Combustible para motores recíprocos-AVGAS
Los motores recíprocos queman gasolina, también conocida como AVGAS. Está especialmente formulada para su uso en motores de aviación. La combustión libera energía en el combustible, que se convierte en el movimiento mecánico del motor.
El AVGAS, en cualquiera de sus variedades, es principalmente un compuesto de hidrocarburos refinado a partir del petróleo crudo por destilación fraccionada.
La gasolina de aviación es diferente del combustible refinado para su uso en aviones con turbina. El AVGAS es muy volátil y extremadamente inflamable, con un punto de inflamación bajo. El combustible de turbina es un combustible de tipo queroseno con un punto de inflamación mucho más alto, por lo que es menos inflamable.
Los motores de los aviones deben funcionar en una amplia gama de condiciones exigentes. Deben ser ligeros y producir una potencia significativa en una amplia gama de temperaturas atmosféricas y de funcionamiento del motor. La gasolina utilizada debe soportar una combustión ininterrumpida en toda esta gama y debe arder realmente en lugar de explotar o detonar.
Esto asegura la máxima derivación de potencia y el mínimo desgaste del motor. A lo largo de los años, el AVGAS ha estado disponible en diferentes fórmulas. Estas fórmulas se relacionan principalmente con la cantidad de energía que se puede producir sin que el combustible detone.
Los motores más grandes y de alta compresión requieren un combustible con una mayor cantidad de producción de energía potencial sin detonación que los motores más pequeños de baja compresión.
Volatilidad
Una de las características más importantes de un combustible de aviación es su volatilidad. La volatilidad es un término utilizado para describir la facilidad con la que una sustancia pasa de líquido a vapor.
En el caso de los motores recíprocos, se desea un combustible muy volátil. La gasolina líquida suministrada al carburador del sistema de inducción del motor debe vaporizarse en el carburador para arder en el motor.
El combustible con baja volatilidad se vaporiza lentamente. Esto puede causar un arranque difícil del motor, un calentamiento lento y una mala aceleración.
También puede causar una distribución desigual del combustible a los cilindros y una dilución excesiva del aceite en el cárter en los motores equipados con sistemas de dilución de aceite. Sin embargo, el combustible también puede ser demasiado volátil, causando detonación y bloqueo de vapor.
El AVGAS es una mezcla de numerosos compuestos de hidrocarburos, cada uno con diferentes puntos de ebullición y volatilidad. Una cadena recta de compuestos volátiles crea un combustible que se vaporiza fácilmente para el arranque, pero que también proporciona potencia a través de los rangos de aceleración y potencia del motor.
Bloqueo por vapor
El bloqueo por vapor es una condición en la que el AVGAS se vaporiza en la línea de combustible u otros componentes entre el tanque de combustible y el carburador. Esto ocurre típicamente en días cálidos en aeronaves con bombas de combustible accionadas por el motor que succionan el combustible del tanque(s).
El bloqueo de vapor puede ser causado por combustible excesivamente caliente, baja presión o excesiva turbulencia del combustible que viaja a través del sistema de combustible. En cada caso, el combustible líquido se vaporiza prematuramente y bloquea el flujo de combustible líquido al carburador.
La gasolina de aviación es refinada para tener una presión de vapor entre 5,5 libras por pulgada cuadrada (psi) y 7,0 psi a 100 °F. A esta presión, el sistema de combustible de una aeronave está diseñado para suministrar combustible líquido al carburador cuando se extrae del tanque mediante una bomba de combustible accionada por el motor.
Pero las temperaturas en el sistema de combustible pueden superar los 100 °F bajo el capó del motor en un día caluroso. El combustible puede vaporizarse antes de llegar al carburador, sobre todo si sube por un conducto a baja presión, o si se arremolina al pasar por una curva pronunciada de la tubería.
Para empeorar las cosas, cuando un avión sube rápidamente, la presión del combustible en el tanque disminuye mientras el combustible está todavía caliente. Esto provoca un aumento de la vaporización del combustible que también puede provocar el bloqueo de vapor.
Se pueden tomar varias medidas para evitar el bloqueo de vapor. El uso de bombas de refuerzo ubicadas en el tanque de combustible que fuerzan el combustible líquido presurizado al motor es lo más común.
Hielo en el carburador
Cuando el combustible se vaporiza, extrae energía de su entorno para cambiar su estado de líquido a vapor. Esto puede ser un problema si hay agua presente. Cuando el combustible se vaporiza en el carburador, el agua de la mezcla de combustible y aire puede congelarse y depositarse en el interior del carburador y del sistema de inducción de combustible.
La boquilla de descarga de combustible, la válvula de mariposa, el venturi o simplemente las paredes del sistema de inducción pueden desarrollar hielo. A medida que el hielo se acumula, restringe el flujo de combustible-aire y provoca la pérdida de potencia del motor. En casos graves, el motor deja de funcionar.
La formación de hielo en el carburador es más común a temperaturas ambiente de 30-40 °F, pero puede ocurrir a temperaturas mucho más altas, especialmente en condiciones de humedad. La mayoría de las aeronaves están equipadas con calefacción del carburador para ayudar a eliminar esta amenaza causada por la alta volatilidad del combustible y la presencia de humedad.
Combustibles aromáticos
El mercado de la gasolina de aviación es una parte relativamente pequeña del mercado global de la gasolina. Los productores de AVGAS son pocos. En años pasados, cuando esto era menos, a veces se añadían cantidades considerables de hidrocarburos aromáticos para aumentar el rendimiento de la mezcla rica de AVGAS.
Se utilizaba principalmente en motores recíprocos de gran potencia, como los de los aviones de categoría militar y de transporte. Se necesitaban mangueras y juntas especiales para utilizar combustibles aromáticos. Estos aditivos ya no están disponibles.
Detonación
La detonación es la explosión rápida e incontrolada del combustible debido a la alta presión y temperatura en la cámara de combustión. La carga de combustible-aire se enciende y explota antes de que la chispa del sistema de encendido la encienda. En ocasiones, la detonación se produce cuando el combustible se enciende a través de la bujía pero explota antes de que termine de arder.
El motor no está diseñado para soportar las fuerzas causadas por la detonación. Está hecho para girar suavemente haciendo que la mezcla de combustible y aire arda en la cámara de combustión y se propague direccionalmente a través de la parte superior del pistón. Cuando lo hace, una transferencia suave de la fuerza desarrollada por el combustible ardiendo empuja el pistón hacia abajo.
En cambio, la detonación del combustible envía una onda de choque de fuerza contra la parte superior del pistón, que a su vez se transfiere a través del pistón al bulón, a la biela y al cigüeñal. El funcionamiento de las válvulas también se ve afectado por esta onda de choque.
En resumen, la explosión del combustible al detonar en la cámara de combustión transfiere la energía contenida en el combustible con dureza a todo el motor, causando daños.
Los combustibles de aviación son refinados y mezclados para evitar la detonación. Cada uno de ellos tiene un punto de ignición y una velocidad de combustión a unas relaciones de mezcla de combustible y aire específicas en las que se basan los fabricantes para diseñar motores que puedan funcionar sin detonación.
Un motor que experimenta una detonación en el campo debe ser investigado. Un sonido de ping o golpeteo es un signo de detonación. Esto suele ser más difícil de detectar en un avión que en un automóvil debido al ruido de la punta de la hélice. La detonación provoca un aumento de la temperatura de la culata.
Si se ignora o se deja que continúe, la detonación puede acabar provocando un fallo del motor. Las causas de la detonación incluyen un combustible incorrecto, una temperatura del motor ya elevada en ajustes de alta potencia, como el despegue, la preignición del combustible, las operaciones prolongadas con una mezcla extremadamente pobre y el funcionamiento a altas revoluciones por minuto (rpm) con baja velocidad aerodinámica.
Encendido superficial y preignición
Un depósito afilado o un punto caliente incandescente en la cámara de combustión puede hacer que el combustible se encienda antes de que lo haga la bujía.
La detonación puede hacer que se forme una zona de este tipo, al igual que un aislante de bujía agrietado o un borde de válvula afilado. El resultado podría ser la ignición del combustible antes de que el pistón esté en el lugar adecuado durante su movimiento hacia el punto muerto superior de la carrera de compresión.
El período de combustión prolongado del combustible puede aumentar las temperaturas y la presión en la cámara de combustión hasta el punto en que el combustible detona. La repetida propagación incorrecta de la llama y la detonación pueden causar graves daños en el motor y eventualmente su fallo.
El personal de mantenimiento debe asegurarse de que se utiliza el combustible correcto y de que el motor funciona correctamente. Debe comprobarse el desgaste de las bujías y las válvulas. También deben investigarse y tratarse los signos de depósitos y detonación.
Índice de octanaje y número de rendimiento
Los octanajes y los números de rendimiento se dan a los combustibles para describir su resistencia a la detonación. Los combustibles con alta presión crítica y alto octanaje o números de rendimiento tienen la mayor resistencia. Se utiliza un sistema de referencia para clasificar el combustible.
Se utiliza una mezcla de dos hidrocarburos, isooctano (C8H18) y heptano (C7H16). Las distintas proporciones de los dos hidrocarburos en una mezcla dan lugar a propiedades antidetonantes proporcionales. Cuanto más isooctano haya en la mezcla, mayor será su resistencia a la detonación.
Cuando un combustible tiene la misma presión crítica que una mezcla de referencia de estos dos hidrocarburos, se dice que tiene un octanaje que es igual al porcentaje de isooctano es esta mezcla de referencia.
Un combustible de 80 octanos tiene la misma resistencia a la detonación que una mezcla de 80% de isooctano y 20% de heptano; un combustible de 90 octanos tiene la misma resistencia a la detonación que una mezcla de 90% de isooctano y 10% de heptano; y un combustible de 100 octanos tiene la misma resistencia a la detonación que el 100% de isooctano puro.
Así pues, comparando la tendencia a la detonación de un combustible con las mezclas de referencia de iso-octano y heptano, se pueden establecer los índices de octano de 80 a 100. El combustible de mayor octanaje posible con este sistema de medición es el de 100 octanos.
Para aumentar las características de antidetonación del combustible, se pueden añadir sustancias. El tetraetilo de plomo (TEL) es el aditivo más común que aumenta la presión y la temperatura críticas de un combustible. Sin embargo, también hay que añadir otros aditivos, como el dibromuro de etileno y el fosfato de tricresilo, para que el TEL no deje depósitos sólidos en la cámara de combustión.
La cantidad de TEL añadida a un combustible puede aumentarse para elevar las características de antidetonación de 80 al nivel de 100 octanos y más. Las referencias a las características de octanaje por encima del 100% de iso-octano se hacen refiriéndose a las propiedades antidetonantes del combustible a una mezcla de iso-octano puro y cantidades específicas de TEL.
A las mezclas específicas de iso-octano y TEL se les asignan números de octano arbitrarios por encima de 100. Además de aumentar las características de antidetonación de un combustible, el TEL también lubrica las válvulas del motor.
Los números de rendimiento también se utilizan para caracterizar las características de antidetonación del combustible. Un número de rendimiento consta de dos números (por ejemplo, 80/87, 100/130, 115/145) en los que los números más altos indican una mayor resistencia a la detonación.
El primer número indica el octanaje del combustible en una mezcla pobre de combustible y aire, y el segundo número indica el octanaje del combustible en una mezcla rica.
Debido al reducido tamaño del mercado mundial de la gasolina de aviación, se desea un único combustible de 100 octanos y bajo plomo (100LL) como único AVGAS para todos los aviones con motores recíprocos. Esto presenta problemas en los motores diseñados originalmente para funcionar con combustible de 80/87; el combustible de 100 octanos de bajo plomo sigue conteniendo más plomo que el de 80 octanos.
El ensuciamiento de las bujías ha sido frecuente y se han reducido los tiempos entre revisiones. Otros motores diseñados para combustible 91/96 o 100/130 funcionan satisfactoriamente con 100LL, que contiene 2 mililitros de TEL por galón (suficiente para lubricar las válvulas y controlar la detonación). Por motivos medioambientales, se busca el AVGAS sin TEL para la flota de aviación del futuro.
Identificación del combustible
Los fabricantes de aviones y motores designan los combustibles aprobados para cada avión y motor. Consulte los datos del fabricante y utilice únicamente el combustible especificado en ellos.
La existencia de más de un combustible hace imperativo que el combustible se identifique positivamente y nunca se introduzca en un sistema de combustible que no esté diseñado para él. El uso de colorantes en el combustible ayuda a los aviadores a controlar el tipo de combustible. El AVGAS 100LL es el más disponible y utilizado en los Estados Unidos. Está teñido de azul. Todavía puede haber combustible de 100 octanos o 100/130, pero está teñido de verde.
El AVGAS 80/87 ya no está disponible. Se tiñe de rojo. Se han emitido muchos certificados de tipo suplementario para combinaciones de motor y motor/bastidor que permiten el uso de gasolina de automóvil en motores originalmente diseñados para AVGAS rojo.
Se ha introducido un combustible AVGAS relativamente nuevo, el 82UL (sin plomo), para su uso en este grupo de motores de compresión relativamente baja. Está teñido de púrpura.
El 115/145 AVGAS es un combustible diseñado para motores recíprocos grandes y de alto rendimiento de la época de la Segunda Guerra Mundial. Está disponible sólo por pedido especial a las refinerías y también está teñido de color púrpura.
El color del combustible puede aparecer en los manuales de mantenimiento más antiguos. Todos los grados de combustible para aviones son incoloros o de color paja. Esto los distingue del AVGAS de cualquier tipo que contiene tinte de algún color. Si el combustible AVGAS no tiene un color reconocible, debe investigarse la causa. Algunos cambios de color pueden no afectar al combustible.
Otras veces, un cambio de color puede ser una señal de que los combustibles han sido mezclados o contaminados de alguna manera. No deje volar una aeronave con combustible desconocido a bordo.
La identificación del combustible y la garantía de que se entregue el combustible correcto en los tanques de almacenamiento, en los camiones de combustible y en los tanques de combustible de las aeronaves es un proceso al que contribuye el etiquetado. Se utilizan calcomanías y marcas con los mismos colores de AVGAS.
Los camiones de reparto y las mangueras están marcados, al igual que los tapones de los tanques de las aeronaves y las zonas de llenado. Las boquillas de las mangueras de llenado de combustible para aviones tienen un tamaño demasiado grande para encajar en la abertura de llenado de un tanque de AVGAS.
Pureza
El uso de filtros en las diversas etapas de transferencia y almacenamiento de AVGAS elimina la mayoría de los sedimentos extraños del combustible. Una vez en los tanques de combustible de la aeronave, los residuos deben asentarse en los sumideros de drenaje del tanque de combustible para ser eliminados antes del vuelo. Los filtros y coladores del sistema de combustible de la aeronave pueden capturar con éxito cualquier sedimento restante.
La pureza de la gasolina de aviación se ve comprometida con mayor frecuencia por el agua. El agua también se deposita en los sumideros si se da el tiempo suficiente. Sin embargo, el agua no es eliminada por los filtros y coladores de la aeronave tan fácilmente como las partículas sólidas. Puede entrar en el combustible incluso cuando la aeronave está aparcada en la rampa con los tapones de combustible colocados.
El aire en el espacio de vapor del tanque por encima del combustible líquido contiene vapor de agua. Las fluctuaciones de temperatura hacen que el vapor de agua se condense en la superficie interior de los tanques y se deposite en el combustible líquido. Con el tiempo, esto se deposita en el sumidero, pero una parte puede permanecer en el combustible cuando la aeronave va a volar.
El procedimiento adecuado para minimizar la entrada de agua en el combustible de la aeronave es llenar los depósitos de combustible de la aeronave inmediatamente después de cada vuelo. Esto minimiza el tamaño del espacio de vapor sobre el combustible líquido y la cantidad de aire y vapor de agua asociado presente en el tanque.
Cuando se introduce un exceso de agua en el sistema de combustible, ésta pasa a través de los chorros del carburador, donde puede interrumpir el buen funcionamiento del motor o motores.
Si el agua es arrastrada o disuelta en el combustible, no puede ser eliminada drenando el (los) cárter(es) y las cubetas del filtro antes del vuelo. Sin embargo, puede haber suficiente agua para que la formación de hielo sea un problema. A medida que la aeronave asciende y el combustible se extrae de los tanques, el suministro de combustible se enfría.
El agua arrastrada y disuelta en el combustible es forzada a salir de la solución y se convierte en agua libre. Si se enfría lo suficiente, se forman cristales de hielo en lugar de agua líquida. Éstos pueden obstruir los filtros e interrumpir el flujo de combustible a los motores.
Tanto el AVGAS como el combustible de aviación presentan este tipo de impurezas de agua que provocan la formación de hielo y que deben ser controladas y tratadas.
Los aditivos anticongelantes pueden añadirse al combustible a granel y también directamente al depósito de la aeronave, normalmente durante el reabastecimiento. Se trata básicamente de soluciones de dietilenglicol que funcionan como anticongelantes. Se disuelven en el agua libre que sale del combustible y reducen su punto de congelación.
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