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

Reciprocating Engine Induction Systems

El sistema de inducción básico de un motor alternativo de aeronave consta de una toma de aire que se usa para recolectar el aire de entrada y un conducto que transfiere el aire al filtro de entrada. El filtro de aire generalmente está alojado en la caja de calor del carburador u otra carcasa cercana que está conectada al carburador o al controlador de inyección de combustible. 

El motor que se utiliza en los aviones ligeros suele estar equipado con un carburador o con un sistema de inyección de combustible. Después de que el aire pasa a través del dispositivo dosificador de combustible, se utiliza un colector de admisión con conductos o conductos largos y curvos para enviar la mezcla de aire y combustible a los cilindros. 

En la figura se muestra una toma de aire de inducción. La toma de aire está ubicada en la cubierta del motor para permitir el máximo flujo de aire en el sistema de inducción del motor. El filtro de aire, que se muestra en la figura, evita que la suciedad y otras materias extrañas entren en el motor. 

El aire filtrado ingresa al dispositivo de medición de combustible (carburador/inyector de combustible) donde la placa del acelerador controla la cantidad de aire que fluye hacia el motor. El aire que sale del acelerador se denomina presión del colector. Esta presión se mide en pulgadas de mercurio ("Hg) y controla la potencia de salida del motor.

Los sistemas de inducción pueden constar de varios arreglos diferentes. Los dos que se utilizan son los sistemas de inducción de corriente ascendente y corriente descendente. Un sistema de inducción de corriente ascendente consta de dos corredores y un tubo de equilibrio con tubos de admisión para cada cilindro para entregar aire de inducción al puerto de admisión de cada cilindro. El tubo de equilibrio se utiliza para reducir los desequilibrios de presión entre los dos corredores de inducción laterales. 

Con motores con carburador, es importante mantener una presión constante y uniforme en el sistema de inducción para que cada cilindro reciba la misma cantidad de combustible. En los motores de inyección de combustible, el combustible se inyecta en el puerto de admisión justo antes de la válvula de admisión. Con este sistema es importante mantener constante la presión en cada puerto de entrada. 

Un sistema de inducción equilibrado de tiro descendente proporciona un flujo de aire óptimo a cada uno de los cilindros individuales en un amplio rango operativo. Las relaciones de combustible a aire mejor adaptadas proporcionan un funcionamiento del motor mucho más suave y eficiente. El aire del múltiple de admisión fluye hacia los puertos de admisión donde se mezcla con el combustible de las boquillas de combustible y luego ingresa a los cilindros como una mezcla combustible cuando se abre la válvula de admisión.

Sistema de inducción de carburador básico 

La figura es un diagrama de un sistema de inducción utilizado en un motor equipado con un carburador. En este sistema de inducción, el aire de flujo normal del carburador se admite en la parte inferior delantera de la cubierta debajo del rotor de la hélice y pasa a través de un filtro de aire hacia los conductos de aire que conducen al carburador. 

Una válvula de aire caliente del carburador se encuentra debajo del carburador para seleccionar una fuente alternativa de aire caliente (calor del carburador) para evitar la formación de hielo en el carburador. La formación de hielo en el carburador ocurre cuando baja la temperatura en la garganta del carburador y hay suficiente humedad para congelar y bloquear el flujo de aire al motor. 

La válvula de calor del carburador admite aire de la toma de aire exterior para el funcionamiento normal y admite aire caliente del compartimiento del motor para el funcionamiento en condiciones de formación de hielo. El calor del carburador es operado por un control push-pull en la cabina. Cuando la puerta de aire caliente del carburador está cerrada, el aire caliente canalizado alrededor del escape se dirige al carburador. Esto eleva la temperatura del aire de admisión. Se puede abrir una puerta de aire alternativa mediante la succión del motor si algo bloquea la ruta normal del flujo de aire. La válvula se cierra con un resorte y el motor la succiona para abrirla si es necesario. 

El filtro de aire del carburador, que se muestra en la figura, está instalado en la toma de aire frente al conducto de aire del carburador. Su propósito es evitar que el polvo y otras materias extrañas entren en el motor a través del carburador. La pantalla consta de un marco de aleación de aluminio y una pantalla profundamente engarzada, dispuesta para presentar el área de pantalla máxima a la corriente de aire. 

Hay varios tipos de filtros de aire en uso, incluidos los de papel, espuma y otros tipos de filtros. La mayoría de los filtros de aire requieren mantenimiento a intervalos regulares y se deben seguir las instrucciones específicas para el tipo de filtro.

Los conductos de aire del carburador consisten en un conducto fijo remachado a la cubierta frontal y un conducto flexible entre el conducto fijo y la carcasa de la válvula de aire del carburador. Los conductos de aire del carburador normalmente proporcionan un pasaje para el aire exterior al carburador. El aire ingresa al sistema a través de la entrada de aire ram. La abertura de admisión está ubicada en la estela, por lo que el aire es forzado hacia el sistema de inducción, lo que genera un efecto de ariete en el flujo de aire entrante. 

El aire pasa a través de los conductos de aire al carburador. El carburador dosifica el combustible en proporción al aire y mezcla el aire con la cantidad correcta de combustible. La placa del acelerador del carburador se puede controlar desde la cabina para regular el flujo de aire (presión del colector) y, de esta manera, se puede controlar la potencia del motor. 

Aunque muchas aeronaves más nuevas no están tan equipadas, algunos motores están equipados con sistemas indicadores de la temperatura del aire del carburador que muestran la temperatura del aire en la entrada del carburador. Si el bulbo está ubicado en el lado del motor del carburador, el sistema mide la temperatura de la mezcla de aire y combustible.

Formación de hielo del sistema de inducción - Induction System Icing  

Es útil una breve discusión sobre la formación y ubicación del sistema de inducción de hielo, aunque un técnico normalmente no se preocupa por las operaciones que ocurren cuando la aeronave está en vuelo. Los técnicos deben saber algo sobre la formación de hielo en el sistema de inducción debido a su efecto sobre el rendimiento del motor y la solución de problemas. 

Incluso cuando una inspección muestra que todo funciona correctamente y que el motor funciona perfectamente en tierra, el hielo del sistema de inducción puede hacer que el motor actúe de manera errática y pierda potencia en el aire. Muchos problemas del motor comúnmente atribuidos a otras fuentes en realidad son causados ​​por la formación de hielo en el sistema de inducción.

La formación de hielo en el sistema de inducción es un riesgo operativo porque puede cortar el flujo de la carga de aire/combustible o variar la relación aire/combustible. Se puede formar hielo en el sistema de inducción mientras un avión vuela en medio de nubes, niebla, lluvia, aguanieve, nieve o incluso aire claro que tiene un alto contenido de humedad (alta humedad). La formación de hielo en el sistema de inducción generalmente se clasifica en tres tipos: • Hielo de impacto • Hielo de evaporación de combustible • Hielo del acelerador.

El hielo en el sistema de inducción puede prevenirse o eliminarse elevando la temperatura del aire que pasa a través del sistema, utilizando un sistema de calentamiento del carburador ubicado aguas arriba cerca de la entrada del sistema de inducción y muy por delante de las zonas peligrosas de formación de hielo. Este aire es recogido por un conducto que rodea el colector de escape. El calor generalmente se obtiene a través de una válvula de control que abre el sistema de inducción al aire caliente que circula en el compartimiento del motor y alrededor del colector de escape.

El uso inadecuado o descuidado del calor del carburador puede ser tan peligroso como el hielo en la etapa más avanzada del sistema de inducción. El aumento de la temperatura del aire hace que se expanda y disminuya su densidad. Esta acción reduce el peso de la carga entregada al cilindro y provoca una pérdida notable de potencia debido a la disminución de la eficiencia volumétrica. Además, la alta temperatura del aire de admisión puede provocar la detonación y la falla del motor, especialmente durante el despegue y la operación a alta potencia. Por lo tanto, durante todas las fases de funcionamiento del motor, la temperatura del carburador debe brindar la mayor protección contra la formación de hielo y la detonación.

Cuando hay peligro de formación de hielo en el sistema de inducción, el control de temperatura del carburador de la cabina se mueve a la posición caliente. La mejor manera de eliminar el hielo del acelerador o cualquier hielo que restrinja el flujo de aire o reduzca la presión del múltiple es usando el calor total del carburador. Si el calor del compartimiento del motor es suficiente y la aplicación no se ha retrasado, es solo cuestión de unos minutos hasta que se elimine el hielo.

Cuando no hay peligro de formación de hielo, el control de calor normalmente se mantiene en la posición "frío". Es mejor dejar el control en esta posición si hay partículas de nieve seca o hielo en el aire. El uso de calor puede derretir el hielo o la nieve y la humedad resultante puede acumularse y congelarse en las paredes del sistema de inducción. Para evitar daños a las válvulas del calentador en caso de petardeo, no se debe usar el calor del carburador mientras se arranca el motor. Además, durante la operación en tierra, solo se debe usar suficiente calor del carburador para que el motor funcione sin problemas. 

El funcionamiento con aceleración parcial puede provocar la formación de hielo en el área del acelerador. Cuando el acelerador se coloca en una posición parcialmente cerrada, en efecto, limita la cantidad de aire disponible para el motor. Cuando la aeronave planea, una hélice de paso fijo gira, lo que hace que el motor consuma más aire de lo que normalmente consumiría con el mismo ajuste del acelerador, lo que aumenta la falta de aire detrás del acelerador. El acelerador parcialmente cerrado, en estas circunstancias, establece una velocidad de aire mucho más alta que la normal más allá del acelerador, y se produce un área de presión extremadamente baja. El área de baja presión reduce la temperatura del aire que rodea la válvula de mariposa. 

Si la temperatura de este aire cae por debajo del punto de congelación y hay humedad, se forma hielo en los aceleradores y en las unidades cercanas, lo que restringe el flujo de aire al motor y hace que se apague. El hielo del acelerador se puede minimizar en los motores equipados con hélices de paso controlable mediante el uso de una presión efectiva media del freno (BMEP) más alta de lo normal a esta baja potencia. El BMEP alto disminuye la tendencia a la formación de hielo porque una gran apertura del acelerador a bajas revoluciones por minuto (rpm) del motor elimina parcialmente la obstrucción que reduce la temperatura que ofrece la operación con aceleración parcial. 

Filtrado del sistema de inducción -  Induction System Filtering 

El polvo y la suciedad pueden ser una fuente grave de problemas para el motor de un avión. El polvo consiste en pequeñas partículas de material duro y abrasivo que pueden ser transportadas por el aire e introducidas en los cilindros del motor. También puede acumularse en los elementos de medición de combustible del carburador, alterando la relación adecuada entre el flujo de aire y el flujo de combustible en todas las configuraciones de potencia del motor. Actúa sobre las paredes de los cilindros amolando estas superficies y los segmentos del pistón. Luego, contamina el aceite y se transporta a través del motor, provocando un mayor desgaste de los cojinetes y engranajes. 

En casos extremos, una acumulación puede obstruir un paso de aceite y causar falta de aceite. Aunque las condiciones de polvo son más críticas a nivel del suelo, la operación continua bajo tales condiciones sin protección del motor resulta en un desgaste extremo del motor y puede producir un consumo excesivo de aceite. Cuando es necesario operar en una atmósfera polvorienta, el motor puede protegerse mediante una entrada de aire del sistema de inducción alternativo que incorpora un filtro de polvo. 

Este tipo de sistema de filtro de aire normalmente consta de un elemento de filtro, una puerta y un actuador operado eléctricamente. Cuando el sistema de filtrado está funcionando, el aire se aspira a través de un panel de acceso con persianas que no mira directamente hacia la corriente de aire. Con esta ubicación de entrada, se elimina una cantidad considerable de polvo ya que el aire se ve obligado a girar y entrar en el conducto. 

Dado que las partículas de polvo son sólidas, tienden a continuar en línea recta y la mayoría de ellas se separan en este punto. Los que se introducen en las persianas se eliminan fácilmente con el filtro. Este tipo de sistema de filtro de aire normalmente consta de un elemento de filtro, una puerta y un actuador operado eléctricamente. Cuando el sistema de filtrado está funcionando, el aire se aspira a través de un panel de acceso con persianas que no mira directamente hacia la corriente de aire. Con esta ubicación de entrada, se elimina una cantidad considerable de polvo ya que el aire se ve obligado a girar y entrar en el conducto. 

Dado que las partículas de polvo son sólidas, tienden a continuar en línea recta y la mayoría de ellas se separan en este punto. Los que se introducen en las persianas se eliminan fácilmente con el filtro. Este tipo de sistema de filtro de aire normalmente consta de un elemento de filtro, una puerta y un actuador operado eléctricamente. Cuando el sistema de filtrado está funcionando, el aire se aspira a través de un panel de acceso con persianas que no mira directamente hacia la corriente de aire. Con esta ubicación de entrada, se elimina una cantidad considerable de polvo ya que el aire se ve obligado a girar y entrar en el conducto. 

Dado que las partículas de polvo son sólidas, tienden a continuar en línea recta y la mayoría de ellas se separan en este punto. Los que se introducen en las persianas se eliminan fácilmente con el filtro. se elimina una cantidad considerable de polvo a medida que el aire se ve obligado a girar y entrar en el conducto. Dado que las partículas de polvo son sólidas, tienden a continuar en línea recta y la mayoría de ellas se separan en este punto. Los que se introducen en las persianas se eliminan fácilmente con el filtro. 

se elimina una cantidad considerable de polvo a medida que el aire se ve obligado a girar y entrar en el conducto. Dado que las partículas de polvo son sólidas, tienden a continuar en línea recta y la mayoría de ellas se separan en este punto. Los que se introducen en las persianas se eliminan fácilmente con el filtro.

En vuelo, con los filtros de aire en funcionamiento, se debe considerar las posibles condiciones de formación de hielo que pueden ocurrir debido a la formación de hielo en la superficie real o al congelamiento del elemento del filtro después de que se empapa de lluvia. Algunas instalaciones tienen una puerta de filtro accionada por resorte que se abre automáticamente cuando el filtro está excesivamente restringido. Esto evita que se corte el flujo de aire cuando el filtro está obstruido con hielo o suciedad. Otros sistemas usan un protector de hielo en la entrada de aire filtrado.

La protección contra el hielo consiste en una pantalla de malla gruesa ubicada a poca distancia de la entrada de aire filtrado. En esta ubicación, la pantalla está directamente en el camino del aire entrante, de modo que el aire debe pasar a través o alrededor de la pantalla. Cuando se forma hielo en la pantalla, el aire, que ha perdido sus partículas pesadas de humedad, pasa alrededor de la pantalla congelada y hacia el elemento del filtro. La eficiencia de cualquier sistema de filtración depende del mantenimiento y servicio adecuados. La remoción y limpieza periódica del elemento del filtro es esencial para una protección satisfactoria del motor. 

Inspección y mantenimiento del sistema de inducción -  Induction System Inspection and Maintenance 

El sistema de inducción debe revisarse en busca de grietas y fugas durante todas las inspecciones regulares del motor. Las unidades del sistema deben verificarse para la seguridad del montaje. El sistema debe mantenerse limpio en todo momento, ya que los pedazos de trapo o papel pueden restringir el flujo de aire si se les permite ingresar a las tomas o conductos de aire. Los pernos y tuercas flojos pueden causar daños graves si pasan al motor.

En los sistemas equipados con un filtro de aire de carburador, el filtro debe revisarse regularmente. Si está sucio o no tiene la película de aceite adecuada, se debe quitar y limpiar el elemento del filtro. Después de que se haya secado, generalmente se sumerge en una mezcla de aceite y un compuesto para prevenir la oxidación. Se debe permitir que el exceso de líquido se drene antes de volver a instalar el elemento del filtro. Los filtros de papel deben inspeccionarse y reemplazarse según sea necesario.

Sistemas de inducción sobrealimentados - Supercharged Induction Systems  

Dado que las aeronaves operan a altitudes donde la presión del aire es más baja, es útil proporcionar un sistema para comprimir la mezcla de combustible/aire. Algunos sistemas se utilizan para normalizar la presión de aire que ingresa al motor. Estos sistemas se utilizan para recuperar la presión del aire perdida por el aumento de altitud. 

Este tipo de sistema no es un sistema de refuerzo de tierra y no se usa para aumentar la presión del colector por encima de 30 pulgadas de mercurio. Un verdadero motor sobrealimentado, llamado motor impulsado desde tierra, puede aumentar la presión del colector por encima de 30 pulgadas de mercurio. En otras palabras, un verdadero sobrealimentador aumenta la presión del colector por encima de la presión ambiental.

Dado que muchos motores instalados en aviones ligeros no utilizan ningún tipo de compresor o dispositivo de sobrealimentación, los sistemas de inducción para motores alternativos pueden clasificarse en términos generales como sobrealimentados o no sobrealimentados. Los sistemas de sobrealimentación utilizados en los sistemas de inducción de motores alternativos normalmente se clasifican como accionados internamente o accionados externamente (turbosobrealimentados). Los supercargadores accionados internamente comprimen la mezcla de aire y combustible después de que sale del carburador, mientras que los supercargadores accionados externamente (turbocargadores) comprimen el aire antes de que se mezcle con el combustible dosificado del carburador.

Supercargadores accionados internamente - Internally Driven Superchargers 

Los sobrealimentadores impulsados ​​internamente se utilizaron casi exclusivamente en motores alternativos radiales de alta potencia y son impulsados ​​por el motor a través de una conexión mecánica. Aunque su uso es muy limitado, algunos todavía se utilizan en cargueros y aviones de fumigación. Excepto por la construcción y disposición de los diversos tipos de sobrealimentadores, todos los sistemas de inducción con sobrealimentadores accionados internamente eran muy similares. Los motores de las aeronaves requieren el mismo control de la temperatura del aire para producir una buena combustión en los cilindros del motor. Por ejemplo, la carga debe estar lo suficientemente caliente para garantizar la vaporización completa del combustible y, por lo tanto, una distribución uniforme. 

Al mismo tiempo, no debe estar tan caliente que reduzca la eficiencia volumétrica o provoque una detonación. Todos los motores alternativos deben protegerse contra el aire de admisión demasiado caliente. Al igual que con cualquier tipo de sobrealimentación (compresión del aire de admisión), el aire gana calor a medida que se comprime. A veces, este aire requiere enfriamiento antes de que se envíe a los puertos de admisión del motor. Con estos requisitos, la mayoría de los sistemas de inducción que utilizan sobrealimentadores accionados internamente deben incluir dispositivos sensores de presión y temperatura y las unidades necesarias para calentar o enfriar el aire.

El sencillo sistema de inducción del sobrealimentador accionado internamente se utiliza para explicar la ubicación de las unidades y la ruta del aire y la mezcla de combustible/aire. El aire ingresa al sistema a través de la entrada de aire ram. La abertura de admisión está ubicada de manera que el aire es forzado hacia el sistema de inducción, lo que produce un efecto de ariete causado por el avión que se mueve por el aire. El aire pasa a través de conductos al carburador. El carburador dosifica el combustible en proporción al aire y mezcla el aire con la cantidad correcta de combustible. El carburador se puede controlar desde la cabina para regular el flujo de aire. De esta manera, se puede controlar la potencia de salida del motor. 

El manómetro del colector mide la presión de la mezcla de aire y combustible antes de que entre en los cilindros. Es una indicación del rendimiento que se puede esperar del motor. El indicador de temperatura del aire del carburador mide la temperatura del aire de entrada o de la mezcla de aire y combustible. El indicador de temperatura de la entrada de aire o de la mezcla sirve como guía para que la temperatura de la carga entrante pueda mantenerse dentro de límites seguros. Si la temperatura del aire entrante a la entrada de la toma de aire del carburador es de 100 °F, hay una caída de temperatura de aproximadamente 50 °F debido a la vaporización parcial del combustible en la boquilla de descarga del carburador. Tiene lugar una vaporización parcial y la temperatura del aire cae debido a la absorción del calor por vaporización. 

La vaporización final tiene lugar cuando la mezcla ingresa a los cilindros donde existen temperaturas más altas. El combustible, atomizado en la corriente de aire que fluye en el sistema de inducción, tiene forma globular. El problema, entonces, se convierte en una de fragmentación y distribución uniforme del combustible, permaneciendo en forma globular a los distintos cilindros. En los motores equipados con un gran número de cilindros, la distribución uniforme de la mezcla se convierte en un problema mayor, especialmente a altas velocidades del motor cuando se aprovecha al máximo la gran capacidad de aire.

En la figura se muestra un método utilizado principalmente en motores alternativos radiales para mejorar la distribución de combustible. Este dispositivo se conoce como impulsor de distribución. El impulsor está unido directamente al extremo del vástago trasero del cigüeñal mediante pernos o espárragos. Dado que el impulsor está conectado al extremo del cigüeñal y funciona a la misma velocidad, no impulsa ni aumenta materialmente la presión sobre la mezcla que fluye hacia los cilindros. Pero el combustible que queda en forma globular se descompone en partículas más finas cuando golpea el impulsor, por lo que entra en contacto con más aire. Esto crea una mezcla más homogénea con la consiguiente mejora en la distribución a los distintos cilindros, especialmente al acelerar el motor o cuando prevalecen las bajas temperaturas.

Para obtener una mayor presión de la mezcla aire/combustible dentro de los cilindros, la sección del difusor o soplador contiene un impulsor de alta velocidad. A diferencia del impulsor de distribución, que está conectado directamente al cigüeñal, el sobrealimentador, o impulsor del ventilador, es accionado a través de un tren de engranajes desde el cigüeñal.

Turbocompresores - Turbosuperchargers 

Los sobrealimentadores accionados externamente (turbosobrealimentadores) están diseñados para suministrar aire comprimido a la entrada del carburador o a la unidad de control de aire/combustible de un motor. Los supercargadores impulsados ​​externamente obtienen su poder de la energía de los gases de escape del motor dirigidos contra una turbina que impulsa un impulsor que comprime el aire entrante. Por esta razón, comúnmente se les llama turbocompresores o turbocompresores. Para ser un verdadero sobrealimentador, debe aumentar la presión del colector por encima de 30 "Hg. 

El turbosobrealimentador típico, que se muestra en la figura, se compone de tres partes principales: 1. Conjunto del compresor 2. Conjunto de la rueda de la turbina 3. Un conjunto de cojinete de eje flotante completo. En la figura se muestran ejemplos detallados de un turbocompresor. Además de los conjuntos principales, hay un deflector entre la carcasa del compresor y la turbina de gases de escape que dirige el aire de enfriamiento a la bomba y la carcasa del cojinete, y también protege al compresor del calor irradiado por la turbina. En instalaciones donde el aire de enfriamiento es limitado, el deflector se reemplaza por una cubierta de enfriamiento normal que recibe el aire directamente del sistema de inducción.

El conjunto del compresor se compone de un impulsor, un difusor y una carcasa. El aire para el sistema de inducción ingresa a través de una abertura circular en el centro de la carcasa del compresor, donde es recogido por las paletas del impulsor, lo que le da una alta velocidad a medida que se desplaza hacia el difusor. Las paletas del difusor dirigen el flujo de aire cuando sale del impulsor y también convierten la alta velocidad del aire en alta presión.

La potencia motriz para el impulsor se proporciona a través de la fijación del impulsor al eje de rueda de turbina de la turbina de gases de escape. Este conjunto completo se denomina rotor. (El rotor gira sobre los cojinetes de alimentación de aceite). El conjunto de la turbina de gases de escape consta del turbocompresor y la válvula de compuerta de descarga. La rueda de la turbina, impulsada por los gases de escape, impulsa el impulsor. La carcasa del turbo recoge y dirige los gases de escape a la rueda de la turbina, y la compuerta de desechos regula la cantidad de gases de escape dirigidos a la turbina. La compuerta de desechos controla el volumen del gas de escape que se dirige a la turbina y, por lo tanto, regula la velocidad del rotor (turbina e impulsor).

Si la compuerta de desechos está completamente cerrada, todos los gases de escape se “retroceden” y son forzados a través de la rueda de la turbina. Si la compuerta de desechos está parcialmente cerrada, se dirige una cantidad correspondiente de gases de escape a la turbina. 

Los gases de escape, así dirigidos, golpean los álabes de la turbina, dispuestos radialmente alrededor del borde exterior de la turbina, y hacen que el rotor (turbina e impulsor) gire. Los gases, habiendo agotado la mayor parte de su energía, son expulsados ​​por la borda. Cuando la compuerta de desechos está completamente abierta, casi todos los gases de escape pasan por la borda proporcionando poco o ningún impulso.

Turbocompresor normalizador -  Normalizer Turbocharger

Algunos motores utilizados en aviones ligeros están equipados con un sistema de normalización accionado externamente. Estos sistemas funcionan con la energía de los gases de escape y generalmente se los denomina sistemas de "turbocargador de normalización". Estos sistemas no fueron diseñados para usarse como un verdadero sobrealimentador (presión del colector de sobrealimentación superior a 30 "Hg). 

Compensan la potencia perdida debido a la caída de presión resultante del aumento de la altitud. En muchos motores de aeronaves pequeñas, el sistema (normalizador) del turbocompresor está diseñado para funcionar solo por encima de cierta altitud, por ejemplo, 5000 pies, ya que la potencia máxima sin normalización está disponible por debajo de esa altitud.La ubicación de los sistemas de admisión y escape de aire de un sistema normalizador de turbocompresor típico para una aeronave pequeña se muestra en la Figura.

Sistema de turbocompresor impulsado desde tierra - Ground-Boosted Turbosupercharger System  

Algunos sistemas turboalimentados impulsados ​​desde tierra (al nivel del mar) están diseñados para operar desde el nivel del mar hasta su altitud crítica.  

Estos motores, a veces denominados motores impulsados ​​por el nivel del mar, pueden desarrollar más potencia al nivel del mar que un motor sin turbosobrealimentación. Como se mencionó anteriormente, un motor debe impulsarse por encima de 30 "Hg para estar realmente sobrealimentado. Este tipo de turbocompresor logra esto al aumentar la presión del colector por encima de 30 "Hg a alrededor de 40 "Hg.  

El sistema de inducción de aire del turbosobrealimentador consta de una entrada de aire comprimido filtrada situada en el lateral de la góndola. Una puerta de aire alternativa dentro de la góndola permite que la succión del compresor admita automáticamente aire alternativo (aire calentado del compartimiento del motor) si el filtro de aire de inducción se obstruye. En muchos casos, la puerta de aire alternativa se puede operar manualmente en caso de obstrucción del filtro. 

Casi todos los sistemas de turbocompresor utilizan aceite de motor como fluido de control para controlar la cantidad de impulso (presión adicional del colector) que se proporciona al motor. El actuador y los controladores de la compuerta de descarga usan aceite de motor presurizado para su fuente de alimentación. El turbocompresor está controlado por la compuerta de desechos y el actuador de la compuerta de desechos. 

El actuador de la compuerta de desechos, que está conectado físicamente a la compuerta de desechos mediante un enlace mecánico, controla la posición de la válvula de mariposa de la compuerta de desechos. La compuerta de desechos desvía los gases de escape del motor alrededor de la entrada de la turbina del turbocargador. Al controlar la cantidad de gases de escape que pasan a través de la turbina del turbocompresor, se controla la velocidad del compresor y la cantidad de refuerzo de admisión (presión de la plataforma superior). El aceite de motor también se usa para enfriar y lubricar los cojinetes que soportan el compresor y la turbina en el turbocompresor. 

El aceite lubricante del turbocompresor es aceite de motor suministrado a través del sistema de aceite del motor. Una manguera de suministro de aceite desde la parte trasera del enfriador de aceite dirige el aceite a las carcasas y cojinetes centrales del turbocargador. Las mangueras de aceite devuelven el aceite de los turbocompresores a la bomba de barrido de aceite ubicada en la parte trasera del motor. La válvula de retención unidireccional en la línea de suministro de aceite evita que el aceite se drene hacia el turbocompresor mientras el motor no está funcionando. 

Los sellos de aceite en forma de anillo de pistón se utilizan en el eje de la rueda del compresor para evitar que el aceite lubricante entre en las carcasas de la turbina y el compresor desde la carcasa central. Una manguera de suministro de aceite desde la parte trasera del enfriador de aceite dirige el aceite a las carcasas y cojinetes centrales del turbocargador. Las mangueras de aceite devuelven el aceite de los turbocompresores a la bomba de barrido de aceite ubicada en la parte trasera del motor. La válvula de retención unidireccional en la línea de suministro de aceite evita que el aceite se drene hacia el turbocompresor mientras el motor no está funcionando. 

Los sellos de aceite en forma de anillo de pistón se utilizan en el eje de la rueda del compresor para evitar que el aceite lubricante entre en las carcasas de la turbina y el compresor desde la carcasa central. Una manguera de suministro de aceite desde la parte trasera del enfriador de aceite dirige el aceite a las carcasas y cojinetes centrales del turbocompresor. Las mangueras de aceite devuelven el aceite de los turbocompresores a la bomba de barrido de aceite ubicada en la parte trasera del motor. 

La válvula de retención unidireccional en la línea de suministro de aceite evita que el aceite se drene hacia el turbocompresor mientras el motor no está funcionando. Los sellos de aceite en forma de anillo de pistón se utilizan en el eje de la rueda del compresor para evitar que el aceite lubricante entre en las carcasas de la turbina y el compresor desde la carcasa central.

La posición de la compuerta de desechos se controla ajustando la presión de aceite en el actuador de la compuerta de desechos. Se utilizan varios tipos diferentes de controladores para proporcionar la presión correcta en el actuador de la compuerta de desechos. Esto se hace restringiendo el flujo de aceite o permitiendo que el aceite regrese al motor. Cuanto más se restringe el aceite, más presión hay en el actuador de la compuerta de desechos y más cerrada está la compuerta de desechos. 

Esto hace que los gases de escape pasen a través de la turbina, aumentando la velocidad del compresor elevando la presión de entrada. Ocurre lo contrario si los controladores no restringen el aceite y se reduce el refuerzo. La presión de la salida del compresor del turbocompresor al acelerador se conoce como presión de la plataforma o presión de la plataforma superior.

Un sistema típico de turbocompresor - A Typical Turbosupercharger System  

La figura es un esquema de un sistema de turbocompresor reforzador del nivel del mar. Este sistema, ampliamente utilizado, se regula automáticamente mediante tres componentes: • Conjunto de válvula de derivación de escape • Controlador de densidad • Controlador de presión diferencial.

Al regular la posición de la compuerta de desechos y las posiciones "totalmente abierta" y "cerrada", se puede mantener una salida de potencia constante. Cuando la compuerta de desechos está completamente abierta, todos los gases de escape se envían a la atmósfera y no se comprime ni envía aire a la entrada de aire del motor. Por el contrario, cuando la compuerta de desechos está completamente cerrada, un volumen máximo de gases de escape fluye hacia la turbina del turbocompresor y se logra la máxima sobrealimentación. 

Entre estos dos extremos de la posición de la compuerta de desechos, se puede lograr una salida de potencia constante por debajo de la altitud máxima a la que el sistema está diseñado para funcionar. Un motor con una altitud crítica de 16 000 pies no puede producir el 100 por ciento de su presión nominal del múltiple por encima de los 16 000 pies. Por altitud crítica se entiende la altitud máxima a la que, en una atmósfera estándar, es posible mantener,

Existe una altitud crítica para cada ajuste de potencia posible por debajo del techo operativo máximo. Si la aeronave vuela por encima de esta altitud sin un cambio correspondiente en el ajuste de potencia, la compuerta de descarga se conduce automáticamente a la posición completamente cerrada en un esfuerzo por mantener una salida de potencia constante. Por lo tanto, la compuerta de desechos está casi completamente abierta al nivel del mar y continúa moviéndose hacia la posición cerrada a medida que la aeronave asciende, para mantener el ajuste de presión del colector preseleccionado. 

Cuando la compuerta de desechos está completamente cerrada (dejando solo un pequeño espacio libre para evitar que se atasque), la presión del múltiple comienza a caer si la aeronave continúa ascendiendo. Si no se puede seleccionar una configuración de potencia más alta, se ha alcanzado la altitud crítica del turbocompresor. Más allá de esta altitud, la potencia de salida continúa disminuyendo.

La posición de la válvula de compuerta de descarga, que determina la potencia de salida, está controlada por la presión del aceite. La presión del aceite del motor actúa sobre un pistón en el conjunto de la compuerta de desecho, que está conectado mediante un enlace a la válvula de la compuerta de desecho. Cuando aumenta la presión de aceite en el pistón, la válvula de compuerta de descarga se mueve hacia la posición cerrada y aumenta la potencia de salida del motor. Por el contrario, cuando disminuye la presión del aceite, la válvula de compuerta de descarga se mueve hacia la posición abierta y la potencia de salida disminuye como se describió anteriormente.

La posición del pistón acoplado a la válvula de compuerta de desecho depende del aceite de purga, que controla la presión del aceite del motor aplicada a la parte superior del pistón. El aceite regresa al cárter del motor a través de dos dispositivos de control, el controlador de densidad y el controlador de presión diferencial. Estos dos controladores, que actúan de forma independiente, determinan cuánto aceite se purga de vuelta al cárter y establecen la presión de aceite en el pistón.

El controlador de densidad está diseñado para limitar la presión del colector por debajo de la altitud crítica del turbocompresor y regula el aceite de purga solo en la posición de máxima aceleración. Los fuelles sensores de presión y temperatura del controlador de densidad reaccionan a los cambios de presión y temperatura entre la entrada del inyector de combustible y el compresor del turbocargador. Los fuelles, llenos de nitrógeno seco, mantienen una densidad constante al permitir que la presión aumente a medida que aumenta la temperatura. El movimiento de los fuelles reposiciona la válvula de purga, lo que provoca un cambio en la cantidad de aceite de purga, lo que cambia la presión del aceite en la parte superior del pistón de la compuerta de desecho.

El controlador de presión diferencial funciona en todas las posiciones de la válvula de compuerta de desechos excepto en la posición totalmente abierta, que es controlada por el controlador de densidad. Un lado del diafragma en el controlador de presión diferencial detecta la presión de aire aguas arriba del acelerador; el otro lado mide la presión en el lado del cilindro de la válvula de mariposa. En la posición de aceleración "totalmente abierta", cuando el controlador de densidad controla la compuerta de desechos, la presión a través del diafragma del controlador de presión diferencial es mínima y el resorte del controlador mantiene cerrada la válvula de purga. 

En la posición de “aceleración parcial”, el diferencial de aire aumenta, abriendo la válvula de purga para purgar aceite al cárter del motor y reposicionar el pistón de la compuerta de descarga. Por lo tanto, los dos controladores funcionan de forma independiente para controlar el funcionamiento del turbocargador en todas las posiciones del acelerador. Sin la función de anulación del controlador de presión diferencial durante la operación de aceleración parcial, el controlador de densidad colocaría la válvula de compuerta de desechos para máxima potencia. El controlador de presión diferencial reduce la presión de entrada del inyector y reposiciona continuamente la válvula en todo el rango de operación del motor.

El controlador de presión diferencial reduce la condición inestable conocida como "bootstrapping" durante la operación de aceleración parcial. Bootstrapping es una indicación de un cambio de potencia no regulado que da como resultado la deriva continua de la presión del colector. Esta condición se puede ilustrar considerando el funcionamiento de un sistema cuando la compuerta de desechos está completamente cerrada. 

Durante este tiempo, el controlador de presión diferencial no modula la posición de la válvula de compuerta de desechos. Cualquier ligero cambio en la potencia causado por un cambio en la temperatura o la fluctuación de las rpm se magnifica y da como resultado un cambio en la presión del colector, ya que el ligero cambio provoca un cambio en la cantidad de gas de escape que fluye hacia la turbina. Cualquier cambio en el flujo de gases de escape a la turbina provoca un cambio en la potencia de salida y se refleja en las indicaciones de presión del múltiple. Bootstrapping, entonces,

Bootstrapping a veces se confunde con la condición conocida como overboost, pero bootstrapping no es una condición que sea perjudicial para la vida útil del motor. Una condición de sobrealimentación es aquella en la que la presión del múltiple excede los límites prescritos para un motor en particular y puede causar daños graves. Cuando se usa en algunos sistemas, se proporciona una válvula de alivio de presión, ajustada ligeramente por encima de la presión máxima de la plataforma, para evitar daños por sobrealimentación en caso de mal funcionamiento del sistema.

El controlador de presión diferencial es esencial para el buen funcionamiento del turbocompresor controlado automáticamente, ya que reduce el arranque al reducir el tiempo necesario para equilibrar un sistema. Todavía hay una mayor sensibilidad del acelerador con un motor turboalimentado que con un motor de aspiración natural. El movimiento rápido del acelerador puede provocar una cierta desviación de la presión del colector en un motor turboalimentado. Menos grave que el arranque, esta condición se denomina sobreimpulso. 

Si bien el exceso no es una condición peligrosa, puede ser una fuente de preocupación para el piloto o el operador que selecciona una configuración de presión de múltiple en particular solo para descubrir que ha cambiado en unos segundos y debe restablecerse. Dado que los controles automáticos no pueden responder con la rapidez suficiente a los cambios bruscos en la configuración del acelerador para eliminar la inercia de los cambios de velocidad del turbocompresor, el operador debe controlar el sobreimpulso. Esto se puede lograr mejor haciendo cambios lentos en la configuración del acelerador, acompañados de unos segundos de espera para que el sistema alcance un nuevo equilibrio. Tal procedimiento es efectivo con motores turboalimentados, independientemente del grado de sensibilidad del acelerador.

Controladores del turbocompresor y descripciones del sistema -  Turbocharger Controllers and System Descriptions 

Los motores del sistema de turbocompresor contienen muchos de los mismos componentes mencionados con los sistemas anteriores. Algunos sistemas usan líneas y accesorios especiales que están conectados a la presión de la cubierta superior para referencia de aire al sistema de inyección de combustible y, en algunos casos, para presurizar los magnetos. 

El funcionamiento básico del sistema es similar al de otros sistemas de turbocargadores, con las principales diferencias en los controladores. El controlador monitorea la presión de la plataforma detectando la salida del compresor. El controlador controla el flujo de aceite a través del actuador de la compuerta de descarga, que abre o cierra la válvula de derivación de escape. Cuando la presión de la plataforma es insuficiente, el controlador restringe el flujo de aceite, lo que aumenta la presión de aceite en el actuador de la compuerta de descarga. 

Esta presión actúa sobre el pistón para cerrar la válvula de descarga, forzando más pulsos de gas de escape para hacer girar la turbina más rápido y causar un aumento en la salida del compresor. Cuando la presión de la plataforma es demasiado grande, ocurre lo contrario. La válvula de descarga de escape se abre por completo y desvía algunos de los gases de escape para disminuir el flujo de escape a través de la turbina. Se instala un posenfriador en la ruta del aire de inducción entre la etapa del compresor y la entrada del acelerador de aire.

La mayoría de los turbocompresores son capaces de comprimir el aire de inducción hasta el punto en que puede elevar la temperatura del aire por un factor de cinco. Esto significa que la toma de fuerza máxima en un día de 100 °F podría producir temperaturas del aire de inducción que salen del compresor de hasta 500 °F. Esto excedería la temperatura de entrada de aire del acelerador permitida en todos los modelos de motores alternativos. 

Por lo general, la temperatura máxima de entrada del acelerador de aire oscila entre un mínimo de 230 °F y un máximo de 300 °F. Superar estos máximos puede colocar las cámaras de combustión más cerca de la detonación. La función del posenfriador es enfriar el aire comprimido, lo que reduce la probabilidad de detonación y aumenta la densidad del aire de carga, lo que mejora el rendimiento del turbocompresor para ese diseño de motor. 

En el arranque del motor, el controlador detecta una presión de descarga del compresor insuficiente (presión de la plataforma) y restringe el flujo de aceite del actuador de la compuerta de descarga al motor. Esto hace que la válvula de mariposa de la compuerta de descarga se cierre. A medida que se avanza el acelerador, aumenta el flujo de gases de escape a través de la turbina, lo que aumenta la velocidad del eje de la turbina/compresor y la presión de descarga del compresor. 

El controlador detecta la diferencia entre la cubierta superior y la presión del colector. Si aumenta la presión de la plataforma o la presión diferencial del acelerador, se abre la válvula de asiento del controlador, aliviando la presión de aceite al actuador de la compuerta de descarga. Esto disminuye la presión de descarga del compresor del turbocompresor (presión de la plataforma). los flujos de gases de escape a través de la turbina aumentan, lo que aumenta la velocidad del eje de la turbina/compresor y la presión de descarga del compresor. 

El controlador detecta la diferencia entre la cubierta superior y la presión del colector. Si aumenta la presión de la plataforma o la presión diferencial del acelerador, se abre la válvula de asiento del controlador, aliviando la presión de aceite al actuador de la compuerta de descarga. Esto disminuye la presión de descarga del compresor del turbocompresor (presión de la plataforma). los flujos de gases de escape a través de la turbina aumentan, lo que aumenta la velocidad del eje de la turbina/compresor y la presión de descarga del compresor.

 El controlador detecta la diferencia entre la cubierta superior y la presión del colector. Si aumenta la presión de la plataforma o la presión diferencial del acelerador, se abre la válvula de asiento del controlador, aliviando la presión de aceite al actuador de la compuerta de descarga. Esto disminuye la presión de descarga del compresor del turbocompresor (presión de la plataforma).

Controlador de presión absoluta variable (VAPC) - Variable Absolute Pressure Controller (VAPC)  

El VAPC contiene una válvula de control de aceite similar a los otros controladores que se discutieron. El restrictor de aceite es accionado por un fuelle aneroide que está referenciado a la presión de la cubierta superior. Una leva conectada al mecanismo de aceleración aplica presión a la válvula restrictora y al aneroide. A medida que el acelerador se abre a valores mayores, la leva aplica una mayor presión al aneroide. 

Esto aumenta la cantidad de presión de la plataforma superior necesaria para comprimir el aneroide y, por lo tanto, abrir la válvula de restricción de aceite. Esto significa que el valor absoluto programado de la presión de la plataforma superior que se requiere para superar el aneroide es variable según la posición del acelerador. A medida que se abre completamente el acelerador, los requisitos de presión del múltiple y de presión de la plataforma superior aumentan considerablemente.

Controlador inclinado -  Sloped Controller

El controlador inclinado está diseñado para mantener la presión nominal de descarga del compresor con el acelerador completamente abierto y para reducir esta presión en los ajustes de aceleración parcial. Un diafragma, acoplado con un fuelle soportado por resorte para referencia de presión absoluta, está expuesto a la presión de la plataforma y la presión del múltiple de admisión a través de puertos ubicados antes y después del acelerador, respectivamente. 

Esta disposición monitorea constantemente la presión de la plataforma y el diferencial de presión entre la plataforma y la presión del múltiple debido a un acelerador parcialmente cerrado. Si aumenta la presión de la plataforma o la presión diferencial del acelerador, el asiento del controlador se abre y disminuye la presión de descarga (plataforma) del turbocompresor. El controlador inclinado es más sensible a la presión diferencial del acelerador que a la presión de la plataforma, logrando así una reducción de la presión en la plataforma cuando se cierra el acelerador.

Controlador de presión absoluta - Absolute Pressure Controller  

Un dispositivo que se usa para controlar la velocidad y la salida del turbocompresor, pero controla el sistema solo a la salida máxima, es el controlador de presión absoluta. El controlador de presión absoluta contiene un fuelle aneroide que está referenciado a la presión de la cubierta superior. Opera la válvula de descarga, que desvía, más o menos, los gases de escape sobre la turbina. A medida que se alcanza un ajuste de presión absoluta, desvía el aceite y alivia la presión en el actuador de la compuerta de desechos. Esto permite que el controlador de presión absoluta controle la presión máxima de descarga del compresor del turbocompresor. El turbocompresor es completamente automático y no requiere ninguna acción del piloto hasta la altitud crítica.