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En este documento se analiza el caso del derribo del avión F-16 pilotado por el capitán O’Grady y se discute sobre los motores abiertos y cerrados, sus tipos y funcionamientos, especialmente en lo que se refiere al motor utilizado en el F-16. Se realizan cálculos para determinar la velocidad del avión antes del impacto y se comparan con la velocidad del misil 2k12 Kub para establecer si este último pudo ser el responsable del derribo.
Tipo: Ejercicios
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¡No te pierdas las partes importantes!
Análisis de los procesos de transformación energética (Gpo 201) Integrantes: Fernando Daniel Ceballos Benitez A Iquib Aguilera Reyes A Emilio Eduardo Peña García A Profesor : María Dolores Durán García
Introducción En la presente etapa se detalla aspectos importantes sobre la integración de un motor para aeronave, así como el funcionamiento, los tipos de motores que se pueden encontrar fuera y sobre todo aspectos teóricos para conocer el funcionamiento en relación a temas como termodinámica, mecánica de fluidos y termofluidos, los cuales serán de gran utilidad ya que permitirán un conocimiento sólido y entendible en cuanto a los términos empleados, facilitando su comprensión y expandiendo cada vez más la gusto hacia éstos temas. Problemática Se presume que un avión fue derribado por el lanzamiento de un misil desde tierra, el equipo de colaboradores altamente especializados deberán llevar a cabo una investigación ultrasecreta para determinar la veracidad de la versión oficial. Determinar si los misiles lanzados desde la batería antiaérea 2k12 Kub fueron responsables de derribar el F-16, o bien, si la versión oficial sólo fue una pantalla de humo para esconder los verdaderos motivos del destino del avión del capitán O’Grady.
1. ¿Cuáles son los dispositivos abiertos y cuáles los cerrados?
**3. ¿Cuántos motores para aeronaves existen?
Figura 2. Motor en V
- Tipos rotativos Emergieron debido a que los motores lineales eran demasiado pesados para la aeronave, además, éstos fueron empleados durante la primera guerra mundial debido a su fiabilidad. Figura 3. Motor rotativo - Motores de turbina o reacción Este tipo de motores es empleado para aviones de combate o cohetes, inclusive para pulsorreactores. - Motores de turbina Este tipo de motores son empleados para producir gran cantidad de potencia a lo largo de su estructura para mover un mecanismo (Fig. 4). Figura 4. Turbina de aeronave
4. ¿Cuál es la relación de derivación o “bypass” en motores de aviación y cuál sería su importancia para solucionar la situación problema?
¿Qué es un difusor y para qué sirve?
nivel de energía, el aire fluye a través de las palas del rotor que gira y ejerce una fuerza par de torsión en el aire. El compresor utilizado en el motor del F-16 es un compresor axial de doble bobina con ventilador de tres y diez etapas de compresión ¿Cuál es la función de la cámara de combustión?
peso mayor, en comparación con las otras dos, cuenta con un diseño simple, sin embargo su uso es limitado a la industria ¿Cuántas turbinas son necesarias para el funcionamiento del motor del F-16?
Tabla 2.1 - Características generales motor F La caja negra del avión guardó cierta información que es esencial para la solución de la problemática, la cual se encuentra en la Tabla 2.2, además de dicha información también se encuentran los parámetros a calcular sobre cada componente del motor, estos cálculos serán usados para determinar la velocidad que alcanzó el F-16 antes de colisionar. De acuerdo con la versión oficial de del derribo se presume que el misil 2k12 fue capaz de alcanzar al F-16 lo que provocó su derribo y explosión, sin embargo el desarrollo de los resultados determinará si efectivamente la versión oficial es la correcta, por lo que podemos obtener uno de dos resultados:
Tabla 2.2 - Información de la caja negra y parámetros de operación. Obtenidos de Canvas. Para obtener la velocidad alcanzada por el F-16 se realizarán una serie de cálculos para cada componente del motor con el fin de obtener un balance de energía que arrojará los resultados esperados, por lo que se indicará por secciones sus correspondientes. Difusor : Como el aire que entra en la turbina accede por medio del difusor es necesario calcular su temperatura de salida. Cálculos : Conociendo la altura a la que el F-16 volaba (15,000m), llegamos a saber que la temperatura del aire entrante es de -56,5 grados centígrados. 𝑇1 =− 56. 5 𝐶 = 216. 75𝐾 También así, en esas condiciones,conocemos que la entalpía del aire, observada en la tabla A-17 de las propiedades de gas ideal del aire en la imagen.
Imagen 2.5 - Ideal-gas properties of air. Obtenida de Apéndice 1 (Termodinámica, pág. 924) Cálculos: Potencia de entrada: Para la potencia de entrada con la información de la caja negra sabemos que el ventilador funge una operación adiabática, con esto asumimos que no hay transferencia de calor por lo que: Flujo másico: Las características de rendimiento del motor indican que se tiene una relación de derivación de 0.68:1 es por eso que teniendo un flujo másico total de 124.7 kg/s.
Compresor: Por medio de la interpolación con los valores de 760 K y 780 K obtenemos que la entalpía a esa temperatura es: 𝑇2 = 773 𝐾 ∴ ℎ 2 = 792. 5𝐾𝐽/𝐾𝑔 Densidad: De acuerdo con la tabla A-16, la densidad la obtenemos dependiendo de la altitud por medio de una interpolación: Pérdida de calor: Tomando en cuenta que el compresor tiene una pérdida de 1.2 kJ/kg y un flujo másico de 74.22kg/s podemos calcular el calor perdido en esta sección.
Tobera de escape: La importancia de la tobera está dada por que es el último dispositivo que compone el motor del avión, la tobera cumple con la función de canalizar el flujo de aire por lo que este último hace su último esfuerzo de incrementar su velocidad, es por eso que el cálculo de la velocidad de salida de esta concluye en la velocidad a la que iba el avión antes del derribo, para que de esta forma podamos comparar y obtengamos respuesta a si el avión pudo haber sido alcanzado por el misil o no. En esta última sección de la turbina es necesario aplicar la versión no simplificada de la Primera ley de la termodinámica, ya que hay un ingreso doble de aire en la tobera generando una diferencia frente al resto de situaciones anteriores al tener una variación en el comportamiento del flujo másico por el doble ingreso. El doble ingreso es el que proviene de la turbina de baja presión y el que nunca entró al núcleo del compresor.
En el punto de salida la caja negra recuperó que la temperatura alcanzaría los 400ºC, por lo que la entalpía de salida, obtenida por medio de interpolación, es: Cierre del reto: Retomando el contexto inicial de la situación problema, el primero de los misiles disparados explotó entre los dos aviones, pero el segundo misil golpeó el F-16 del capitán O’Grady, para después estallar en llamas y partirse en dos. El piloto del segundo F-16, el capitán Robert Gordon “Wilbur” Wright, atestiguó el derribo del avión de O’Grady y no vio ningún paracaídas, sin embargo, O’Grady sobrevivió al expulsarse del avión. Tomando la velocidad del segundo misil, podríamos llegar a suponer que el capitán O’Grady pudo llegar a ser avisado del lanzamiento de los misiles, y voló a un lugar seguro donde pudiera expulsarse del avión sin tener tanto riesgo de ser herido.
