Aviación: Sistema Neumático - Aircraft Pneumatic Systems
Algunos fabricantes de aviones han equipado sus aviones con un sistema neumático de alta presión (3.000 psi) en el pasado. El último avión que utilizó este tipo de sistema fue el Fokker F27.
Estos sistemas funcionan de forma muy parecida a los sistemas hidráulicos, salvo que emplean aire en lugar de un líquido para transmitir la potencia. Los sistemas neumáticos se utilizan a veces para
- Frenos
- Abrir y cerrar puertas
- Accionar bombas hidráulicas, alternadores, motores de arranque, bombas de inyección de agua, etc.
- Accionar dispositivos de emergencia
Tanto los sistemas neumáticos como los hidráulicos son unidades similares y utilizan fluidos confinados. La palabra confinado significa atrapado o completamente encerrado. La palabra fluido implica líquidos como agua, aceite o cualquier cosa que fluya. Dado que tanto los líquidos como los gases fluyen, se consideran fluidos; sin embargo, hay una gran diferencia en las características de ambos.
Los líquidos son prácticamente incompresibles; un litro de agua sigue ocupando aproximadamente un litro de espacio independientemente de la fuerza con que se comprima. En cambio, los gases son muy compresibles; un cuarto de galón de aire puede comprimirse en un dedal de espacio.
A pesar de esta diferencia, tanto los gases como los líquidos son fluidos y se pueden confinar y hacer que transmitan energía. El tipo de unidad que se utiliza para suministrar aire presurizado a los sistemas neumáticos viene determinado por los requisitos de presión de aire del sistema.
Sistemas de alta presión
Para los sistemas de alta presión, el aire suele almacenarse en botellas metálicas a presiones que oscilan entre 1.000 y 3.000 psi, dependiendo del sistema concreto. Este tipo de botella de aire tiene dos válvulas, una de las cuales es una válvula de carga.
A esta válvula se puede conectar un compresor accionado por tierra para añadir aire a la botella. La otra válvula es una válvula de control. Actúa como una válvula de cierre, manteniendo el aire atrapado dentro de la botella hasta que se accione el sistema. Aunque la botella de almacenamiento de alta presión es ligera, tiene una clara desventaja.
Como el sistema no puede recargarse durante el vuelo, el funcionamiento está limitado por el pequeño suministro de aire embotellado. Esta disposición no puede utilizarse para el funcionamiento continuo de un sistema.
En cambio, el suministro de aire embotellado se reserva para el funcionamiento de emergencia de sistemas como el tren de aterrizaje o los frenos. Sin embargo, la utilidad de este tipo de sistema aumenta si se añaden a la aeronave otras unidades de presurización de aire.
Componentes del sistema neumático
Los sistemas neumáticos se comparan a menudo con los sistemas hidráulicos, pero estas comparaciones sólo son válidas en términos generales. Los sistemas neumáticos no utilizan depósitos, bombas manuales, acumuladores, reguladores ni bombas de potencia accionadas por motor o por electricidad para generar la presión normal. Pero existen similitudes en algunos componentes.
Compresores de aire - Air Compressors
En algunas aeronaves, se han añadido compresores de aire instalados permanentemente para recargar las botellas de aire siempre que se utilice presión para el funcionamiento de una unidad. Se utilizan varios tipos de compresores para este fin. Algunos tienen dos etapas de compresión, mientras que otros tienen tres, dependiendo de la presión máxima de funcionamiento deseada.
Válvulas de alivio - Relief Valves
Las válvulas de alivio se utilizan en los sistemas neumáticos para evitar daños. Actúan como unidades limitadoras de presión y evitan que las presiones excesivas revienten las líneas y reventen las juntas.
Válvulas de control
Las válvulas de control también son una parte necesaria de un sistema neumático típico. Una válvula se utiliza para controlar los frenos de aire de emergencia. La válvula de control consta de una carcasa de tres puertos, dos válvulas de asiento y una palanca de control con dos lóbulos.
En la figura , la válvula de control se muestra en la posición de apagado. Un muelle mantiene cerrada la válvula de asiento izquierda para que el aire comprimido que entra en la toma de presión no pueda fluir hacia los frenos. En la figura, la válvula de control se ha colocado en la posición de encendido. Un lóbulo de la palanca mantiene abierto el obturador izquierdo y un muelle cierra el derecho.
El aire comprimido fluye ahora alrededor del obturador izquierdo abierto, a través de un pasaje perforado, y hacia una cámara situada debajo del obturador derecho. Como el obturador derecho está cerrado, el aire a alta presión sale por el orificio del freno y entra en el conducto de los frenos para aplicarlos.
Para liberar los frenos, la válvula de control vuelve a la posición de cierre. El obturador izquierdo se cierra ahora, deteniendo el flujo de aire a alta presión hacia los frenos. Al mismo tiempo, el obturador derecho se abre, permitiendo que el aire comprimido en la línea de freno salga por el puerto de ventilación hacia la atmósfera.
Check Valves
Las Check Valves se utilizan tanto en sistemas hidráulicos como neumáticos. La figura ilustra una válvula de retención neumática de tipo flaps. El aire entra por el puerto izquierdo de la válvula de retención, comprime un ligero muelle, forzando la apertura de la válvula de retención y permitiendo la salida de aire por el puerto derecho.
Pero si el aire entra por la derecha, la presión del aire cierra la válvula, impidiendo la salida de aire por el puerto izquierdo. Por lo tanto, una válvula de retención neumática es una válvula de control de flujo unidireccional.
Restrictores
Los restrictores son un tipo de válvula de control utilizada en los sistemas neumáticos. La figura ilustra un restrictor de tipo orificio con un puerto de entrada grande y un puerto de salida pequeño. El puerto de salida pequeño reduce la tasa de flujo de aire y la velocidad de operación de una unidad de actuación.
Restrictor variable
Otro tipo de unidad reguladora de la velocidad es el restrictor variable. Contiene una válvula de aguja ajustable, que tiene roscas en la parte superior y una punta en el extremo inferior. Dependiendo de la dirección en que se gire, la válvula de aguja mueve la punta afilada dentro o fuera de una pequeña abertura para disminuir o aumentar el tamaño de la misma.
Dado que el aire que entra en el puerto de entrada debe pasar a través de esta abertura antes de llegar al puerto de salida, este ajuste también determina la tasa de flujo de aire a través del restrictor.
Un filtro de malla es similar al filtro de micras, pero contiene una malla de alambre permanente en lugar de un cartucho reemplazable. En el filtro de malla, un asa se extiende a través de la parte superior de la carcasa y puede utilizarse para limpiar la malla girándola contra rascadores metálicos.
Desecante/separador de humedad - Desiccant/Moisture Separator
El separador de humedad en un sistema neumático se encuentra siempre a continuación del compresor. Su objetivo es eliminar la humedad causada por el compresor. Un separador de humedad completo consta de un depósito, un presostato, una válvula de descarga y una válvula de retención. También puede incluir un regulador y una válvula de alivio.
La válvula de descarga es activada y desactivada por el presostato. Cuando se desenergiza, purga completamente el depósito del separador y las líneas hasta el compresor. La válvula de retención protege el sistema contra la pérdida de presión durante el ciclo de descarga y evita el flujo inverso a través del separador.
Secador químico - Chemical Drier
Los secadores químicos se incorporan en varios lugares de un sistema neumático. Su propósito es absorber la humedad que pueda acumularse en las líneas y otras partes del sistema. Cada secador contiene un cartucho que debe ser de color azul. Si se observa lo contrario, el cartucho debe considerarse contaminado con humedad y debe ser reemplazado.
Sistemas de respaldo de emergencia
Muchas aeronaves utilizan una fuente de energía neumática de reserva de alta presión para extender el tren de aterrizaje o accionar los frenos, si falla el sistema de frenado hidráulico principal. El nitrógeno no se utiliza directamente para accionar los actuadores del tren de aterrizaje o las unidades de freno, sino que aplica el nitrógeno presurizado para mover el fluido hidráulico hacia el actuador.
Este proceso se denomina sistema neumático. En el siguiente párrafo se analizan los componentes y el funcionamiento de un sistema neumático de extensión del tren de aterrizaje de emergencia utilizado en un avión de negocios.
Botellas de nitrógeno
El nitrógeno utilizado para la extensión del tren de aterrizaje de emergencia se almacena en dos botellas, una de ellas situada a cada lado de la rueda de morro. El nitrógeno de las botellas se libera accionando una válvula de salida.
Una vez agotadas, las botellas deben ser recargadas por el personal de mantenimiento. La presión de servicio es de aproximadamente 3.100 psi a 70 °F/21 °C, suficiente para una sola extensión del tren de aterrizaje.
Cable de extensión de emergencia del tren de aterrizaje y manija
La válvula de salida está conectada a un conjunto de cable y manija. La manija se encuentra en el lado de la consola del copiloto y está etiquetada como EMER LDG GEAR. Al tirar de la manija completamente hacia arriba se abre la válvula de salida, liberando nitrógeno comprimido en el sistema de extensión del tren de aterrizaje.
Empujando la manija completamente hacia abajo se cierra la válvula de salida y permite que cualquier nitrógeno presente en el sistema de extensión del tren de aterrizaje de emergencia sea ventilado por la borda. El proceso de ventilación dura aproximadamente 30 segundos.
Válvula de descarga - Dump Valve
Cuando se libera nitrógeno comprimido al selector del tren de aterrizaje/válvula de descarga durante la extensión de emergencia, la presión neumática acciona la parte de la válvula de descarga del selector del tren de aterrizaje/válvula de descarga para aislar el sistema del tren de aterrizaje del resto del sistema hidráulico.
Cuando se activa, se ilumina una leyenda azul DUMP en el interruptor LDG GR DUMP V, situado en el panel superior de la cabina. Un interruptor de reinicio de la válvula de descarga se utiliza para restablecer la válvula de descarga después de que el sistema haya sido utilizado y reparado.
Sistemas de media presión
Un sistema neumático de media presión (50-150 psi) no suele incluir una botella de aire. En su lugar, suele extraer el aire de la sección del compresor de un motor de turbina.
Este proceso suele denominarse aire de purga y se utiliza para proporcionar energía neumática para el arranque del motor, el deshielo del motor, el deshielo del ala y, en algunos casos, proporciona energía hidráulica a los sistemas de la aeronave (si el sistema hidráulico está equipado con una bomba hidráulica accionada por aire).
El aire de purga del motor también se utiliza para presurizar los depósitos del sistema hidráulico. Los sistemas de aire de purga se analizan con más detalle en el manual del grupo motor.
Sistemas de baja presión
Muchas aeronaves equipadas con motores recíprocos obtienen un suministro de aire de baja presión de bombas de tipo paletas. Estas bombas son accionadas por motores eléctricos o por el motor de la aeronave. La figura muestra una vista esquemática de una de estas bombas, que consiste en una carcasa con dos puertos, un eje de transmisión y dos paletas.
El eje de transmisión y las paletas tienen ranuras, de modo que las paletas pueden deslizarse hacia adelante y hacia atrás a través del eje de transmisión. El eje está montado excéntricamente en la carcasa, lo que hace que las paletas formen cuatro tamaños diferentes de cámaras (A, B, C y D). En la posición mostrada, B es la cámara más grande y está conectada al puerto de suministro. Como se muestra en la figura, el aire exterior puede entrar en la cámara B de la bomba.
Cuando la bomba comienza a funcionar, el eje de transmisión gira y cambia las posiciones de los álabes y los tamaños de las cámaras. El álabe nº 1 se mueve entonces hacia la derecha, separando la cámara B del puerto de suministro. La cámara B contiene ahora aire atrapado.
A medida que el eje continúa girando, la cámara B se mueve hacia abajo y se hace cada vez más pequeña, comprimiendo gradualmente su aire. Cerca de la parte inferior de la bomba, la cámara B se conecta al puerto de presión y envía el aire comprimido a la línea de presión.
A continuación, la cámara B se desplaza de nuevo hacia arriba haciéndose cada vez más grande en superficie. En el puerto de suministro, recibe otro suministro de aire. Hay cuatro cámaras de este tipo en esta bomba y cada una pasa por este mismo ciclo de funcionamiento.
Así, la bomba suministra al sistema neumático un suministro continuo de aire comprimido de 1 a 10 psi. Los sistemas de baja presión se utilizan para los sistemas de botas de deshielo de las alas.
Mantenimiento del sistema de potencia neumática
El mantenimiento del sistema de potencia neumática consiste en la revisión, la resolución de problemas, el desmontaje y la instalación de componentes, así como en la realización de pruebas de funcionamiento.
El nivel de aceite lubricante del compresor de aire debe comprobarse diariamente de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El nivel de aceite se indica mediante una mirilla o una varilla de medición.
Al rellenar el depósito de aceite del compresor, se añade el aceite (tipo especificado en el manual de instrucciones aplicable) hasta el nivel especificado. Después de añadir el aceite, asegúrese de que el tapón de llenado está apretado y el cable de seguridad está correctamente instalado.
El sistema neumático debe purgarse periódicamente para eliminar la contaminación, la humedad o el aceite de los componentes y las líneas. La purga del sistema se realiza presurizándolo y retirando las tuberías de varios componentes en todo el sistema.
La retirada de las líneas presurizadas provoca una alta tasa de flujo de aire a través del sistema, haciendo que la materia extraña sea expulsada del sistema. Si se expulsa una cantidad excesiva de materias extrañas, especialmente aceite, de cualquier sistema, las líneas y los componentes deben ser retirados y limpiados o sustituidos.
Una vez finalizada la purga del sistema neumático y después de volver a conectar todos los componentes del sistema, se deben drenar las botellas de aire del sistema para agotar la humedad o las impurezas que puedan haberse acumulado allí.
Después de vaciar las botellas de aire, se debe dar servicio al sistema con nitrógeno o aire comprimido limpio y seco. A continuación, el sistema debe someterse a una comprobación completa de su funcionamiento y a una inspección de fugas y seguridad.
Advertencia: Los artículos publicados en este sitio web deben ser utilizados únicamente con fines educativos (instrucción).
No los utilice para operar una aeronave, volar, ni hacer procedimientos de mantenimiento. Tenga en cuenta que "Aprendamos Aviación" no está afiliado de ninguna manera con ninguna compañía fabricante de aeronaves.
Verificar y confirmar la información con personal aeronáutico certificado y documentación certificada.
