Consumo de combustible específico de empuje

El consumo de combustible específico de empuje (TSFC) es la eficiencia de combustible de un diseño de motor con respecto a la salida de empuje. TSFC también se puede considerar como consumo de combustible (gramos/segundo) por unidad de empuje (newtons o N), por lo tanto, específico del empuje. Esta cifra es inversamente proporcional al impulso específico, que es la cantidad de empuje producido por unidad de combustible consumido.

TSFC o SFC para motores de empuje (p. ej., turborreactores, turboventiladores, estatorreactores, cohetes, etc.) es la masa de combustible necesaria para proporcionar el empuje neto durante un período determinado, p. lb/(h·lbf) (libras de combustible por hora-libra de empuje) o g/(s·kN) (gramos de combustible por segundo-kilonewton). Se usa la masa de combustible, en lugar del volumen (galones o litros) para la medida del combustible, ya que es independiente de la temperatura.

El consumo específico de combustible de los motores a reacción que respiran aire en su máxima eficiencia es más o menos proporcional a la velocidad de escape. El consumo de combustible por milla o por kilómetro es una comparación más apropiada para aviones que viajan a velocidades muy diferentes. También existe el consumo de combustible específico de potencia, que es igual al consumo de combustible específico de empuje dividido por la velocidad. Puede tener unidades de libras por hora por caballo de fuerza.

Importancia de SFC

SFC depende del diseño del motor, pero las diferencias en el SFC entre diferentes motores que usan la misma tecnología subyacente tienden a ser bastante pequeñas. El aumento de la relación de presión general en los motores a reacción tiende a disminuir la SFC.

En aplicaciones prácticas, otros factores suelen ser muy importantes para determinar la eficiencia de combustible de un diseño de motor en particular en esa aplicación en particular. Por ejemplo, en los aviones, los motores de turbina (reactor y turbohélice) suelen ser mucho más pequeños y livianos que los diseños de motores de pistón equivalentemente potentes, ambas propiedades reducen los niveles de resistencia en el avión y reducen la cantidad de energía necesaria para mover el avión. Por lo tanto, las turbinas son más eficientes para la propulsión de aeronaves de lo que podría indicar una mirada simplista a la siguiente tabla.

SFC varía según el ajuste del acelerador, la altitud y el clima. Para los motores a reacción, la velocidad de vuelo del aire también es un factor importante. La velocidad de vuelo del aire contrarresta la velocidad de escape del avión. (En un caso extremo y artificial con el avión volando exactamente a la velocidad de escape, uno puede imaginar fácilmente por qué el empuje neto del avión debe ser cercano a cero). Además, dado que el trabajo es fuerza (es decir., empuje) por distancia, la potencia mecánica es fuerza por velocidad. Por lo tanto, aunque el SFC nominal es una medida útil de la eficiencia del combustible, debe dividirse por velocidad cuando se comparan motores a diferentes velocidades.

Por ejemplo, el Concorde navegaba a 1354 mph, o 7,15 millones de pies por hora, con sus motores dando un SFC de 1,195 lb/(lbf·h) (ver más abajo); esto significa que los motores transfirieron 5,98 millones de libras-pie por libra de combustible (17,9 MJ/kg), lo que equivale a un SFC de 0,50 lb/(lbf·h) para un avión subsónico que vuela a 570 mph, lo que sería incluso mejor que los motores modernos.; la Olympus 593 utilizada en el Concorde era el motor a reacción más eficiente del mundo. Sin embargo, el Concorde finalmente tiene un fuselaje más pesado y, debido a que es supersónico, es menos eficiente desde el punto de vista aerodinámico, es decir, la relación sustentación/resistencia es mucho menor. En general, el consumo total de combustible de un avión completo tiene mucha más importancia para el cliente.

Unidades

Valores típicos de SFC para motores de empuje

La siguiente tabla muestra la eficiencia de varios motores cuando funcionan al 80 % del acelerador, que es aproximadamente lo que se usa en crucero, dando un SFC mínimo. La eficiencia es la cantidad de energía que impulsa el avión dividida por la tasa de consumo de energía. Dado que la potencia es igual al empuje por la velocidad, la eficiencia viene dada por

.. =V/()SFC× × h){displaystyle eta =V/(SFCtimes h)}

donde V es la velocidad y h es el contenido de energía por unidad de masa de combustible (aquí se usa el poder calorífico más alto y, a velocidades más altas, la energía cinética del combustible o propulsor se vuelve sustancial y debe incluirse).