Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 3-22

Aircraft: Reciprocating Engine Exhaust Systems

Aeronaves: sistemas de escape de motores alternativos

El sistema de escape del motor alternativo es fundamentalmente un sistema de barrido que recoge y elimina los gases nocivos a alta temperatura que descarga el motor. Su función principal es disponer los gases con total seguridad para la estructura y los ocupantes de la aeronave. 

El sistema de escape puede realizar muchas funciones útiles, pero su primer deber es brindar protección contra la acción potencialmente destructiva de los gases de escape. Los sistemas de escape modernos, aunque comparativamente livianos, resisten adecuadamente las altas temperaturas, la corrosión y la vibración para proporcionar un funcionamiento prolongado y sin problemas con un mantenimiento mínimo.

Hay dos tipos generales de sistemas de escape en uso en motores alternativos de aviones: el sistema de pila corta (abierto) y el sistema colector. El sistema de pila corta generalmente se usa en motores no sobrealimentados y motores de baja potencia donde el nivel de ruido no es demasiado objetable. 

El sistema colector se utiliza en la mayoría de los motores grandes sin sobrealimentación y en todos los motores e instalaciones turbosobrealimentados en los que mejoraría la racionalización de la góndola o proporcionaría un mantenimiento más sencillo en el área de la góndola. En los motores turbosobrealimentados, los gases de escape deben recogerse para accionar el compresor de turbina del sobrealimentador. 

Dichos sistemas tienen cabezales de escape individuales que desembocan en un anillo colector común con una sola salida. Desde esta salida, los gases de escape calientes se envían a través de un tubo de escape al turbocompresor que impulsa la turbina. Aunque el sistema colector eleva la contrapresión del sistema de escape, la ganancia en caballos de fuerza de la sobrealimentación compensa con creces la pérdida de potencia que resulta del aumento de la contrapresión. 

El sistema de pila corta es relativamente simple y su extracción e instalación consisten esencialmente en retirar e instalar las tuercas y abrazaderas de sujeción. Los sistemas de pila corta tienen un uso limitado en la mayoría de los aviones modernos.

En la Figura, la ubicación de los componentes típicos del sistema de escape del colector de un motor opuesto horizontalmente se muestra en una vista lateral. El sistema de escape en esta instalación consta de una chimenea inferior de cada cilindro, un tubo colector de escape a cada lado del motor y un conjunto de eyector de escape que sobresale hacia atrás y hacia abajo de cada lado del cortafuegos. 

Las chimeneas inferiores están conectadas a los cilindros con contratuercas de alta temperatura y aseguradas al tubo colector de escape mediante abrazaderas de anillo. Se instala una cubierta de escape del calentador de cabina alrededor de cada tubo colector.

Los tubos colectores terminan en las aberturas de los eyectores de escape en el cortafuegos y se estrechan para entregar los gases de escape a la velocidad adecuada para inducir el flujo de aire a través de los eyectores de escape. Los eyectores de escape consisten en un conjunto de garganta y conducto que utiliza la acción de bombeo de los gases de escape para inducir un flujo de aire de enfriamiento a través de todas las partes del compartimiento del motor (acción del tubo de aumento).

Sistema de anillo colector de escape de motor radial - Radial Engine Exhaust Collector Ring System 

La figura muestra el anillo colector de escape instalado en un motor radial de 14 cilindros. El anillo colector es un conjunto de acero soldado resistente a la corrosión fabricado en siete secciones, y cada sección recoge el escape de dos cilindros. Las secciones están graduadas en tamaño. Las secciones pequeñas están en el lado interior y las secciones más grandes están en el lado exterior en el punto donde el tubo de escape se conecta al anillo colector. 

Cada sección del anillo colector está atornillada a un soporte en la sección del ventilador del motor y está parcialmente soportada por una conexión de manguito entre los puertos del anillo colector y la pila corta en los puertos de escape del motor. El tubo de escape está unido al anillo colector por una junta de expansión telescópica, lo que permite suficiente holgura para quitar segmentos del anillo colector sin quitar el tubo de escape.

Conjunto de escape del colector y del aumentador - Manifold and Augmentor Exhaust Assembly  

Algunos motores radiales están equipados con una combinación de múltiple de escape y conjunto aumentador. En un motor típico de 18 cilindros, se utilizan dos conjuntos de escape y dos conjuntos de aumento. Cada conjunto colector recoge los gases de escape de nueve cilindros y descarga los gases en el extremo delantero del conjunto aumentador. Los gases de escape se dirigen a las bocas de los aumentadores. Los aumentadores están diseñados para producir un efecto venturi para atraer un mayor flujo de aire sobre el motor para aumentar el enfriamiento del motor. 

Una paleta de aumento está ubicada en cada tubo de escape. Cuando la paleta está completamente cerrada, el área de la sección transversal del tubo de escape se reduce en aproximadamente un 45 por ciento. Las paletas de aumento son operadas por un actuador eléctrico, y los indicadores adyacentes a los interruptores de las paletas de aumento en la cabina muestran las posiciones de las paletas. 

Las paletas se pueden mover hacia la posición "cerrada" para disminuir la velocidad del flujo a través del aumentador para elevar la temperatura del motor. Este sistema solo se usa con aeronaves más antiguas que generalmente usan motores radiales.

Prácticas de mantenimiento del sistema de escape del motor reciproco - Reciprocating Engine Exhaust System Maintenance Practices

Cualquier fallo del sistema de escape debe considerarse un peligro grave. Dependiendo de la ubicación y el tipo de falla, una falla en el sistema de escape puede provocar el envenenamiento por monóxido de carbono de la tripulación y los pasajeros, la pérdida parcial o total de la potencia del motor o un incendio en la aeronave. 

Las grietas en los componentes, las juntas con fugas o la falla total pueden causar problemas graves en vuelo. A menudo, estas fallas se pueden detectar antes de que se produzca una falla completa. El hollín negro alrededor de una junta de escape muestra que la junta ha fallado. El sistema de escape debe inspeccionarse minuciosamente.

Inspección del sistema de escape - Exhaust System Inspection  

Si bien el tipo y la ubicación de los componentes del sistema de escape varían un poco según el tipo de aeronave, los requisitos de inspección para la mayoría de los sistemas de escape de motores alternativos son muy similares. Los siguientes párrafos incluyen una discusión de los elementos y procedimientos de inspección del sistema de escape más comunes para todos los motores alternativos. La figura muestra las principales áreas de inspección de tres tipos de sistemas de escape. 

Al realizar el mantenimiento de los sistemas de escape, nunca utilice herramientas galvanizadas o enchapadas en zinc en el sistema de escape. Las partes del sistema de escape nunca deben marcarse con un lápiz de plomo. La marca de plomo, zinc o galvanizada es absorbida por el metal del sistema de escape cuando se calienta, creando un cambio distintivo en su estructura molecular. Este cambio ablanda el metal en el área de la marca, provocando grietas y eventuales fallas.

Después de la instalación de un sistema de escape completo y de que todas las piezas de la cubierta del motor estén instaladas y aseguradas, se debe hacer funcionar el motor para permitir que el sistema de escape se caliente a la temperatura normal de funcionamiento. A continuación, se apaga el motor y se quita el carenado para exponer el sistema de escape. Cada conexión con abrazadera y cada conexión del puerto de escape deben inspeccionarse en busca de evidencia de fugas de gases de escape. 

Una fuga de escape se indica mediante una raya plana gris o negra con hollín en las tuberías en el área de la fuga. Una fuga de escape suele ser el resultado de una mala alineación de dos miembros acoplados del sistema de escape. Cuando se descubre una conexión de escape con fugas, las abrazaderas deben aflojarse y las unidades con fugas deben reposicionarse para garantizar un ajuste hermético al gas.

Después del reposicionamiento, las tuercas del sistema se deben volver a apretar lo suficiente para eliminar cualquier aflojamiento sin exceder el par especificado. Si apretar al par especificado no elimina la flojedad, se deben reemplazar los pernos y las tuercas, ya que probablemente se hayan estirado. 

Después de apretar al par especificado, se deben asegurar todas las tuercas. Con el carenado quitado, se pueden realizar todas las operaciones de limpieza necesarias. Algunas unidades de escape se fabrican con un acabado de chorro de arena simple. Otros pueden tener un acabado revestido de cerámica. Las pilas recubiertas de cerámica deben limpiarse desengrasando únicamente. Nunca deben limpiarse con chorro de arena o limpiadores alcalinos. 

Durante la inspección de un sistema de escape, se debe prestar mucha atención a todas las superficies externas del sistema de escape en busca de grietas, abolladuras o piezas faltantes. Esto también se aplica a soldaduras, abrazaderas, soportes, orejetas de fijación de soporte, refuerzos, juntas deslizantes, bridas apiladas, juntas y acoplamientos flexibles. 

Se debe examinar cada doblez, así como las áreas adyacentes a las soldaduras. Se debe inspeccionar cualquier área abollada o punto bajo en el sistema en busca de adelgazamiento y picaduras debido a la erosión interna por productos de combustión o humedad acumulada. Un picahielo o un instrumento puntiagudo similar es útil para sondear áreas sospechosas.

El sistema debe desmontarse según sea necesario para inspeccionar los deflectores o difusores internos. Si no se puede acceder a un componente del sistema de escape para una inspección visual minuciosa o si está oculto por piezas no extraíbles, debe retirarse y revisarse en busca de posibles fugas. A menudo, esto se puede lograr mejor tapando las aberturas del componente, aplicando una presión interna adecuada (aproximadamente 2 psi) y sumergiéndolo en agua. 

Cualquier fuga causa burbujas que pueden detectarse fácilmente. Los procedimientos requeridos para una inspección de instalación también se realizan durante la mayoría de las inspecciones regulares. La inspección diaria del sistema de escape generalmente consiste en revisar el sistema de escape expuesto en busca de grietas, incrustaciones, fugas excesivas y abrazaderas sueltas.

Fallas del silenciador y del intercambiador de calor - Muffler and Heat Exchanger Failures  

Aproximadamente la mitad de todas las fallas del silenciador y del intercambiador de calor se pueden atribuir a grietas o rupturas en las superficies del intercambiador de calor utilizadas para las fuentes de calor de la cabina y el carburador. 

Las fallas en la superficie del intercambiador de calor (generalmente en la pared exterior) permiten que los gases de escape escapen directamente al sistema de calefacción de la cabina. Estas fallas, en la mayoría de los casos, son causadas por agrietamiento por fatiga térmica y por vibración en áreas de concentración de esfuerzos. 

La falla de los puntos de soldadura, que sujetan los pasadores de transferencia de calor, puede provocar una fuga de gases de escape. Además del peligro de monóxido de carbono, la falla de las superficies del intercambiador de calor puede permitir que los gases de escape ingresen al sistema de inducción del motor, lo que provoca el sobrecalentamiento del motor y la pérdida de potencia. 

Fallas del múltiple de escape y de la pila (apilaor) - Exhaust Manifold and Stack Failures  

Las fallas del colector de escape y de la chimenea suelen ser fallas por fatiga en puntos soldados o fijados (p. ej., chimenea a brida, pila a colector y conexiones cruzadas de tubería o silenciador). Aunque estas fallas son principalmente riesgos de incendio, también presentan problemas de monóxido de carbono. Los gases de escape pueden ingresar a la cabina a través de sellos defectuosos o inadecuados en las aberturas del cortafuegos, los accesorios de los puntales de las alas, las puertas y las aberturas de las raíces de las alas.

Fallas internas del silenciador - Internal Muffler Failures  

Las fallas internas (deflectores, difusores, etc.) pueden causar la pérdida parcial o total de la potencia del motor al restringir el flujo de los gases de escape. Si se sueltan piezas del deflector interno y bloquean parcial o totalmente el flujo de gases de escape, puede ocurrir una falla del motor. 

A diferencia de otras fallas, la erosión y la carburación provocadas por las condiciones térmicas extremas son las causas principales de las fallas internas. El petardeo del motor y la combustión de combustible no quemado dentro del sistema de escape son probablemente factores contribuyentes. 

Además, las áreas de puntos calientes locales causadas por un flujo desigual de gases de escape pueden provocar que la pared exterior del silenciador se queme, se abulte o se rompa.