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Guía para profesores del Tutorial 2 de Fly Higher
Aviones en el aire: qué hacen los
motores a reacción
Guía para los profesores del tutorial 2 «Aviones en el aire: qué hacen los motores a reacción»
ii
Acerca de este documento
Este documento forma parte del segundo tutorial del proyecto de Fly Higher «AVIONES EN
EL AIRE: QUÉ HACEN LOS MOTORES A REACCIÓN», que sirven de apoyo al archivo
PowerPoint adjunto. Puede ofrecerse como un ejercicio «independiente», pero se basa
también en el trabajo desarrollado en el primer tutorial «AVIONES EN EL AIRE: CÓMO HA
CONSEGUIDO VOLAR EL HOMBRE”.
Su objetivo es ofrecer a los alumnos una idea de lo que supone descubrir los secretos
básicos de los motores de los aviones y la necesidad de desarrollar una alternativa más
potente (los motores a reacción), para el motor de combustión interna (pesado), así como
ofrecer una idea básica de los principios científicos relacionados.
Autores
Autor: Husain Ansari, BEng(Hons), AMIMechE, AFHEA Profesor auxiliar de Ingeniería Aeroespacial, Universidad de Coventry.
Editor de la serie: John Fairhurst, MBA, PGDip EdLaw, PGCE, BSc, FRSA
Asociación Europea de Directores de Centros Educativos (European School Headteachers’ Association).
Declinación de responsabilidades
Las opiniones expresadas en esta publicación son únicamente las de los autores y no
reflejan necesariamente la opinión oficial de la Unión Europea sobre el tema.
Guía para los profesores del tutorial 2 «Aviones en el aire: qué hacen los motores a reacción»
iii
Índice
Guía para profesores del Tutorial 2 de Fly Higher ........................................................................... i
Aviones en el aire: qué hacen los motores a reacción....................................................................... i
Acerca de este documento ...................................................................................................................ii
Declinación de responsabilidades ........................................................................................................ii
Índice ................................................................................................................................................... iii
Resumen del tutorial .................................................................................................................... 5
Esquema de la clase ..................................................................................................................... 6
PowerPoint - Notas suplementarias .............................................................................................. 8
Diapositiva 1: ....................................................................................................................................... 8
Diapositiva 2: Fase 1 Introducción al vuelo de las aves ....................................................................... 8
Diapositiva 3: Vídeo ............................................................................................................................. 8
Diapositiva 4: Empuje .......................................................................................................................... 9
Diapositiva 5: Factores de la física en los que se basa el empuje........................................................ 9
Diapositiva 6: El avión en movimiento de avance ............................................................................. 10
Diapositiva 7: Historia de los motores a reacción ............................................................................. 10
Diapositiva 8 ...................................................................................................................................... 10
Diapositiva 9 ...................................................................................................................................... 11
Diapositiva 10 .................................................................................................................................... 12
Diapositiva 11: Aspectos fundamentales del motor .......................................................................... 12
Diapositiva 12 .................................................................................................................................... 13
Diapositiva 13 .................................................................................................................................... 13
Diapositiva 14: Tipos de motores ...................................................................................................... 14
Diapositiva 15: Otros tipos de motores a reacción ........................................................................... 14
Diapositiva 16: Selección de motores ................................................................................................ 15
Diapositiva 17: Turborreactores ........................................................................................................ 15
Diapositiva 18: Turbofán .................................................................................................................... 15
Diapositiva 19: Turbohélice ............................................................................................................... 15
Diapositiva 20: Estatorreactor ........................................................................................................... 15
Guía para los profesores del tutorial 2 «Aviones en el aire: qué hacen los motores a reacción»
iv
Diapositiva 21: Cohete ....................................................................................................................... 16
Diapositiva 22: Resumen ................................................................................................................... 16
Diapositiva 23: Más detalles .............................................................................................................. 16
Materiales de extensión ............................................................................................................. 17
En clase o fuera de ella ...................................................................................................................... 17
SOPA DE LETRAS 1A SOBRE MOTORES A REACCIÓN ......................................................................... 19
SOPA DE LETRAS 1B SOBRE MOTORES A REACCIÓN ......................................................................... 20
SOPA DE LETRAS 2A SOBRE MOTORES A REACCIÓN ......................................................................... 21
SOPA DE LETRAS 2B SOBRE MOTORES A REACCIÓN ......................................................................... 22
SOLUCIONES PARA LAS SOPAS DE LETRAS ........................................................................................ 23
Resumen del tutorial
Intervalo de edades objetivo:
El tutorial está diseñado para alumnos de entre 12 y 16 años.
Capacidad objetivo:
Todas las capacidades (mediante el uso de simplificaciones y extensión según el criterio del
profesor).
Tiempo objetivo:
Para discusión completa: 50 minutos o más
Posible mínimo: 35 minutos
(Los tiempos sugeridos son variables y lo que se pretende es que los profesores
utilicen esta flexibilidad de recursos para adaptarse a sus propias circunstancias.)
Materiales necesarios:
Ordenador y pantalla de clase
Un globo pequeño (para demostración en clase) o varios para una actividad
de clase equivalente
Un peso con una cuerda (opcional)
Una mordaza y 3 reglas de 30 cm: una de plástico, otra de madera y otra
más de metal (opcional)
Esquema de la clase Introducción (Diapositiva 1)
Declaración informal de objetivos del tutor (1 min.)
Identificación de la imagen del motor de la diapositiva 1 (1 min.)
Fase 1. Introducción al empuje y al movimiento de avance del avión (Diapositivas 2 – 6)
Repaso del Tutorial 1 y discusión: ¿cómo pueden volar los pájaros? (2 min.)
Vídeo para explicar los factores de la física implicados en el vuelo de los pájaros (4 min., incl. vídeo de 2
min. y 30 segundos)
Discusión: ¿Qué es la fuerza de empuje y qué factores de la física están implicados en el empuje? (2 -3
min.)
Demostración del profesor (o, si fuera posible, actividad en clase); globo soltado (3 - 6 min.)
Fase 2. Historia de la propulsión de los aviones (Diapositivas 7 - 10) Sir Isaac Newton – Locomotora de vapor de Newton (1 min.)
Los hermanos Wright y Kitty Hawk (1 min.)
Sir Frank Whittle – Motor turborreactor (1 min.)
Fase 3. Aspectos fundamentales del motor y de su funcionamiento (Diapositivas 11 - 13)
Funcionamiento básico del motor (4 min.)
Motor de hélice (2 min.)
Vídeo – Inside a Jet Engine (Dentro de un motor a reacción) (2 min.)
Fase 4. Tipos de motores, resumen de motores y más detalles (Diapositivas 14 - 23)
Intercambio de ideas: ¿Por qué se utilizan diferentes motores? (3 – 4 min.)
La selección del motor se basa en las necesidades de vuelo. En la actualidad, hay muchos tipos de motores
a reacción para elegir (2 – 5 min.)
Tipos de motores (opcionalmente, puede requerir más tiempo, lo que reduciría el tiempo dedicado al resumen anterior):
Turborreactor, Turbofán, Turbohélice, Estatorreactor, Motor cohete (6 - 10 min.)
Vídeo – Resumen de motores (1 min.) y más detalles con un Simulador de motores (actividad opcional y
posibilidad de realizarla fuera de clase)
Todos los tiempos son aproximados; se ofrecen únicamente a modo de guía. Obviamente, las charlas en clase
pueden acortarse o alargarse, especialmente si los alumnos trabajan primero en pequeños grupos, antes de
intercambiar ideas entre todos. El programa puede alargarse aún más si el profesor introduce todos los detalles
incluidos en esta Guía para el profesor.
Si sigue los tiempos mínimos sugeridos aquí, obtendrá una clase de 35 minutos. Si sigue los tiempos más largos y
da más tiempo a los tipos de motores a reacción, puede llegar a tener una clase de 50 - 55 minutos.
Los materiales de extensión pueden utilizarse para completar tiempos de clase más largos o para generar tareas
para casa. Esperamos que también tenga en cuenta los concursos de Fly Higher como materiales de extensión.
Consulte http://www.flyhigher.eu
PowerPoint - Notas suplementarias
Diapositiva 1:
Imagen principal: Motor Rolls Royce Trent 900 de un Airbus A380 Avión de pasajeros.
Algunos datos acerca de este motor:
4,55 m de longitud, que es aproximadamente el tamaño de un vehículo familiar de 7 plazas, como por
ejemplo, un Renault Espace.
Diámetro de 2,94 m, peso 6.271 kg, y una capacidad de empuje de 374 kN (kilo Newtons). El motor del
Renault Espace, o de cualquier otro vehículo familiar, ofrece aproximadamente 150 cv. (Sugerimos que, para
grupos más hábiles y/o clases de ciencias, se aborden las unidades un poco más tarde en el tutorial).
Diapositiva 2: Fase 1 Introducción al vuelo de las aves Utilice esta diapositiva como contexto para pedir a la clase que nombre algunos seres vivos capaces
de volar y las características que tienen en común. Si la clase ha trabajado con el Tutorial de Fly
Higher 1, tendrán algunos conocimientos sobre el vuelo de las aves y sabrán que los aviones no
imitan simplemente a las aves.
Sin embargo, algunos elementos son relevantes para cualquier objeto que vuele: alto consumo
energético, peso reducido y alas (o palas de rotor) con una forma aerodinámica.
Peso: aunque algunas aves llegan a ser bastante pesadas, todas ellas tienen una estructura ósea
ligera (y sus plumas también las hacen parecer más grandes de lo que realmente son).
Normalmente, los mamíferos (como nosotros) no vuelan. Nuestras estructuras óseas son demasiado
pesadas y tampoco tenemos alas, así que no estamos preparados para volar (los murciélagos son
una excepción.)
Las aves baten sus alas para empujar el aire hacia abajo, lo que produce una fuerza contraria que
«eleva» el pájaro hacia arriba. Sus alas tienen una forma aerodinámica y son capaces de producir
una cierta elevación incluso cuando el pájaro solo planea (algo que también ocurre con los aviones).
Algunos mamíferos que viven en los árboles, como por ejemplo, las ardillas asiáticas, tienen
extremidades palmeadas (por lo que parecen alas al extenderse, parecidas a las de los murciélagos)
que les permiten planear, aumentando así la distancia que pueden llegar a saltar entre las ramas.
Aun así, no pueden despegar del suelo.
Diapositiva 3: Vídeo Vídeo autoexplicativo acerca de cómo pueden volar las aves.
Fuente del vídeo: Youtube How do birds fly? (¿Cómo vuelan los pájaros?) Reconocimiento: www.pendulumswingmedia.com
Duración 2:29
Diapositiva 4: Empuje El empuje de un avión proviene del motor y la elevación se genera gracias a las alas aerodinámicas
(rígidas) del avión.
No podemos copiar las alas batientes de las aves. (De nuevo, véase el Tutorial 1 de Fly Higher). Los
pájaros son mucho más ligeros, por lo que necesitan mucha menos energía de sus alas batientes
para poder elevarse. Un avión de pasajeros grande, como el Boeing 747, está diseñado para elevar
aproximadamente 334 toneladas, incluyendo a los pasajeros, el equipaje, el combustible y el propio
peso del avión. El Renault Espace pesa unas 3 toneladas (3.000 kg), incluyendo a 7 pasajeros con un
peso medio de 80 kg cada uno. ¡Por lo tanto, el avión pesa tanto como 112 coches Renault Espace
totalmente cargados!
Recientemente, se han realizado muchas investigaciones para conseguir que los fuselajes de los
aviones sean más ligeros, mediante el uso de materiales compuestos. El propósito es reducir la masa
total del avión, aumentar el alcance del mismo y, al mismo tiempo, reducir el consumo de
combustible. Los aviones más modernos, como el Airbus 380, se han beneficiado mucho de las
tecnologías de nuevos materiales.
No es posible que las alas de un avión puedan batirse debido a las limitaciones de los complejos
movimientos mecánicos necesarios; el peso adicional (las alas batientes necesitarían sus propios
motores/accionadores y su propio combustible) superaría la elevación que podrían generar.
Nuestras máquinas voladoras, tanto las grandes como las pequeñas, cuentan con alas «fijas» con
forma aerodinámica (con las ventajas que supone su sencillez e integridad estructural) que
dependen de la velocidad alcanzada para obtener la sustentación. (Los helicópteros, en ocasiones
llamados aeronaves con «alas giratorias», tienen un aspecto muy diferente, pero se basan más o
menos en los mismos principios. Véase el Tutorial de Fly Higher 3). La velocidad necesaria (generada
por el empuje) hizo que los pioneros aeronáuticos se centrasen en la mejora de los motores, de ahí
el motor a reacción, inventado en los años 40, y su posterior desarrollo.
Diapositiva 5: Factores de la física en los que se basa el empuje
Demostración del profesor (o, si fuera posible, actividad en clase): llene un sencillo globo con aire y
déjelo ir libremente. (Es posible que la clase ya haya visto esto antes, como parte del Tutorial 1; tal
vez desee o no desee repetirlo, dependiendo de la clase y del tiempo establecido). Como posible
variación, utilice el recurso disponible en http://www.bloodhoundssc.com/shop/balloon-car-kit.)
Explicación: Las paredes de goma del globo comprimen el aire del interior del globo. Al soltar la
boquilla o la abertura del globo, el aire se escapa. La tercera ley del movimiento de Newton indica
que: cada acción tiene una reacción igual y opuesta. Por lo tanto, la acción del escape de gas crea
una reacción: ejerce fuerza sobre las paredes del globo, impulsándolo por el aire. (Puesto que la
tercera ley de Newton es tan importante, vale la pena recalcarla de nuevo, a pesar del tiempo
dedicado a ello en el tutorial 1.) Cabe destacar que la «ruta de vuelo» del globo es muy poco
uniforme porque no hay estructuras similares a las del avión (aletas y estabilizadores) para
controlarla.
Diapositiva 6: El avión en movimiento de avance El motor a reacción del avión funciona basándose en el mismo principio evocado en la tercera ley del
movimiento de Newton. Los gases de escape calientes de los motores a reacción del avión hacen
fuerza sobre el aire, lo que a su vez produce una reacción contraria en los motores. Como el motor
está fijado de forma rígida al avión, se crea un movimiento de avance.
El movimiento de avance del avión y la forma aerodinámica del ala hacen que el aire de la parte
superior del ala se desplace de un modo más rápido que el aire de la parte inferior. Esto crea una
capa de aire con una presión inferior por encima del ala que en la parte de abajo. Esta diferencia de
presión genera una fuerza hacia arriba, de sustentación, que mantiene el avión en el aire. (Véase el
Tutorial 1 de Fly Higher.)
Diapositiva 7: Historia de los motores a reacción Sir Isaac Newton fue el primero en proponer la teoría de la explosión canalizada hacia atrás. Un
ejemplo sencillo de explosión canalizada hacia atrás es una locomotora de vapor, como la que se
muestra en la diapositiva. En 1687, intentó poner a prueba sus leyes de nueva formulación con su
«Locomotora de vapor». El prototipo de Newton contaba con una caldera colocada sobre la
locomotora y, para propulsarlo hacia delante, el vapor de la boquilla se dirigía hacia la parte
posterior. Aunque su locomotora de vapor no funcionó (el vapor no tenía la presión suficiente), su
teoría de la fuerza explosiva canalizada hacia atrás se demostró productiva posteriormente al ser
adaptada por los pioneros de la fabricación de vehículos impulsados por vapor.
Cabe indicar que esos motores de vapor, tan importantes en las primeras redes ferroviarias,
funcionan basándose en principios diferentes y no relacionados con la propulsión a reacción
Posible extensión fuera de clase: (i) Hacer que los alumnos investiguen y escriban un breve
resumen de los muchos logros de Newton
Posible extensión fuera de clase: (ii) Como alternativa a la actividad anterior, hacer que los
alumnos investiguen acerca de los primeros «motores a reacción»: las locomotoras de vapor (en
lugar de motores de vapor) y por qué se desechó la idea
Diapositiva 8 Los vehículos impulsados por vapor fueron sustituidos posteriormente por vehículos de gasolina
debido al rendimiento muy superior de la gasolina. La invención del motor de combustión
interna (CI) durante el siglo XVIII permitió a los hermanos Wright acoplar a su aeronave «Kitty
Hawk» un motor de gasolina de 12 caballos de potencia (cv).
Posible extensión en clase para grupos más hábiles o clases de ciencias:
Estos alumnos pueden beneficiarse de repasar conceptos como Fuerza, Trabajo,
Potencia y Energía, además de un recordatorio de sus unidades. El caballo de vapor no
forma parte del sistema SI, pero sigue utilizándose habitualmente, por lo que deben
saber que 1 cv = 746 vatios, mientras que 1 vatio = 1 N.m / s (Newton metro por
segundo) y se define como la velocidad a la que se realiza el trabajo cuando la velocidad
de un objeto se mantiene constante a un metro por segundo contra una fuerza opuesta
constante de un newton.
Otro ejemplo doméstico:
Una bombilla habitual de una casa tiene una potencia nominal de entre 25 y 100 vatios;
una cantidad similar de luz puede producirse con luces fluorescentes de 3 a 30 vatios, o
luces LED de 5 a 20 vatios. También se debe recordar a los alumnos que no deben
confundir los vatios, los vatios hora y los vatios por hora.
Diapositiva 9 Las hélices tienen una forma aerodinámica (por eso, aparecen retorcidas a lo largo de las palas). Son varias
las fuerzas que actúan sobre la hélice y la ciencia de dichas fuerzas es compleja. Puede que los alumnos
conozcan la fuerza centrífuga (que aleja las palas del buje central) y las tensiones por flexión (producidas
por las cargas aerodinámicas sobre las palas). Ambos elementos complican el diseño y la fuerza necesarios
para que la hélice funcione.
La fuerza del empuje generado por las palas de la hélice está determinada por el área de disco de las palas.
Un área demasiado pequeña es, obviamente, menos eficiente; sin embargo, un disco demasiado grande
puede generar más ruido que empuje.
Posible demostración por parte del profesor:
Fuerza centrífuga: haga girar un peso atado a un trozo de cuerda y suéltelo
Fuerza de flexión: fije una regla de plástico en un extremo. A continuación, con dos dedos,
aplique una carga en el otro extremo. La deformación de la regla se debe a la carga de
flexión. Presione lo suficiente y la regla de plástico seguirá flexionándose... ¡hasta romperse!
(normalmente, con un chasquido limpio y repentino). A continuación, repita la experiencia
con una regla de madera: dependiendo de su grosor y tipo, probablemente se flexionará
menos y se agrietará y romperá de forma irregular. A continuación, utilizaremos una regla
de metal: probablemente, el metal se flexionará, pero no se romperá. No obstante, en algún
punto, su distorsión será permanente (nunca regresará a su forma original). Estas
observaciones son habituales (por lo que no hace falta demostrarlas), pero deje claro que los
materiales con los que se fabrican las piezas de los aviones son cruciales. ¿Querría volar
alguien en un avión cuya hélice pudiese romperse en pedazos a mitad de vuelo?
Los aviones ligeros actuales siguen utilizando hélices (aunque ahora se fabrican en materiales compuestos
altamente tecnológicos que son más ligeros y más resistentes que los materiales utilizados en el pasado).
Además, el coste de adquirir y mantener un motor de hélice es significativamente inferior al de un motor a
reacción. Los aviones ligeros, que recorren distancias cortas a velocidades modestas y altitudes bajas, como
en el caso de los aviones para aficionados o el de los aviones fumigadores agrícolas. Los costes bajos son un
imperativo.
Los motores a reacción son sofisticados y caros. Un avión pequeño y de alto rendimiento (por ejemplo, un
caza de combate), que deba volar alto y rápido, utilizará, obviamente, un motor a reacción, al igual que un
avión para viajes de ejecutivos de una empresa internacional (que debe llevar a sus pasajeros VIP en
trayectos largos y de un modo razonablemente rápido).
Diapositiva 10 Desde 1903, el año del primer vuelo de los hermanos Wright, hasta finales de los años 30, el motor de
combustión interna (CI) de gasolina con hélice fue el único sistema utilizado para propulsar aviones. Fue Sir
Frank Whittle, un piloto británico, quién diseñó el primer motor turborreactor en 1930.
En la imagen de abajo puede verse un Gloster E28/39 y, como la clase debería ver rápidamente, no hay
ninguna hélice en el morro del avión. El motor tenía varias fases de compresor y turbinas para crear el
empuje de avance, aunque finalmente dependía de los gases de salida (escape) para hacerlo avanzar, ¡igual
que el globo!
Probablemente, vale la pena indicar a la clase que este avión y el avión de hélice de la diapositiva anterior
parecen similares, pero son muy diferentes de los biplanos de madera y lona de 30 años antes, y también
muy diferentes de los modernos reactores de 30 años después.
Diapositiva 11: Aspectos fundamentales del motor Esta diapositiva muestra el funcionamiento básico de un motor de émbolo (pistón), que es, esencialmente,
el mismo motor utilizado en los coches. A modo de demostración, se puede utilizar una jeringuilla con un
cilindro hueco con un émbolo en un extremo y la boquilla en el otro extremo.
La primera fase del funcionamiento del motor es obtener aire a través de la entrada impulsando
hacia abajo el pistón. Un buen ejemplo es cuando se tira hacia atrás el émbolo de una jeringuilla para
llenar el cilindro hueco con aire.
La segunda fase incluye la compresión del aire que se realiza a través del movimiento hacia arriba
del émbolo en el cilindro. Demostración: si se cierra la boquilla de una jeringuilla (o la bloquea con el
dedo) y presiona el émbolo en la dirección de la boquilla, el aire del interior se comprimirá. Nota: en
un motor de pistones-cilindros actual, la entrada se cierra de forma segura para evitar que pueda
escapar el aire del cilindro, permitiendo así la compresión de todo el aire.
La tercera fase del funcionamiento del motor implica la combustión mediante la adición e ignición
del combustible. Al producirse la combustión el aire aumenta su temperatura y por tanto su presión,
lo que provoca una fuerza que empuja al pistón hacia abajo. Naturalmente, también en esto la
ciencia es bastante compleja. Todo el combustible del interior del cilindro debe quemarse, por lo
cual debe inyectarse la cantidad adecuada; y además, esto debe suceder exactamente en el
momento correcto del ciclo. Los alumnos puede que hayan visto «bujías» en motores sencillos,
como el de una cortadora de césped o en un coche antiguo, y posiblemente han oído hablar del
«distribuidor» que conectaba mecánicamente la bujía al sistema eléctrico del coche en el momento
adecuado. Si puede, muéstreselo. Los motores de los coches modernos están controlados
electrónicamente y es posible que los alumnos hayan oído hablar de los sistemas de «inyección
electrónica de combustible».
La cuarta fase corresponde a la salida de los gases calientes a través de la salida de escape. Estos
gases calientes tienen una temperatura y presión (energía) altas, y al subir de nuevo el pistón hacia
la parte superior del cilindro empuja a los gases calientes para que salgan por el escape.
El movimiento hacia abajo del émbolo vuelve a absorber aire para el siguiente ciclo. El ciclo continúa una y
otra vez de forma repetida.
El émbolo está acoplado a la hélice de la aeronave a través de un cigüeñal, que genera el movimiento
rotacional de la hélice tal y como se muestra en la siguiente diapositiva.
Diapositiva 12 Como se puede ver en la imagen, la hélice está acoplada a través de un cigüeñal, que convierte el
movimiento del émbolo en una rotación. Cuantos más émbolos (pistones) estén bombeando, más potencia
se generará y el cigüeñal girará de un modo más uniforme. Por lo tanto, los motores tienen varios cilindros
para proporcionar una energía continua a partir de cada una de las carreras de encendido, con más de un
pistón acoplado al cigüeñal. (No hemos tratado este tema, ya que el tutorial habla de los motores a
reacción.)
Normalmente, el motor de un coche típico tiene cuatro cilindros, aunque muchos tienen seis
(especialmente, en el caso de vehículos más grandes y/o de mayor prestigio). Los cilindros suelen venir en
parejas para ofrecer un equilibrio, con dos o tres a cada lado del eje. No obstante, en motores pequeños
como los que podemos encontrar en los ciclomotores o en las máquinas de jardín solo hay un pistón, ya que
los requisitos de potencia son menores. Los vehículos más grandes (por ejemplo, camiones para el
transporte de cargas pesadas), o vehículos especializados (por ejemplo, los coches de Fórmula 1) tienen 8,
10 o 12 cilindros, dependiendo de sus requisitos exactos.
Diapositiva 13 1) Vídeo autoexplicativo. Duración 1:41
Fuente del vídeo – Youtube Inside a Jet Engine.
Agradecimientos: www.wydea.com;
2) Vídeo alternativo: http://www.youtube.com/watch?v=ON0sVe1yeOk
Diapositiva 14: Tipos de motores En la imagen, el avión de largo alcance y dos pisos Airbus A380, con cuatro motores gigantes proporcionados
por Rolls Royce Trent 900 Engines o Engine Alliance GP700. Se trata de motores de tipo Turbofán, que son
los más adecuados para los vuelos comerciales, en los que se busca la reducción de costes, pero que
también necesitan que los motores sean robustos y fiables.
El Airbus 380 es uno de los aviones más modernos. Puede transportar a un máximo de 525 pasajeros en una
disposición de asientos normal (es decir, con cabinas para clase turista, business y primera clase). Podría
transportar a 853 pasajeros si todos fueran en clase turista. Tiene un alcance de 15.700 km y una velocidad
máxima de 945 km/h (9.755 millas; 587 mph).
En este momento, se podría explicar a las clases con una capacidad el concepto de los números Mach, que
expresan la velocidad (normalmente de un avión con motor a reacción) como una fracción de la velocidad
del sonido. Los aviones supersónicos viajan más rápido que la velocidad del sonido, de ahí el término
«supersónico». La velocidad máxima del Airbus es Mach 0,89. El Concorde, cuando estaba en
funcionamiento, alcanzaba una velocidad máxima de Mach 1,2.
).
Diapositiva 15,16: Otros tipos de motores a reacción Trataremos este tema en esta diapositiva y en la siguiente, y posteriormente, en las diapositivas 17 - 21 si la
edad/capacidad/interés de la clase o el tiempo previsto para la misma lo permiten. El punto esencial es que
ahora hay muchos tipos diferentes de motores a reacción y que se siguen produciendo nuevos avances.
Para usos que no sean una aerolínea comercial, el turbofán no es necesariamente la mejor opción. Para un
uso militar, por ejemplo, se requiere el rendimiento más alto posible y el coste es menos importante que
para las aerolíneas comerciales. La tecnología de los motores a reacción se ha desarrollado de forma
considerable y ahora hay muchas opciones diferentes, como se puede observar en la diapositiva.
Estatorreactor: «avión espía» de alta velocidad y gran altitud. Utiliza la enorme velocidad alcanzada
por el avión para «impulsar» el aire hacia el motor. Aquí podemos ver el Lockheed SR-71 “Black Bird”
sobre las montañas de Sierra Nevada, California, en 1994. Aeronave retirada con solo 32 unidades
construidas. Sus usuarios principales fueron el ejército del aire estadounidense (US Air Force) y la
NASA. Era extremadamente rápido (Mach 3+, es decir, más de 1.980 mph o 3.186 km/h) y un avión
de reconocimiento aéreo. El principal requisito para este avión era un rendimiento
excepcionalmente elevado del motor, mientras que los costes tenían una importancia secundaria.
Turborreactor: aviones militares que deben ser robustos y fiables, capaces de transportar cargas
importantes de forma rápida. En la imagen se puede ver el Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II. Se
trata de un avión para un único piloto, con dos motores. Se fabricaron un total de 716 unidades y
siguen estando en servicio. Este avión se diseñó para proporcionar un apoyo aéreo cercano para el
ejército de tierra, para atacar tanques, vehículos blindados y otros objetivos terrestres con defensas
aéreas limitadas. El principal requisito de este motor es el rendimiento y la fiabilidad.
Cohete: el transbordador espacial Atlantis de la NASA. Utiliza un motor de cohete criogénico con
combustible líquido. Un motor de cohete criogénico es un motor que utiliza combustible (hidrógeno
líquido) y un oxidante (oxígeno líquido). Los requisitos principales de este motor no son solo el
rendimiento y la fiabilidad, sino también ser capaz de funcionar en el espacio (¡donde no hay aire!).
Por lo tanto, debe suministrar su propio oxígeno.
Turbohélice: avión ejecutivo más pequeño; debe ser asequible, pero también fiable y
razonablemente rápido. En la imagen puede verse el Beechcraft King Air 350i. Se trata de un avión
de negocios con 8 asientos que cuenta con dos motores turbohélice Pratt and Whitney (Canadá). No
es tan rápido como la mayoría de los reactores (su velocidad máxima es de 523 km/h, 325 mph) pero
si es más veloz que un avión a hélice con pistones. (La clave está en la palabra «Turbo»). Los motores
son ligeros, tienen un consumo eficiente y su diseño es sencillo (más baratos en su funcionamiento y
mantenimiento).
Pistón-hélice: un percherón de movimientos lentos. Aquí tenemos el Antonov AN-2. Se trata de un
avión biplano de motor único (avión con dos alas principales situadas una sobre la otra) para uso
agrícola diseñado en la Unión Soviética (Rusia) en 1946. Este avión tenía una velocidad máxima baja
de 258 km/h (160 mph), pero podía transportar una carga importante (hasta 5.500 kg; 12.000 lb). El
requisito principal de este motor de pistones de 9 cilindros era producir el empuje suficiente para
elevar el avión.
Diapositiva 17: Selección de motores Diapositiva autoexplicativa
Diapositiva 18: Turborreactores Funciona basándose en el mismo principio que el motor de émbolo (pistón): admisión de aire en la parte
delantera del motor, compresión y, finalmente, combustión, aunque en este caso los gases de escape salen a
través de una turbina para generar más empuje.
Diapositiva 19: Turbofán Los motores Turbofán utilizan un ventilador en la entrada del motor para aumentar el empuje generado por
el propio motor. Una característica clave del motor Turbofán es que el ventilador está integrado dentro del
conducto del motor (no fuera, como una hélice). Y no todo el aire pasa a través del motor completo, como
en el turborreactor, sino que se divide en diferentes corrientes. Se trata de un sistema complejo, pero muy
habitual en la aviación comercial.
Diapositiva 20: Turbohélice Los motores de turbohélice suelen utilizarse en pequeños aviones subsónicos. Emplean los fundamentos
básicos de un turborreactor, pero incluyen maquinaria adicional para convertir la energía de los gases de
escape de forma que impulsen una hélice. Esto, a su vez, proporciona la mayor parte del empuje necesario
para el avión, ya que los gases de escape que salen del motor contienen una energía baja en comparación
con un motor a reacción y tienen un papel menos destacado en la propulsión de la aeronave.
Diapositiva 21: Estatorreactor Los estatorreactores con la forma más simple de propulsión. El ciclo de potencia de trabajo del motor es
idéntico al del motor de combustión interna. La admisión de aire se produce en la parte delantera, a
continuación, la compresión, que se realiza dentro de un difusor (que ralentiza el aire; a medida que se
impulsa la entrada de aire, la presión aumenta). A continuación, el combustible se pulveriza y se quema en la
cámara de combustión, y finalmente, el aire a alta velocidad se expulsa a través del escape para generar el
empuje.
Los motores estatorreactores dependen del avión ya en movimiento a una determinada velocidad y no
funcionan en parado. Los estatorreactores necesitan ayuda para el despegue y para acelerar hasta alcanzar
una velocidad a la que ya puedan generar empuje. Trabajan de forma muy eficiente a velocidades
supersónicas superiores al Mach 3.
Diapositiva 22: Cohete El motor de un cohete es diferente del resto de tipos de sistemas de propulsión para aviones. Los motores
de cohete no son motores que utilicen aire y llevan combustible y oxígeno, ya que tienen que funcionar a
enormes altitudes y en vacío. El hecho de llevar su propio combustible y oxidante también supone su
principal debilidad, debido al aumento de peso. El empuje se genera gracias a las altas presiones alcanzadas
en la cámara de combustión y en la boquilla de escape, que produce la aceleración y los cambios de
momento de los gases de escape.
Diapositiva 23: Resumen Vídeo de Youtube. Duración 0:52
Agradecimiento: www.rendermedia.co.uk
o ¡Este vídeo no tiene sonido! Tal vez necesite hacer alguna pausa en diferentes momentos
para comprobar si la clase ha asimilado las ideas principales. Hable de cada uno de los
componentes con la clase a medida que avance la animación. (Probablemente, será
necesario realizar pausas.) Componentes en la animación:
o Compresor: para comprimir el aire. o Turbina: para extraer la energía de los gases calientes e impulsar el compresor montado sobre el
eje. o Cámara de combustión: para quemar el aire comprimido con el combustible. o Carcasa del motor: para albergar todos los componentes.
Como puede verse en la animación, el aire frío (color azul) que entra en el motor se comprime con la acción
de las palas del compresor, se quema en la cámara de combustión al añadir la mezcla precisa de
combustible-aire, y los gases calientes (color rojo) salen de la turbina, que proporciona la fuerza propulsora
necesaria para hacer avanzar el avión.
Diapositiva 24: Más detalles Haga que la clase acceda al sitio web mencionado en la diapositiva (tal vez en el colegio/instituto, si es
posible, o en casa) y ejecute el simulador de motores.
Materiales de extensión
En clase o fuera de ella
Sopas de letras Las siguientes dos sopas de letras pueden dividirse en dos niveles: con las palabras clave indicadas a modo de
pistas o sin ellas. Pueden utilizarse para ampliar la duración de la clase o pueden ser trabajos para casa. Todas las
palabras se habrán utilizado en la presentación en PowerPoint. Las sopas de letras se ofrecen en un formato fácil
de copiar en la siguiente sección. (Sin copyright para uso educativo)
La sopa de letras 1 es de un nivel bastante bajo, incluso sin las pistas. Todas las palabras aparecen de
forma sencilla en vertical y horizontal.
La sopa de letras 2, con pistas, es bastante más difícil y, si no se ofrecen las pistas, muy complicada. Varias
palabras aparecen de forma normal, de izquierda a derecha, o en diagonal, pero un par de ellas están
dispuestas de derecha a izquierda.
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Anteriormente, se han enumerado algunas actividades que podrían realizarse en diferentes momentos
relevantes de la presentación. Naturalmente, también pueden realizarse al finalizar el tiempo de clase.
Estas actividades son:
Tras la discusión de Sir Isaac Newton (Diapositiva 7):
Posible extensión: (i) Hacer que los alumnos investiguen y escriban un breve resumen de los
muchos logros de Newton
Posible extensión: (ii) Como alternativa a la actividad anterior, hacer que los alumnos investiguen
acerca de los primeros «motores a reacción»: las locomotoras de vapor (en lugar de motores de
vapor) y por qué se desechó la idea
Después de indicar la potencia de los motores a reacción (Diapositiva 8) Posible extensión para grupos más capaces o clases de ciencias:
Repase las definiciones de Fuerza, Trabajo, Potencia y Energía, además de un recordatorio
de sus correspondientes unidades de medida. El caballo de vapor no forma parte del sistema SI,
pero sigue utilizándose habitualmente (al menos, en el mundo anglófono), por lo que deben saber
que 1 cv = 746 vatios, mientras que 1 vatio = 1 N.m / s (Newton metro por segundo) y se define
como la velocidad a la que se realiza el trabajo cuando la velocidad de un objeto se mantiene
constante a un metro por segundo contra una fuerza opuesta constante de un newton.
Después del tutorial
Posible extensión (i) (tal y como sugiere la última diapositiva): Haga que la clase acceda al sitio
web mencionado en la diapositiva (tal vez en la escuela/instituto, si es posible, o en casa) y
ejecute el simulador de motores.
Posible extensión (ii) Los estudiantes también pueden visionar los numerosos vídeos de Youtube
que muestran cómo funciona un motor a reacción (algunos son divertidos y de carácter general,
otros son bastante técnicos). Cada uno debe decidir el nivel de dificultad que desea.
SOPA DE LETRAS 1A SOBRE MOTORES A REACCIÓN
¿Puedes encontrar las diez palabras (en inglés) relacionadas con los motores a reacción y que están ocultas
en la siguiente sopa de letras? Para ayudarte, te indicamos las palabras:
Airbus Combustion (Combustión) Exhaust (Escape)
Intake (Admisión) Whittle Jet (Reactor)
Lift (Elevación) Newton Thrust (Empuje)
Turbine (Turbina)
Cada vez que encuentres una palabra, explica su significado.
E X H A U S T K X Z
S H U I R W J E B I
A D C R J O E L N I
C O M B U S T I O N
A T D U N M N F O T
N H C S E V E T M A
P R U N M A W N L K
D U T W H I T T L E
V S M O L W O H O G
S T U R B I N E R T
SOPA DE LETRAS 1B SOBRE MOTORES A REACCIÓN
¿Puedes encontrar las diez palabras (en inglés) sobre «motores a reacción» y que están ocultas en la
siguiente sopa de letras?
¡Sin pistas! Debes encontrarlas sin ayudas.
E X H A U S T K X Z
S H U I R W J E B I
A D C R J O E L N I
C O M B U S T I O N
A T D U N M N F O T
N H C S E V E T M A
P R U N M A W N L K
D U T W H I T T L E
V S M O L W O H O G
S T U R B I N E R T
Cada vez que encuentres una palabra, explica su significado.
SOPA DE LETRAS 2A SOBRE MOTORES A REACCIÓN
¿Puedes encontrar las doce palabras (en inglés) sobre «motores a reacción» y que están ocultas en la
siguiente sopa de letras? Cada vez que encuentres una palabra, explica su significado.
¡CUIDADO! Las letras no solo pueden ir hacia arriba, hacia abajo o en diagonal, sino que también, en algunos
casos, pueden ir al revés, es decir, de derecha a izquierda. Para ayudarte, te indicamos las doce palabras:
Airbus Compression (Compresión) Exhaust (Escape)
Intake (Admisión) Whittle Jet (Reactor)
Lift (Elevación) Newton Thrust (Empuje)
Turbine (Turbina) Ramjet (Estatorreactor) Rocket (Cohete)
C U R R O C K E T Y B N
O J I B R E N I B R U T
M O E K C W G M B E O H
P N E T E N G I N E K R
R S R X E O E L C N A U
E W D J H M R W L I X S
S R E A I A P G T K T T
S Q A I R B U S N O N U
I D O M A E R S T C N L
O W D O J E L T T I H W
N B N E W E T A N C I D
O L D A I N T A K E O L
SOPA DE LETRAS 2B SOBRE MOTORES A REACCIÓN ¿Puedes encontrar las doce palabras (en inglés) sobre «motores a reacción» y que están ocultas en la
siguiente sopa de letras? ¡CUIDADO! Las letras no solo pueden ir hacia arriba, hacia abajo o en diagonal, sino
que también, en algunos casos, pueden ir de derecha a izquierda.
¡Sin pistas! Debes encontrarlas sin ayudas.
C U R R O C K E T Y B N
O J I B R E N I B R U T
M O E K C W G M B E O H
P N E T E N G I N E K R
R S R X E O E L C N A U
E W D J H M R W L I X S
S R E A I A P G T K T T
S Q A I R B U S N O N U
I D O M A E R S T C N L
O W D O J E L T T I H W
N B N E W E T A N C I D
O L D A I N T A K E O L
Cada vez que encuentres una palabra, explica su significado.
SOLUCIONES PARA LAS SOPAS DE LETRAS
SOLUCIONES PARA LAS SOPAS DE LETRAS SOBRE MOTORES A REACCIÓN: JUEGO 1
E X H A U S T
I J
R E L I
C O M B U S T I O N
T U N F T
H S E T A
R W K
U W H I T T L E
S O
T U R B I N E
SOLUCIONES PARA LAS SOPAS DE LETRAS SOBRE MOTORES A REACCIÓN: JUEGO 2
C R O C K E T
O J E N I B R U T
M E H
P E T E N G I N E R
R X E U
E H W S
S R A T T
S A I R B U S O
I M S N
O J E L T T I H W
N E
I N T A K E
