.

La pérdida por sí sola es una interrupción parcial del flujo de aire. Cuando el flujo de aire se interrumpe por completo dentro del motor, se denomina aumento repentino del motor. Los pilotos deben reaccionar rápidamente ante un evento de pérdida para evitar que se produzca una oleada.

Como se ha establecido, cada vez que el flujo de aire sobre las aspas ocurre por debajo o por encima del ángulo óptimo, se produce una interrupción del flujo de aire que hace que el compresor se cale. Aquí veremos algunas condiciones que pueden provocar la parada del compresor.

Si el piloto abre los aceleradores demasiado rápido, se produce un aumento del caudal másico a través del motor. Es posible que el caudal más rápido no permita que el compresor comprima el aire a la velocidad requerida, lo que provoca que el flujo de aire se acumule entre la cámara de combustión y la parte posterior del tambor del compresor, lo que aumenta la contrapresión de la cámara de combustión. Esto puede reducir la velocidad axial del aire entrante, provocando que las aspas y, eventualmente, el compresor se calen.

Ahora queda bastante claro lo importante que es que el flujo de aire pase a través del compresor en un ángulo perfecto. Si esto se interrumpe de alguna manera, el compresor puede pararse. Los vientos cruzados pueden provocar esto, y también puede ser causado por operar la aeronave en ángulos de ataque muy altos. Esto también puede distorsionar el flujo de aire que ingresa al motor.

Si las aspas del compresor están erosionadas o dañadas, no pueden comprimir el flujo de aire de manera tan eficiente. Esto también puede provocar que el motor se cale. Esto puede deberse a daños por objetos extraños (FOD), choques con aves o incluso un mantenimiento deficiente.

Las paletas guía de entrada variable se encuentran justo al comienzo del conjunto del compresor. Pueden moverse en relación con la velocidad del motor para garantizar que el aire fluya correctamente hacia las palas del rotor y los estatores.

Cuando la velocidad del motor es baja, las paletas se colocan en un ángulo pronunciado hacia abajo, lo que genera un remolino para optimizar el flujo de aire. Cuando el motor gira a mayor velocidad, el ángulo se reduce para reducir la turbulencia. Esto reduce el riesgo de que se atasque.

De manera similar a las paletas guía de entrada variable, las paletas del estator también pueden diseñarse para moverse para garantizar que el aire fluya en el ángulo correcto con respecto a la pala del rotor que sigue a la pala del estator respectiva.

Las purgas del compresor son válvulas en la sección del compresor del motor que se abren cuando el motor está funcionando a bajas RPM o cuando se exige una aceleración repentina. Las válvulas, cuando están abiertas, permiten que escape el aire acumulado, reduciendo la presión en la parte trasera del compresor. Esto reduce el riesgo de que el compresor se cale.

Esto es algo que se da por sentado hoy en día, ya que la mayoría de los motores actuales tienen al menos dos carretes. Anteriormente, se usaba un solo carrete y, como está optimizado para funcionar mejor a una sola RPM, tienden a calarse cuando la velocidad del motor se desvía de este nivel óptimo.

Los motores multicarrete constan de varios carretes. Esto significa que cada compresor puede funcionar con su propio conjunto de turbina y no tiene conexión con los otros compresores. Por ejemplo, un motor de doble carrete consta de un compresor de baja presión (LP) y un compresor de alta presión (HP).

El compresor LP hace girar su turbina LP y la turbina HP hace girar el compresor HP. En esta configuración, las paletas del compresor LP están optimizadas para girar a unas RPM más bajas que las paletas del compresor HP. Por lo tanto, cuando un piloto reduce las aceleraciones, las RPM del compresor LP caen mucho más rápido que las del compresor HP. De esta forma, cada compresor mantiene sus RPM óptimas en todo momento.

Algunos motores modernos grandes están diseñados con tres carretes. Contienen un compresor LP, HP y de presión intermedia (IP), lo que mejora aún más las características de calado del motor.

Un encuentro con un motor calado se asocia con uno o más golpes fuertes. Los golpes son similares a los del disparo de una escopeta.

También puede provocar fluctuaciones en los parámetros del motor, provocar vibraciones anormalmente altas e incluso puede provocar que aumente la temperatura de los gases de escape (EGT). Desde el exterior del avión, las llamas también pueden ser visibles desde el escape y, en ocasiones, desde las tomas del motor.

Tan pronto como el motor se cala, el piloto debe reducir el empuje al ralentí moviendo hacia atrás la(s) palanca(s) de empuje del(los) motor(es) afectado(s). Esto debería reducir la contrapresión y ayudar a estabilizar el flujo de aire. Una vez que los motores están al ralentí, se deben verificar los parámetros del motor para ver si están estables. Dependiendo del tipo de avión, en este punto se puede hacer algo muy interesante.

En concreto, en aviones con sistemas antihielo propulsados ​​por aire purgado del motor, los pilotos pueden activar el sistema antihielo. Esto elimina el aire del compresor del motor permitiendo que el aire fluya de manera estable.

Si las cosas parecen estables (parámetros del motor), el piloto puede avanzar lentamente las palancas de empuje. La palanca de empuje debe empujarse hasta que el piloto vea que se repite una pérdida. Esto establece las RPM del motor a las que se produjo la calada.

Luego, el motor debe funcionar entre el punto de ralentí y las RPM a las que se vuelve a producir la calada. Existe la posibilidad de que el motor incluso se recupere por completo del calado. En este caso, los pilotos pueden reanudar las operaciones normales del motor.

En caso de que la calada continúe o se repita, o que los parámetros del motor sigan fluctuando, los motores deben apagarse inmediatamente para evitar daños mayores al motor y evitar la posibilidad de otro aumento repentino.

Periodista - Anas, piloto de Airbus A320, tiene más de 4.000 horas de experiencia de vuelo. Está entusiasmado de aportar su experiencia operativa y de seguridad a Simple Flying como miembro del equipo de redacción. Con sede en Maldivas.