Aerospace Engines (Aircraft Engines and Rockets - Motores de Aviación y Cohetes)

viernes, 10 de febrero de 2017

DCLXXI - "Inyectores" o "Eyectores" en los motores de pistón atmosféricos. (Parte 1 de 2)

-Los Inyectores que conocemos de los motores Diesel, introducen el combustible en la cámara de combustión directamente con una fuerte presión, de más de 100 KGs/cm2. En aviación hace bastantes décadas que se utiliza la "inyeccion" de combustibles en los aviones con motor de gasolina de Aviación General, pero de forma distinta.

"Inyectores motores Diesel" (del catálogo Bosch)

-En los motores de inyección de gasolina para aviación, el combustible entra poco antes de las válvulas de admisión. Esto ya ocurrió en el motor de los hermanos Wright en 1903. Luego en los Antoinette de 1910, y muchos ejemplos más. No es nada nuevo.

"El combustible llega en flujo continuo por el tubo de cobre" (PeT)

"Antoinette completo en el Museo Leonardo da Vinci de Milan" (Restaurado)

-A partir de la segunda mitad del siglo XX, las dos principales marcas americanas de motores de baja y media potencia, la Continental y la Lycoming introdujeron la "inyección de gasolina" en algunos modelos. Los "inyectores" eran semejantes, aunque los controles "medidores" de la proporción de mezcla eran totalmente diferentes.

"Una bomba impulsora envia la gasolina a la valvula medidora, al colector y al eyector"

-Lycoming usa un servo-sistema automático y Continental un simple "grifo" conectado a la mariposa de potencia (Throttle), convenientemente ajustado y proporcional, todos los orificios y calibres han sido suficientemente estudiados. Dando un funcionamiento perfecto.

"El eyector tiene un cuerpo con orificio calibrados, un filtro y una campana protectora"

"El combustible llega en flujo continuo y una parte del aire aspirado por el pistón penetra en el eyector"

"El aire se emulsiona con la gasolina y entra en la culata"

-El flujo de combustible se mezcla con el aire forzado a entrar en el "eyector" emulsionándose con la gasolina, mezclándose en finas gotitas que se vaporizan al entrar en la muy caliente culata e inmediatamente se gasifica al pasar por la lumbrera de la válvula de admisión. Perfectamente preparada para la combustión.

-Vista la construcción del nombrado "Inyector", el autor entiende que se trata de un "Eyector" por su principio de funcionamiento. Cierto es que en el texto aparece el nombre de "Nozzle" o "Boquilla". Pero nunca es adecuado el nombre de "Inyector".

-Y esto en cuando a los motores "atmosféricos" o "naturalmente aspirados". Para los turbo-sobrealimentados es preciso un aditamento para evitar el retorno del aire al exterior por la diferencia de presiones del aire en el colector de admisión.

ReF.: (DCLXXI) RMV / Continental / Lycoming / "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"

RECOMENDADO: Se puede leer todo el libro "Los Motores Aeroespaciales, A-Z" en FREE, "clickando" la llamada que hay en cada página de este Blog, en la columna de la izquierda y en el apartado "Páginas":

"Los Motores Aeroespaciales, A-Z" 2012-13, V8- Partes 1 a la 15. VISITAR en FREE (ver también el capitulo CDV)

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jueves, 9 de febrero de 2017

DCLXX - Más sobre el hielo en el carburador (Parte 2 de 2)

-El hielo en el carburador se forma por dos motivos, uno proviene de la humedad del aire y ocurre en determinadas circunstancias. El otro por la vaporización del propio combustible, algo menos común.

"Dos tipos de hielo"

-Primero veamos que en el carburador ocurre lo siguiente: Las partes principales de un carburador son el venturi, el surtidor y la cubeta de nivel constante. En reposo tanto la Presión como la Velocidad del aire en cada punto tiene el mismo valor. Cuando el motor empieza a funcionar la presión en el venturi disminuye por el aumento de la Velocidad del aire en ese punto (Teorema de Bernouilli). En la cubeta los valores son los mismos anteriores.

"Carburador en reposo y sentido del aire por el venturi"

-Cuando los cilindros empiezan a aspirar y la presión en el cuello del venturi disminuye, la gasolina "brota" presionada por la presión ambiente en la cubeta. Al brotar es arrastrada por el torrente de aire y se mezcla y emulsiona con el aire. Sigue hacia el colector, que al estar caliente vá vaporizándose culminando en su llegada a la culata muy caliente del cilindro en que se gasifica. Preparada así la mezcla para una combustión correcta.

"Sección de un carburador con hielo formado" (Dibujo PeT)

-Cuando se forma hielo por la humedad del aire ambiente -más en invierno o con mal tiempo- puede ir congelándose en la restricción que forman el venturi y la palomilla, por aumento de velocidad y enfriamiento "por expansión", como en la válvula de expansión de cualquier aire acondicionado.

"Hot Air Carb., es el ultimo tirador de la derecha"

-Lo malo es que si el piloto no se ha avanzado en seleccionar aire caliente al carburador antes de entrar en condiciones de formación de hielo y lo hace más tarde, resulta que al enriquecimiento de la mezcla por la restricción del aire y perdida de potencia, se le suma la nueva entrada de aire caliente, todavía con menos peso, agravándose el problema. Es por ello que de ocurrir esta circunstancia, hay que poner "un poco" de aire caliente y observar, si aumenta la potencia del motor, añadir otro poco y así ir fundiendo el hielo. Si se pone el "aire caliente" de un sólo movimiento puede pararse el motor, por el motivo anterior. Pocas veces se explica así.

"Piper Super Cub"

-Cuando creí tener clara la idea de que el hielo en el carburador se formaba con cierta temperatura, lluvia, mal tiempo en general, ocurrió que en pleno verano, con 35ºC de temperatura, en un aeropuerto de la costa, con bastante humedad proveniente del mar a una Piper Cub se paró el motor haciendo una maniobra especial, Eran los tiempos en que se pensaba en la eficacia -quizá sí lo era- de hacer vuelos llamados de "tosferina" en que se subía rapidamente y a cierta altura se cortaban los gases y se bajaba rapidamente en espiral. Varias veces.

"Maniobra espiral sobre una referencia" (Simonini V4, PeT)

-Esto provocaba dilataciones y presiones en los pulmones de la persona que sufría la tos-ferina. Y según los médicos que solían acompañar, era eficaz. Pues bien, al cerrar los gases para proceder al descenso pronunciado y evitar que el avion se acelere, sin poner aire caliente -por pensar que el calor ambiental era suficiente- la hélice girando rapidamente por el efecto "molinete" hizo que los pistones actuaran como una bomba de aire, muy potente. El aire húmedo al pasar por el venturi y la mariposa cerrada -excepto un poco por cada lado- actuó como una válvula de expansión enfriando el aire al extremo de congelar la humedad ambiental. El paro del motor ocurrió sobre el mismo aerodromo, aterrizando sin problemas.

"Pequeño paso para un gran caudal forzado por los pistones"

-Se hacían vuelos de "tosferina" constantemente. Y al menos tanto los afectados como los familiares se iban satisfechos.

ReF.: (DCLXX) RMV / "Motores de Aviacion, Alternativos" (de RMV)

"Los Motores Aeroespaciales, A-Z" 2012-13, V8- Partes 1 a la 15. VISITAR en FREE (ver también el capitulo CDV)

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DCLXIX - Algún comentario sobre la formación de hielo en un carburador (Parte 1 de 2)

-Me han contado casos de formación de hielo, en alas, tomas de los motores, domos y pocas veces en los carburadores. Claro que muchos aviones tienen sistemas para evitar éste problema.

"Solución Lycoming de colector calentado por el propio aceite"

"Carter o sumidero de aceite de un Lycoming de 4 cilindros"

-Genéricamente los sistemas para evitarlo se llaman de dos maneras "Anti-Ice" y "De-Ice". El primer sistema previene la formación y el segundo es para deshacerlo cuando ya se ha formado. No voy a tratar del hielo formado mientras el avión está en tierra sinó en vuelo y concretamente en los motores con carburador. Los de inyección de combustible "multipunto" -en cada cilindro- o "unipunto" -ante el batidor o sobrealimentador- manejan solo aire en el control y son menos susceptibles de la formación de hielo en el mismo.

"Introducir agua caliente en la "T" del colector para caldear la mezcla"

-Cada fabricante lo soluciona de diferente manera, Unos con sistemas anti-hielo y des-hielo fijos y otros que hay que actuarlos. En la foto anterior la Hispano-Suiza en su V8 hace circular el agua caliente del motor por la bifurcación que lleva la mezcla a los dos bloques de cilindros. Otros motores utilizan el aceite caliente del motor en éste punto.

"Colectores del Ranger V12"

-En un motor enfriado por aire, como el caso del Ranger de 12 V invertido, el aire de enfriamiento entra por el centro formado por la V de los cilindros saliendo por ambos lados entre ellos, incidiendo en el colector de admisión, calentando la mezcla que vá a los cilindros.

"Aprovechamiento del calor del tubo de escape"

-Todavía hay otra forma de calentar el aire que entra o pasa por el carburador. El método de los motores radiales que utilizan el calor del colector escape es clásico y se define en la ilustración anterior: una válvula de palomilla mandada por el piloto selecciona la toma directa dinámica o a través del colector de escape.

"Toma de aire -a veces campana- con el filtro de entrada"

"Por detrás, la entrada de aire caliente con la palanca de la válvula selectora de mariposa"

-Es el mismo sistema utilizado en Aviación General, el piloto utiliza el aire que le lleva del filtro en vuelo normal. Ante la sospecha de formación de hielo, mueve el mando de la palomilla de aire caliente (Hot air de-ice). Observar que un destornillador mantiene abierta una entrada de aire intermedia con trampilla mantenida por resorte que abrirá, -aun en caso de olvido del piloto- si el filtro se ha cubierto de hielo o nieve. También por FOD.

ReF.: (DCLXIX) RMV / "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"

"Los Motores Aeroespaciales, A-Z" 2012-13, V8- Partes 1 a la 15. VISITAR en FREE (ver también el capitulo CDV)

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lunes, 30 de enero de 2017

DCLXVIII - Dos razonamientos sobre mecánica aplicada y teórica

-El cambio de marchas (gear box) se creó para conseguir más fuerza en el arranque de los vehículos e ir progresando la velocidad del mismo a medida que se iba disminuyendo la resistencia (drag), mediante unos cambios de relación de los engranajes. Era un proceso de desconexión de la transmisión del vehículo respecto al motor, selección de la nueva relación y nueva conexión. Mediante una palanca se seleccionaba la relación necesaria, tanto si se reduce la velocidad del vehículo como si se aumenta.

"Caja clásica y empuñadura con la selección de las velocidades grabadas" (PeT)

-Inicialmente y más los americanos que otros paises se inclinaron por un dispositivo automático que aumentaba el confort y disminuia la complejidad del manejo. Quizá uno de los primeros cambios automáticos fueron los "Hydromatic", que intenté interpretar a través del mejor libro de mecánica de automoción que hemos tenido: el "Arias Paz".

"Cambio automático con embrague a la derecha" (PeT)

-Empezando por que el embrague no es de fricción si nó unas campanas enfrentadas con paredes interiores que al ser inundadas con fluido quedaban "ligadas" por unos torbellinos que se creaban con el giro. Mayores a mayor velocidad, pero permitían un ligero resbale a marcha muy lenta. Lo más interesante es que la caja de engranajes -instalada luego y a continuación- era de coronas de dientes interiores y exteriores unidas por otros piñones denominados satélites. Seleccionando la parada de la corona exterior de una relación, ésta será la que actuará, se hace por la captación de la presión del aceite hidráulico en cada situación. Pasando a la siguiente corona cuando la presión se debilita.

"Esquema de un sistema básico de control de velocidad constante"

-Pero el Autor de éste Blog ha encontrado que el mejor cambio de marchas, por no decir el más "Perfecto" es el que utiliza la aviación en las hélices de paso variable automático. Primero que el medio es diferente puesto que no hay rozamiento de ruedas soportando el peso de vehículo contra el suelo. La hélice puede cambiar el ángulo de las palas muy suave y sutilmente desde "Paso Fino" a "Paso Máximo" y como es el caso del esquema, hasta la "Puesta en Bandera". Otros aviones incluso tienen "Reversa" o "Paso Negativo".

"El perfil de la hélice efectúa tracción igual que el del ala sustentación"

-Lo genial de éste sistema es que no tiene etapas definidas por la combinación de los engranajes si nó que la hélice posee ángulos "infinitos" a voluntad del piloto a través de la posición de la palanca -azul- correspondiente, que tampoco tiene graduación cuantitativa si nó que és cualitativa. A cada circunstancia -altura, temperatura, ángulo de ataque o carga, etc- se obtienen las RPM deseadas, en diferente lugar del cuadrante.

"En las escalas de gas, hélice y mezcla no hay valores cuantitativos marcados"

-Todo el sistema está regido por un "Regulador" (Governor) de masas centrifugas giratorias -cuerpo sombreado del esquema-, que enviará o dejará escapar aceite del domo central (Hub), haciendo que el pistón se mueva en el sentido correspondiente y las palas disminuyan o aceleren el avión. Lo curioso es que al igual que en los coches automáticos, una vez fijada la posición de la palanca de la hélice -azul- si el avión trepa, la resistencia aerodinámica de la hélice hace que la rpm bajen y que el paso disminuya, "agarrándose" mejor. Y a la inversa, si desciende, el motor tiende a acelerarse y aumenta el paso para "frenar" las rpm. En ambos casos la velocidad de giro del motor es constante, siempre dentro de unos limites razonables de la maniobra.

"Sistema diferencial de un automóvil" (automocion.com)

-Y puestos a buscar dispositivos geniales, me he maravillado siempre de la soluciones que dieron los ferrocarriles al tema de los diferenciales. En un automóvil, el diferencial permite que en un giro la rueda exterior -con mayor recorrido que la interior- no resbale o derrape. El piñón de ataque y la corona sirve de reductor y giro de movimiento a 90º. El verdadero diferencial son los dos planetarios y los dos satélites, que permiten compensar el recorrido de ambas ruedas.

"Ruedas de un eje de ferrocarril en una curva"

-Pues bien, al igual que el control de la hélice, en busca de la simplificación he encontrado que el mecanismo utilizado por los ferrocarriles para el efecto diferencial de ambas ruedas en un giro se corrige de una manera simple y GENIAL : Las pistas de rodadura de la rueda tienen un ángulo de alrededor de 5º. Cuando en un viraje la tendencia es a centrifugarse hacia el exterior del peralte, incluso hasta llegar a rozar las pestañas de la rueda. En ese momento la rueda exterior genera un mayor diámetro y por lo tanto mayor longitud de la circunferencia. En la rueda que va por el interior de la curva, disminuye el diámetro, lo que hace que la curva se tome sin problemas. Siempre que las ruedas no estén desgastadas en demasía, el peralte sea el correcto y la velocidad del tren en la aconsejada en la curva.

-Cuando veo soluciones simples a problemas mayores, admiro a los que las localizaron. Es fácil para un ingeniero hacer cualquier dispositivo y corregirlo mediante artilugios suplementarios. Complicaciones caras y difíciles de mantener. El caso del diferencial es un ejemplo.

ReF.: (DCLXVIII) RMV / "Los Motores Aeroespaciales, A-Z" / Automoción. com

"Los Motores Aeroespaciales, A-Z" 2012-13, V8- Partes 1 a la 15. VISITAR en FREE (ver también el capitulo CDV)

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