Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 5-1

Aviation: Reciprocating Engine Starting Systems

En las primeras etapas del desarrollo de aeronaves, los motores alternativos de potencia relativamente baja se arrancaban tirando de la hélice con la mano durante una parte de una revolución. A menudo se experimentaron dificultades en climas fríos cuando las temperaturas del aceite lubricante estaban cerca del punto de congelación. 

Además, los sistemas magnéticos generaron una chispa de arranque débil a velocidades de arranque muy bajas. Esto a menudo se compensaba proporcionando una chispa caliente utilizando dispositivos del sistema de encendido como la bobina de refuerzo, el vibrador de inducción o el acoplamiento de impulso. 

Todavía se están operando algunas aeronaves pequeñas de baja potencia que utilizan la manivela manual de la hélice o apuntalamiento para arrancar. Para obtener instrucciones generales sobre el arranque de este tipo de aeronave, consulte el Manual general del técnico de mantenimiento de aviación, Capítulo 11, Seguridad, operaciones en tierra y mantenimiento. 

A lo largo del desarrollo del motor alternativo de la aeronave desde el primer uso de los sistemas de arranque hasta el presente, se han utilizado varios sistemas de arranque diferentes. La mayoría de los arrancadores de motores alternativos son del tipo eléctrico de arranque directo. Algunos modelos de aviones más antiguos todavía están equipados con arrancadores de inercia. Por lo tanto, en esta sección solo se incluye una breve descripción de estos sistemas de arranque.

Arrancadores de inercia - Inertia Starters  

Hay tres tipos generales de arrancadores de inercia: manuales, eléctricos y combinados manuales y eléctricos. El funcionamiento de todos los tipos de arrancadores de inercia depende de la energía cinética almacenada en un volante que gira rápidamente para la capacidad de arranque. La energía cinética es la energía que posee un cuerpo en virtud de su estado de movimiento, que puede ser el movimiento a lo largo de una línea o la acción de girar.

En el arrancador de inercia, la energía se almacena lentamente durante un proceso de energización mediante una manivela manual o eléctricamente con un motor pequeño. El volante y los engranajes móviles de un arrancador de inercia eléctrico manual combinado se muestran en la figura. El circuito eléctrico para un arrancador de inercia eléctrico se muestra en la figura. Durante la activación del arrancador, todas las partes móviles dentro de él, incluido el volante, se ponen en movimiento. 

Una vez que el motor de arranque se ha energizado por completo, se conecta al cigüeñal del motor mediante un cable que se tira manualmente o mediante un solenoide engranado que se energiza eléctricamente. Cuando el motor de arranque está acoplado o engranado, la energía del volante se transfiere al motor a través de conjuntos de engranajes reductores y un embrague de liberación de sobrecarga de torsión. 

Arrancador eléctrico de arranque directo - Direct Cranking Electric Starter  

El sistema de arranque más utilizado en todos los tipos de motores alternativos utiliza el arranque eléctrico de arranque directo. Este tipo de arrancador proporciona un arranque instantáneo y continuo cuando está energizado. 

El arrancador eléctrico de arranque directo consta básicamente de un motor eléctrico, engranajes reductores y un mecanismo automático de activación y desactivación que funciona a través de un embrague de liberación de sobrecarga de par ajustable. En la figura se muestra un circuito típico para un arrancador eléctrico de arranque directo. 

El motor arranca directamente cuando el solenoide de arranque está cerrado. Como se muestra en la figura, los cables principales que van desde el motor de arranque hasta la batería son resistentes para transportar el flujo de alta corriente, que puede oscilar entre 350 amperios y 100 amperios (amperios), según el par de arranque requerido.

El motor de arranque típico es un motor bobinado en serie de 12 o 24 voltios que desarrolla un alto par de arranque. El par del motor se transmite a través de engranajes reductores al embrague de liberación de sobrecarga. Por lo general, esta acción activa un eje estriado helicoidalmente que mueve la mordaza de arranque hacia afuera para enganchar la mordaza de arranque del motor antes de que la mordaza de arranque comience a girar. 

Una vez que el motor alcanza una velocidad predeterminada, el motor de arranque se desconecta automáticamente. El esquema de la figura proporciona una disposición pictórica de un sistema de arranque completo para un avión ligero bimotor.

Sistema de arranque eléctrico de arranque directo para motores reciprocos grandes - Direct Cranking Electric Starting System for Large Reciprocating Engines 

En un sistema típico de arranque de motor alternativo de alta potencia, el arranque eléctrico de arranque directo consta de dos componentes básicos: un conjunto de motor y una sección de engranajes. La sección de engranajes está atornillada al extremo impulsor del motor para formar una unidad completa. 

El conjunto del motor consiste en el conjunto del inducido y el piñón del motor, el conjunto de la campana del extremo y el conjunto de la carcasa del motor. La carcasa del motor también actúa como yugo magnético para la estructura de campo.

El motor de arranque es un motor interpolar serie no reversible. Su velocidad varía directamente con el voltaje aplicado e inversamente con la carga. La sección del engranaje de arranque consta de una carcasa externa con una brida de montaje integral, una reducción de engranajes planetarios, un conjunto de engranajes integrales y de sol, un embrague limitador de torsión y un conjunto de mordaza y cono. 

Cuando el circuito de arranque está cerrado, el par desarrollado en el motor de arranque se transmite a la mordaza de arranque a través del tren de engranajes de reducción y el embrague. El tren de engranajes del motor de arranque convierte el bajo par de alta velocidad del motor en el alto par de baja velocidad necesario para arrancar el motor. 

En la sección de engranajes, el piñón del motor engrana con el engranaje en el contraeje intermedio. El piñón de la contraflecha engrana con el engranaje interno. 

El engranaje interno es una parte integral del conjunto del engranaje solar y está unido rígidamente al eje del engranaje solar. El engranaje solar impulsa tres engranajes planetarios que forman parte del conjunto de engranajes planetarios. Los ejes de los engranajes planetarios individuales están soportados por el brazo de transporte planetario, una pieza similar a un barril que se muestra en la figura.

El brazo portador transmite el par desde los engranajes planetarios a la mordaza de arranque de la siguiente manera:  

1. La parte cilíndrica del brazo portador está acanalada longitudinalmente alrededor de la superficie interior. 

2. Las estrías coincidentes se cortan en la superficie exterior de la parte cilíndrica de la mordaza de arranque. 

3. La mordaza se desliza hacia delante y hacia atrás dentro del brazo de transporte para acoplarse y desacoplarse del motor.

Los tres engranajes planetarios también engranan los dientes internos circundantes en las seis placas de embrague de acero. Estas placas están intercaladas con placas de embrague de bronce con estrías externas que se acoplan a los lados de la carcasa, evitando que giren. 

La presión adecuada se mantiene sobre el paquete del embrague mediante un conjunto de retención del resorte del embrague. Una tuerca móvil cilíndrica dentro de la mordaza de arranque extiende y retrae la mordaza. Las estrías en espiral que encajan con la mordaza alrededor de la pared interior de la tuerca se acoplan con estrías similares cortadas en una extensión del eje del engranaje solar.

Al estar acanalado de esta manera, la rotación del eje fuerza la salida de la tuerca y la tuerca lleva consigo la mordaza. Un resorte de mordaza alrededor de la tuerca móvil lleva la mordaza con la tuerca y tiende a mantener una superficie de embrague cónica alrededor de la pared interna de la cabeza de la mordaza asentada contra una superficie similar alrededor de la parte inferior de la cabeza de la tuerca. 

Se instala un resorte de retorno en la extensión del eje del engranaje solar entre un hombro, formado por las estrías alrededor de la pared interna de la tuerca móvil, y una tuerca de retención del tope de mordaza en el extremo del eje. 

Debido a que las superficies de embrague cónicas de la tuerca móvil y la mordaza de arranque están acopladas por la presión del resorte de la mordaza, las dos partes tienden a girar a la misma velocidad. Sin embargo, la extensión del eje del engranaje solar gira seis veces más rápido que la mordaza. Las estrías en espiral están cortadas a la izquierda, y la extensión del eje del engranaje solar.

La mordaza se mueve hacia afuera hasta que se detiene ya sea por acoplamiento con el motor o por la tuerca de retención del tope de la mordaza. La tuerca de recorrido continúa moviéndose ligeramente más allá del límite del recorrido de la mordaza, lo suficiente para aliviar parte de la presión del resorte sobre las superficies cónicas del embrague. 

Mientras el motor de arranque continúa girando, hay suficiente presión en las superficies cónicas del embrague para proporcionar torsión en las estrías en espiral que equilibran la mayor parte de la presión del resorte de la mordaza. Si el motor no arranca, la mordaza de arranque no se retrae ya que el mecanismo de arranque no proporciona fuerza de retracción. 

Sin embargo, cuando el motor arranca y la mordaza del motor pasa por encima de la mordaza del motor de arranque, las rampas inclinadas de los dientes de la mordaza fuerzan la mordaza del motor de arranque contra el motor de arranque contra la presión del resorte de la mordaza. Esto desacopla por completo las superficies cónicas del embrague.

Cuando el motor de arranque y el motor están funcionando, existe una fuerza de enganche que mantiene las mordazas en contacto y continúa hasta que se desactiva el motor de arranque. Sin embargo, los dientes de la mordaza del motor que se mueven rápidamente, al golpear los dientes de la mordaza del motor de arranque que se mueven lentamente, mantienen la mordaza del motor desacoplada. 

Tan pronto como el motor de arranque se detiene, se elimina la fuerza de enganche y el pequeño resorte de retorno lanza la mordaza del motor de arranque a su posición totalmente retraída, donde permanece hasta el próximo arranque. Cuando la mordaza del arrancador se acopla por primera vez con la mordaza del motor, la armadura del motor ha tenido tiempo de alcanzar una velocidad considerable debido a su alto par de arranque.

En la acción normal de arranque directo, las placas internas del embrague de engranajes de acero se mantienen estacionarias por la fricción de las placas de bronce con las que están intercaladas. Sin embargo, cuando el par impuesto por el motor excede el ajuste del embrague, las placas internas del embrague del engranaje giran contra la fricción del embrague, lo que permite que los engranajes planetarios giren mientras el brazo de transporte planetario y la mordaza permanecen estacionarios. 

Cuando el motor alcanza la velocidad que el arrancador está tratando de alcanzar, el torque cae a un valor menor que el ajuste del embrague, las placas internas del embrague del engranaje se vuelven a mantener estacionarias y la mordaza gira a la velocidad que el motor está tratando de alcanzar. Manéjalo. Los interruptores de control de arranque se muestran esquemáticamente en la figura.

El interruptor selector del motor debe colocarse y el interruptor de arranque y el interruptor de seguridad (conectados en serie) deben estar cerrados antes de que se pueda energizar el motor de arranque. La corriente se suministra al circuito de control del arrancador a través de un disyuntor etiquetado como "Arrancador, cebador y vibrador de inducción". 

Cuando el interruptor selector del motor está en la posición de arranque del motor, cerrar el motor de arranque energiza el relé de arranque ubicado en el área de la góndola del motor. La activación del relé de arranque completa el circuito de alimentación del motor de arranque. La corriente necesaria para esta carga pesada se toma directamente del bus maestro a través del cable del bus de arranque.

Todos los sistemas de arranque tienen límites de tiempo de operación debido a la alta energía utilizada durante el arranque o la rotación del motor. Estos límites se denominan límites del arrancador y deben respetarse o se producirá un sobrecalentamiento y daños en el arrancador. Después de energizar el arrancador durante 1 minuto, debe dejarse enfriar durante al menos 1 minuto. Después de un segundo o posterior período de arranque de 1 minuto, debe enfriarse durante 5 minutos. 

Sistema de arranque eléctrico de arranque directo para aeronaves pequeñas - Direct Cranking Electric Starting System for Small Aircraft

La mayoría de los aviones pequeños con motores alternativos emplean un sistema de arranque eléctrico de arranque directo. Algunos de estos sistemas son sistemas de arranque activados automáticamente, mientras que otros se activan manualmente.

Los sistemas de arranque accionados manualmente que se utilizan en muchas aeronaves pequeñas más antiguas emplean un piñón de accionamiento de embrague de sobrerrevolucionado operado manualmente para transmitir potencia desde un motor de arranque eléctrico a un engranaje impulsor de arranque del cigüeñal. 

Una perilla o manija en el panel de instrumentos está conectada por un control flexible a una palanca en el motor de arranque. Esta palanca cambia el piñón de mando del motor de arranque a la posición acoplada y cierra los contactos del interruptor de motor de arranque cuando se tira de la perilla o manija del motor de arranque. 

La palanca de arranque está unida a un resorte de retorno que devuelve la palanca y el control flexible a la posición de apagado. Cuando el motor arranca, la acción de sobremarcha del embrague protege el piñón de mando del motor de arranque hasta que se puede soltar la palanca de cambios para desacoplar el piñón. Para la unidad típica, hay una longitud específica de recorrido para el piñón del engranaje de arranque.  

Los sistemas de arranque automático, o de activación remota por solenoide, emplean un arrancador eléctrico montado en un adaptador de motor. Un solenoide de arranque se activa presionando un botón o girando la llave de encendido en el panel de instrumentos. 

Cuando se activa el solenoide, sus contactos se cierran y la energía eléctrica energiza el motor de arranque. La rotación inicial del motor de arranque activa el motor de arranque a través de un embrague de sobrerrevolucionado en el adaptador de arranque, que incorpora engranajes reductores de tornillo sinfín.

Algunos motores incorporan un sistema de arranque automático que emplea un motor de arranque eléctrico montado en un adaptador de transmisión en ángulo recto. A medida que el motor de arranque recibe energía eléctrica, el eje del tornillo sin fin del adaptador y el engranaje se acoplan al engranaje del eje del arranque por medio de un conjunto de resorte y embrague. El engranaje del eje, a su vez, hace girar el cigüeñal. 

Cuando el motor comienza a girar con su propia potencia, el resorte del embrague se suelta del engranaje del eje. El adaptador de arranque utiliza un eje de engranaje impulsor de tornillo sinfín y un engranaje de tornillo sinfín para transferir el par del motor de arranque al conjunto del embrague. 

A medida que el engranaje helicoidal gira la rueda helicoidal y el resorte del embrague, el resorte del embrague se aprieta alrededor del tambor del engranaje del eje del motor de arranque. A medida que gira el engranaje del eje, el par se transmite directamente al engranaje del cigüeñal. 

Otros motores utilizan un arrancador que acciona una corona dentada montada en el eje de la hélice. Utiliza un motor eléctrico y un engranaje impulsor que se activa cuando el motor recibe energía y hace girar el engranaje, que se mueve hacia fuera y se acopla con la corona dentada en el cubo de la hélice, lo que hace girar el motor para arrancar. 

Cuando el motor arranca, el engranaje impulsor del motor de arranque gira hacia atrás por el giro del motor, lo que desacopla el engranaje impulsor. Los motores de arranque en aeronaves pequeñas también tienen límites operativos con tiempos de enfriamiento que deben observarse. 

Prácticas de mantenimiento del sistema de arranque del motor reciproco - Reciprocating Engine Starting System Maintenance Practices 

La mayoría de las prácticas de mantenimiento del sistema de arranque incluyen reemplazar las escobillas y los resortes de las escobillas del motor de arranque, limpiar los conmutadores sucios y rechazar los conmutadores de arranque quemados o descentrados. 

Como regla general, las escobillas de arranque deben reemplazarse cuando se hayan desgastado hasta aproximadamente la mitad de su longitud original. La tensión del resorte de las escobillas debe ser suficiente para que las escobillas tengan un buen contacto firme con el conmutador. Los cables de las escobillas no deben estar rotos y los tornillos de los terminales de los cables deben estar bien apretados.  

Un conmutador de arranque vidriado o sucio se puede limpiar sujetando una tira de papel de lija doble 0 o una piedra de asiento de cepillo contra el conmutador mientras se gira. El papel de lija o la piedra deben moverse de un lado a otro del conmutador para evitar que se desgaste una ranura. El papel de esmeril o el carborundum nunca deben usarse para este propósito debido a su posible acción de cortocircuito.

Las condiciones de aspereza, falta de redondez o alto contenido de mica son razones para rechazar el conmutador. En el caso de una condición de alto contenido de mica, se debe socavar la mica después de realizar la operación de torneado. 

Se debe comprobar el desgaste del engranaje impulsor junto con la corona. Las conexiones eléctricas deben comprobarse en busca de holguras y corrosión. Además, verifique la seguridad del montaje de la carcasa del arrancador.