Este documento describe los principales componentes y tipos de motores turbofan. Explica que un turbofan utiliza una parte del flujo de aire como combustible en la turbina, mientras que otra parte pasa sin quemarse para proporcionar empuje adicional. Luego describe las características de los turbofans de bajo y alto índice de derivación, los componentes clave como el ventilador, compresores y turbina, y los métodos de mantenimiento y análisis de fallas utilizados con este tipo de motores.

1. Turbofán
TURBINAS A VAPOR Y GAS- MN143A
INTEGRANTES:
 ARICA SILVA, OCTAVIO AARON 20180224D
 VENTURA VENTURA, ALEJANDRO DAVID 20207009A
DOCENTE:
 ING. PAEZ APOLINARIO ELISEO
2022-2

2. CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO Y DE OPERACIÓN
TURBOFÁN
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UN TURBOFAN:
• EN SUS INICIOS, EL TURBOFAN (QUE VIENE DE LA CONJUNCIÓN DE LAS PALABRAS TURBINA
Y FAN, REFIRIÉNDOSE A LA TURBINA DE GAS QUE GENERA ENERGÍA MECÁNICA A TRAVÉS
DE LA COMBUSTIÓN, Y AL VENTILADOR QUE USA ESTA ENERGÍA PARA PROPULSAR AIRE
HACIA ATRÁS, RESPECTIVAMENTE) FUE PENSADO COMO UNA MEJORA EN RENDIMIENTO
PROPULSIVO DEL MOTOR A REACCIÓN.
• PARA REALMENTE COMPRENDER CÓMO FUNCIONA UN TURBOFAN, DEBEMOS PRIMERO
ENTENDER CÓMO LO HACE UN TURBORREACTOR DE FLUJO ÚNICO.
• EL PRINCIPIO BÁSICO QUE RIGE UN MOTOR DE REACCIÓN DE FLUJO ÚNICO ES EL DE
TRANSFORMAR LA ENERGÍA DE LOS PROPULSANTES (COMBUSTIBLE + AIRE ATMOSFÉRICO)
EN ENERGÍA CINÉTICA DEL CHORRO DE GASES QUE LO ATRAVIESA. LOS COMPONENTES
QUE ESTE FLUJO DE AIRE ATRAVIESA A SU PASO POR EL TURBORREACTOR SON, EN ORDEN:
CONDUCTO DE ADMISIÓN (DIFUSOR), SECCIÓN DE COMPRESIÓN, CÁMARA DE
COMBUSTIÓN, SECCIÓN DE EXPANSIÓN Y TOBERA DE ESCAPE (SALIDA).

3. .

4.  La transformación de una energía en otra se produce de la siguiente manera:
 El aire entra en el conducto de admisión (difusor) y debido a su velocidad y a la forma del
difusor se comprime. A través del conducto de admisión el flujo pasa al compresor.
 El compresor, movido mediante ejes internos por la turbina, comprime considerablemente la
presión del flujo.
 El aire altamente comprimido entra en la cámara de combustión, sufriendo una deceleración
previa en el difusor de la precámara, donde se mezcla con el combustible inyectado para
que la mezcla sea más homogénea en la combustión posterior. En la cámara de combustión
se hace arder la mezcla a presión prácticamente constante (ΔP~2%) donde el flujo adquiere
un gran aumento de temperatura por el calor generado durante la combustión.
 Los gases de combustión se hacen pasar a la turbina, donde son expandidos parcialmente,
extrayendo así, el trabajo necesario para mover el compresor y todos los aparatos del motor o
del avión que estén conectados al motor.
 Finalmente los gases de escape terminan su expansión en la tobera de salida, donde sumado
a una reducción de área, el flujo acaba de aumentar su velocidad (energía cinética). El
incremento de cantidad de movimiento de los gases de escape respecto a la que tenía el
aire que entró en el motor es el responsable de producir la fuerza de empuje con que el motor
propulsa al avión.

5.  En un turbofan solamente una parte del flujo sufre las mismas transformaciones que en el
turborreactor de flujo único (a este aire se le denomina flujo primario). La otra parte del
flujo (flujo secundario) no se le somete a combustión, acelerándolo únicamente por la
acción de los álabes de un compresor (Fan). Con este sistema se obtiene una variación
de la cantidad de movimiento significativa.

6.  A esta proporción entre el flujo primario y secundario se la denomina índice de
derivación o de bypass (BPR). En este tipo de motores es el parámetro más significativo
de diseño. Podemos ver su importancia si manteniendo fijo la relación de compresión
total (OPR) variamos su valor, obteniendo la siguiente gráfica.

7.  Ésta gráfica relaciona, para una OPR fija, el consumo de combustible específico (TSFC)
con el empuje específico (ST), sacando a partir de la envolvente el punto óptimo de
funcionamiento. Se deduce de la gráfica que un aumento del índice de derivación
mejora el consumo específico de combustible, aunque esto provoque una disminución
significativa del empuje específico. Para una relación de bypass de 5 el empuje puede
decrecer un 25% a medida que un avión acelera desde el reposo hasta la velocidad de
despegue. La utilización de altas relaciones de bypass conlleva también un aumento del
arrastre y de peso del motor debido a la mayor sección frontal. Otro inconveniente de
aumentar el índice de derivación es que se obtiene una elevada velocidad periférica en
el fan que trae consigo un gran aumento del ruido o problemas de ondas de choque en
la punta del álabe del fan. Estos problemas pueden evitarse con un tratamiento acústico
del dispositivo de admisión en el caso de la contaminación acústica, y añadiendo una
caja reductora en el fan para que éste gire a diferentes revoluciones que el eje que lo
mueve, para el caso de las ondas de choque.

8. TIPOS DE TURBOFAN
 Una vez entendido el funcionamiento interno de un turbofan, podemos ver las diferentes
configuraciones de funcionamiento que existen.

9.  El primer punto diferenciador es cómo se produce la entrada de aire en el motor. Si
ambos flujos entran de forma conjunta en el difusor se considera tipo serie. La separación
del flujo en un turbofan tipo serie se puede producir después de la compresión en los
primeros escalones de un mismo compresor o después de la compresión en todos los
escalones de un primer compresor. Si por el contrario la entrada de aire se produce de
forma independiente, el turbofan se considera de tipo paralelo. Dentro del tipo serie se
diferencian por el valor de su índice de derivación (BPR)

10.  Low Bypass Se considera que un turbofan es low bypass cuando su BPR está entre 0.2-2.
Fue el primero en desarrollarse y fue ampliamente utilizado en la aviación civil hasta que
se sustituyó por los de alto bypass. Es habitual que exista un carenado a lo largo de todo
el conducto del flujo secundario hasta la tobera del motor. Su punto de funcionamiento
óptimo está entre Mach 1 y Mach 2, por lo que en la actualidad se utilizan
principalmente en aviación militar, aunque no obstante, algunas aeronaves comerciales
siguen haciendo uso de ellos.
Para ésta configuración de BPR resulta adecuado un montaje de doble eje, mostrado a
continuación.

11. High Bypass
Sobre este tipo de turbofan basaremos el diseño de este proyecto. Se caracterizan por tener
un índice de derivación superior al anterior (BPR >5). El primer compresor (llamado fan) se
encuentra antes de la derivación, y tiene una función más propulsiva (parecido a una
hélice) que como compresor. Está situado en la parte delantera del motor y movido por un
eje conectado a la última etapa de la turbina. La fuerza propulsora total de este motor
aproximadamente viene un 75% del fan y el otro 25% de la tobera del núcleo.
Con relaciones de derivación muy altas, sobre todo si van acompañadas de relaciones
de compresión elevadas, surgen problemas de diseño debidos a que la velocidad de
giro del fan debe ser mucho menor que la del sistema de alta presión. Existen diferentes
configuraciones dependiendo de los ejes, aunque la inmensa mayoría de estos
motores son de dos ejes, salvo una gama de tres desarrollada por Rolls Roys.
EGT= Temperatura de los gases de escape

12. La configuración (a) de dos ejes (uno para el conjunto compresor/turbina de baja presión y el
otro para el de alta) tiene el problema de que los últimos escalones del rotor de baja presión
contribuyen muy poco, dada su baja velocidad de giro. El esquema (b) de doble eje resulta
más atractivo, pero requiere una relación de compresión muy elevada en el compresor de alta
presión, lo que trae consigo problemas de inestabilidad. El montaje de triple eje (c) es el que
resulta más óptimo en su funcionamiento, con unas relaciones de compresión moderadas en
ambos componentes pero con una mayor complejidad mecánica y, en consecuencia, un
mayor coste a la hora del mantenimiento.

13. Esquema de la estructura de un high-bypass turbofan en vista
de corte

14. Ultra High Bypass o Propfan
 Es una variante del turbofan que se caracteriza por tener el fan descubierto en la parte posterior, a
la misma altura que la turbina. Elimina la necesidad de tener un eje propio para el fan por lo que se
reduce considerablemente la complejidad del motor a la hora de fabricarlo, disminuyendo los
costes de producción y también los costes de mantenimiento. Además, el ahorro en el gasto de
combustible es del orden del 30%. Sin embargo, también hay que tener en cuenta el ruido que
emite, las fuertes vibraciones que producen fatiga del fuselaje y el peligro que conlleva el uso de
hélices al descubierto, especialmente en caso de desprendimiento.
 Éste modelo sigue en desarrollo, siendo el siguiente paso la posibilidad de cubrir el fan posterior para
reducir así contaminación acústica y el riesgo de desprendimiento.
 El modelo más avanzado de este tipo de turbofan es el General Electric GE36, desarrollado por
General Electric y la NASA.

15. Componentes
• Entrada de aire: es la primera etapa del proceso de propulsión. Suele ser una abertura
circular y lisa por donde se recoge el aire.
• Ventilador: situado al frente del motor, es un compresor de mayor tamaño que los
demás, lo que permite dividir el aire entrante en dos flujos. La corriente primaria pasa a
través de los compresores de baja y alta presión.
• Compresores: con un diseño similar al ventilador frontal pero más pequeños, su función es
aumentar la presión del aire antes de entrar en la cámara de combustión. Se suelen
utilizar compresores de baja y alta presión que giran alrededor de ejes concéntricos, lo
que permite ajustar la velocidad de rotación en cada etapa para incrementar el
rendimiento.
• Cámara de combustión: con una forma circular, es el lugar donde el aire presurizado se
mezcla con el combustible y se quema. El resultado de esta combustión son gases de
escape calientes que mueven las turbinas.
• Turbinas: el aire caliente que sale de la cámara pasa a través de los alabes de varias
turbinas, haciendo girar los ejes que mueven los compresores y el ventilador. En los
motores de bajo índice de derivación el compresor de baja presión y el ventilador se
mueven mediante un mismo eje, mientras que en los de índice alto se dispone de un eje
para cada componente: ventilador, compresores de baja presión y compresores de alta
presión.
• Tobera: es un pequeño orificio situado en la parte posterior del motor. Las estrechas
paredes de la tobera fuerzan al aire a acelerarse, produciendo empuje debido
al principio de acción y reacción. En general, un aumento en la relación de derivación
trae como consecuencia una menor participación de la tobera en el empuje total del
motor.

17. Ficha técnica

18. CARACTERÍSTICAS DE MANTENIMIENTO
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO APLICADO AL CRJ200
El programa de mantenimiento proporciona un listado tabular de tareas con relación a los
sistemas y grupo motor de la aeronave.
Enlista todas las tareas programadas de sistemas y grupo motor, originadas en el MRM y
clasificadas por intervalos.
Esta sección está prevista para ser usada junto con el manual de tarjetas de tareas de
mantenimiento (MTCM).
Contiene tareas del programa de sistemas y grupo motor derivado del análisis MSG-3.
Las tareas de mantenimiento o “TASK CARD” tienen en general el siguiente contenido:
Fecha , Intervalo, Número de Tarjeta de Trabajo o Task Card , Tipo de trabajo que contiene
,Horas hombre requeridas,Titulo, Razón del trabajo, Información relacionada ,Procedimiento
,Cierre del trabajo , Firma del mecánico , Firma del inspector

19. ANÁLISIS DE FALLAS
El análisis de fallas es un sistema metódico que utiliza la deducción ( partir de lo general a lo
particular) analizando por niveles la trayectoria de influencia de los sistemas y subsistemas
de una aeronave o motor conforme a con el fin de aislar una falla en para así poder
corregirla con la mayor certeza y velocidad posible de acuerdo al Manual de Aislamiento
de Fallas (FIM) que sugiere el procedimiento basado en estudios de confiabilidad y
experiencia de los operadores.
TRAYECTORIAS DE INFLUENCIA
El concepto de las trayectorias de influencia es la base de un análisis de fallas. Es la guía en
el proceso de localización de un mal funcionamiento. Identificando, siguiendo y eliminando
las trayectorias de influencia nos conduciremos directamente a la fuente del problema.
Durante todo el proceso, minimizaremos el tiempo y pérdida de esfuerzo en áreas que no
están relacionadas con el problema. La trayectoria de influencia es un proceso utilizado
para examinar sistemas eléctricos, hidráulicos, mecánicos y otros sistemas complejos.
Inicialmente observemos estos sistemas como una colección de componentes, sin
embargo, el concepto demanda que pensemos en esos sistemas en términos de funciones
que cada elemento de estos sistemas realiza.
Estas funciones permiten seguir trayectorias bien definidas que se pueden trazar por todo el
avión. El análisis de fallas empieza con el cuestionamiento para la primera determinación de
las funciones que podrían producir los síntomas que son observados. Estos son generalmente
un número de trayectorias que incluyen a los símbolos Observados. Una vez que las posibles

20. NIVELES DE ANÁLISIS DE FALLAS
 Mientras se ejecuta el análisis de fallas en las aeronaves, nos moveremos a lo largo de la
trayectoria crítica hasta alcanzar nuestro objetivo, generalmente el mal Funcionamiento
de un componente. Esta trayectoria es tomada a través de muchos niveles de
complejidad, desde el nivel general hasta el nivel más detallado. Al terminar la
trayectoria, nosotros tendremos la aeronave entera.
 En el nivel menos detallado, tendremos los mayores sistemas que existen en
las Aeronaves. Estos sistemas a su vez, están hechos de subsistema s. Y así, hasta alcanzar
el nivel de detalle requerido. Esta forma de analizar nos permite reducir y simplificar el
problema hasta que sea solucionado.
 Muchas trayectorias de influencia, fluyen a través de toda la aeronave. Consideremos la
trayectoria asociada con un sistema eléctrico de la aeronave. En un avión moderno la
trayectoria del sistema eléctrico, fluye a través de todo el avión.
NIVELES DE SISTEMAS Y AERONAVE
 Para el dueño del avión que comúnmente viaja, este nivel puede representar el nivel
requerido de detalle. Por ejemplo, se este sistema falla puede explicar, relacionándolo
con su casa, que el avión tiene un problema con el sistema eléctrico. Para el analista, sin
embargo, esto es el punto de partida de la trayectoria. Para determinar la causa del mal
funcionamiento, reparar la aeronave y regresarla a servicio, deberán explorarse los
niveles adicionales.

21. NIVELES DE CONJUNTOS Y SUBSISTEMAS
 Estos son los niveles en los que el piloto está más a menudo involucrado. El piloto, por
ejemplo, podría explicar que existe un problema con el sistema eléctrico de C.D.
(Corriente Directa). El puede observar que durante el vuelo, el análisis de fallas indicó
que el problemas de alimentación en la barra esencial de C.D. En este caso, el piloto
está tomando los niveles de subsistema y conjuntos.
NIVELES DE SUBCONJUNTOS Y COMPONENTES
 Muchas técnicas del mantenimiento requieren un nivel de detalle generalmente
alcanzando los niveles de subconjuntos o componentes. En este nivel, el analista
identifica el mal funcionamiento del subconjunto o componente y reemplaza o repara.
En nuestro ejemplo, el analista descubre que el problema con el sistema eléctrico de la
aeronave fue causado por un mal funcionamiento de la caja de control del generador.
La caja de control es removida y reemplazada. Una verificación funcional del sistema
confirma la validez del proceso de análisis de fallas y la aeronave regresa a servicio.
 Observe que los niveles de análisis de fallas pueden requerirse dependiendo del nivel de
mantenimiento que puede ejecutar se con ciertas facilidades de mantenimiento.
 Cuando el mal funcionamiento de la caja de control del generador es regresada al
Fabricante, la trayectoria crítica puede trazar a niveles adicionales de detalle. En el caso
de mantenimiento en el taller, la trayectoria empezaría a nivel de componente.

22.  Con las facilidades de reparación mayor, la trayectoria crítica puede trazarse a través de docenas de
conjuntos y subconjuntos dentro del componente individual. La trayectoria puede extenderse a la parte
encerrada dentro de la caja de control del generador.
 Un buen analista en aviación siempre empieza a nivel muy general y no continúa hasta examinarlo
mediante los diagramas. Sólo entonces, el experto analista continúa a los niveles de detalle adicionales.
 Con las facilidades de reparación mayor, la trayectoria crítica puede trazarse a través de docenas de
conjuntos y subconjuntos dentro del componente individual. La trayectoria puede extenderse a la parte
encerrada dentro de la caja de control del generador.
 Un buen analista en aviación siempre empieza a nivel muy general y no continúa hasta examinarlo
mediante los diagramas. Sólo entonces, el experto analista continúa a los niveles de detalle adicionales.
 Obviamente, un analista experimentado, permanecerá en el nivel general durante un corto tiempo. El, no
obstante, empieza en este nivel para asegurarse que no hay nada que esté errado y que la trayectoria
correcta de influencia ha sido identificada. La clave del éxito es el trazar trayectorias críticas a través de
cada nivel de detalle. La trayectoria crítica es una trayectoria de influencia, que contiene los síntomas
observados y los componentes o subconjuntos que están funcionando mal. Para completar esto, debemos
examinar las funciones dentro de cada trayectoria.

24. CARACTERÍSTICAS DE SEGURIDAD
1. PREPARACIÓN
Para operar el motor es necesario seguir una secuencia de verificación previa:
• Comprobación y previa verificación del motor de arranque que se utilizara para encender el turborreactor.
• En la zona donde se encuentra el turborreactor solo podrá permanecer personal autorizado y en el momento de
encendido del motor ninguna persona debe encontrarse en este espacio (puede causar lesiones serias).
• Verificación de los sistemas electrónicos de monitoreo.
Figura 32: Sistemas de monitoreo

25. • Verificación del nivel de combustible en el tanque.
• Verificación del nivel de aceite lubricante en el depósito .
• Verificar las conexiones a la red de distribución eléctrica.
• Verificación que todas las medidas de seguridad como extintores y elementos de protección personal estén en
buen estado y listo para su uso en caso de emergencia.
Figura 33: Elementos de seguridad más comunes

26. • Comprobar el ensamble del sistema de inyección y lubricación con sus respectivos circuitos
hidráulicos.
• Verificar que no existan fugas en las líneas de los sistemas de inyección y lubricación.
• Verificación auditiva del funcionamiento de los electrodos dentro de la cámara de combustión.
2. OPERACIÓN
Se deben realizar pruebas a cada uno de los componentes antes de iniciar el proceso de encendido
del turborreactor. Realice una inspección minuciosa de todas las herramientas y del entorno.
Asegúrese que la planta cuente con todas las medidas de seguridad y protección.
• Al accionar el motor eléctrico de la bomba de aceite del sistema de lubricación se debe verificar
que la presión en el manómetro aumente hasta la presión indicada en el manual aproximadamente.
• Para llegar a obtener el flujo de aire requerido se debe conectar el soplador a la entrada del
compresor y aumentar las RPM’s.
• Al encender el sistema de inyección de combustible, se debe verificar que este indique una presión
dentro del rango establecido en el manual.
• A medida que se va aumentando la entrada de flujo de aire al compresor, se debe aumentar
progresivamente la entrada de flujo de combustible a la cámara de combustión.

27. • Por medio de las termocuplas se debe controlar la temperatura en cada una de las estaciones del motor. Y a la
entrada del compresor ubicar un medidor de RPM’s, parar medir las RPM’s mínimas para encender el motor.
• Verificar la operación estable del motor.
• Después de verificar que el motor se encuentra operando estable, apagar el soplador y la bujía de ignición.
• Verificar que las temperaturas y presiones son las adecuadas para el buen funcionamiento del motor.
• Controlar el tiempo de prueba para no exceder el especificado en la misión del turborreactor.
• Vigilar la lectura de temperatura permisible a la entrada de la turbina para evitar esfuerzos no admisibles en la
misma turbina.
• En caso de obtener lecturas de temperatura por encima del límite y detectar un funcionamiento inseguro.
Seguir los procedimientos para el apagado del motor.
• Constatar que el sistema de inyección no exceda la presión permitida.

28. 3. APAGADO
Para apagar el turborreactor correctamente y por lo tanto de forma seguir, se debe seguir los siguientes pasos:
• Se debe cortar el suministro de combustible.
• Posteriormente el suministro de lubricación.
• Después de apagado el Turborreactor, disponer el soplador en la admisión del compresor para refrigerar el
motor.
4. PROCEDIMIENTOS DE EMERGENCIA
• En caso de emergencia se debe cortar inmediatamente el suministro de combustible desde el tablero de control.
• Accionar la palanca para inyectar aire a la cámara de combustión, de esta manera se refrigera inmediatamente
el motor.
• Se deben poner en modo apagado todos los sistemas.
• Apagar el interruptor de suministro de energía eléctrica.
• Cortar el suministro de lubricante.
• Utilice los extinguidores sin demora en caso de detectarse fuego fuera del motor