馃敶✈️ 349. Aviaci贸n: Sistemas de Refrigeraci贸n de Motores - Engine Cooling Systems 馃殎
Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 2, Pagina: 6-33
(Recuerda que nuestra informacion esta basada en manuales certificados de la Federal Aviation Administration FAA)
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Aviation: Engine Cooling Systems
El calor excesivo siempre es indeseable tanto en los motores de avi贸n alternativos como de turbina. Si no se dispusiera de medios para su control o eliminaci贸n, se producir铆an da帽os importantes o fallo total del motor. Aunque la gran mayor铆a de los motores alternativos est谩n refrigerados por aire, algunos motores di茅sel refrigerados por l铆quido est谩n disponibles para aviones ligeros.
En un motor enfriado por l铆quido, alrededor del cilindro hay camisas de agua, en las que circula refrigerante l铆quido y el refrigerante elimina el exceso de calor. Luego, el exceso de calor se disipa mediante un intercambiador de calor o un radiador que utiliza un flujo de aire. Los motores de turbina utilizan un flujo de aire secundario para enfriar los componentes internos y muchos de los componentes exteriores.
Sistemas de enfriamiento de motores reciprocos - Reciprocating Engine Cooling Systems
Un motor de combusti贸n interna es una m谩quina de calor que convierte la energ铆a qu铆mica del combustible en energ铆a mec谩nica en el cig眉e帽al. Sin embargo, no hace esto sin cierta p茅rdida de energ铆a, e incluso los motores de avi贸n m谩s eficientes pueden desperdiciar entre el 60 y el 70 por ciento de la energ铆a original del combustible.
A menos que la mayor parte de este calor residual se elimine r谩pidamente, los cilindros pueden calentarse lo suficiente como para causar una falla completa del motor. El calor excesivo es indeseable en cualquier motor de combusti贸n interna por tres razones principales:
1. Afecta el comportamiento de la combusti贸n de la carga de aire/combustible.
2. Debilita y acorta la vida de las piezas del motor.
3. Perjudica la lubricaci贸n.
Si la temperatura dentro del cilindro del motor es demasiado alta, la mezcla de aire y combustible se precalienta y la combusti贸n se produce antes del tiempo deseado. Dado que la combusti贸n prematura provoca detonaciones, golpes y otras condiciones indeseables, debe haber una manera de eliminar el calor antes de que cause da帽os.
Un gal贸n de gasolina de aviaci贸n tiene suficiente poder calor铆fico para hervir 75 galones de agua; por lo tanto, es f谩cil ver que un motor que quema 4 galones de combustible por minuto libera una enorme cantidad de calor. Alrededor de una cuarta parte del calor liberado se transforma en energ铆a 煤til. El resto del calor debe disiparse para que no sea destructivo para el motor.
En el motor t铆pico de un avi贸n, la mitad del calor sale con el escape y la otra parte es absorbida por el motor. El aceite en circulaci贸n recoge parte de este calor absorbido y lo transfiere a la corriente de aire a trav茅s del enfriador de aceite.
El sistema de refrigeraci贸n del motor se encarga del resto. El enfriamiento consiste en transferir el exceso de calor de los cilindros al aire, pero ese trabajo implica m谩s que simplemente colocar los cilindros en la corriente de aire.
Un cilindro en un motor grande es aproximadamente del tama帽o de una jarra de un gal贸n. Su superficie exterior, sin embargo, se incrementa mediante el uso de aletas de refrigeraci贸n, de modo que presenta un exterior del tama帽o de un barril al aire de refrigeraci贸n.
Tal disposici贸n aumenta la transferencia de calor por convecci贸n. Si se rompe demasiada parte del 谩rea de la aleta de enfriamiento, el cilindro no puede enfriarse correctamente y se desarrolla un punto caliente. Por lo tanto, los cilindros normalmente se reemplazan si falta un n煤mero espec铆fico de pulgadas cuadradas de aletas.
La cubierta y los deflectores est谩n dise帽ados para forzar el aire sobre las aletas de enfriamiento del cilindro. Los deflectores dirigen el aire alrededor de los cilindros y evitan que se formen charcos calientes de aire estancado mientras las corrientes principales pasan sin usarse.
Los tubos de explosi贸n est谩n integrados en los deflectores para dirigir los chorros de aire de refrigeraci贸n hacia los codos de las buj铆as traseras de cada cilindro para evitar el sobrecalentamiento de los cables de encendido.
Un motor puede tener una temperatura de funcionamiento demasiado baja. Por las mismas razones por las que un motor se calienta antes del despegue, se mantiene caliente durante el vuelo. La evaporaci贸n y distribuci贸n del combustible y la circulaci贸n del aceite dependen de que el motor se mantenga a su temperatura 贸ptima de funcionamiento.
El motor de la aeronave tiene controles de temperatura que regulan la circulaci贸n de aire sobre el motor. A menos que se proporcionen algunos controles, el motor podr铆a sobrecalentarse en el despegue y enfriarse demasiado en altas altitudes, alta velocidad y baja potencia.
El medio m谩s com煤n para controlar el enfriamiento es el uso de aletas de cap贸. Estas aletas se abren y cierran mediante tornillos elevadores accionados por motores el茅ctricos, actuadores hidr谩ulicos o manualmente en algunos aviones ligeros. Cuando se extienden para aumentar el enfriamiento, las aletas del cap贸 producen resistencia y sacrifican la aerodin谩mica por el enfriamiento adicional.
En el despegue, las aletas del cap贸 se abren solo lo suficiente para mantener el motor por debajo de la temperatura de la l铆nea roja. Se permite el calentamiento por encima del rango normal para que la resistencia sea lo m谩s baja posible.
Durante las operaciones en tierra, las aletas del cap贸 deben abrirse por completo, ya que la resistencia no importa y el enfriamiento debe establecerse al m谩ximo. Los flaps de cap贸 se utilizan principalmente con aviones m谩s antiguos e instalaciones de motores radiales.
Algunas aeronaves usan aumentadores para proporcionar un flujo de aire de enfriamiento adicional. Cada g贸ndola tiene dos pares de tubos que van desde el compartimiento del motor hasta la parte trasera de la g贸ndola.
Los colectores de escape alimentan los gases de escape a los tubos aumentadores internos. El gas de escape se mezcla con el aire que ha pasado sobre el motor y lo calienta para formar un escape similar a un chorro de alta temperatura y baja presi贸n.
Esta 谩rea de baja presi贸n en los aumentadores atrae aire de enfriamiento adicional sobre el motor. El aire que ingresa a las cubiertas exteriores de los aumentadores se calienta a trav茅s del contacto con los tubos aumentadores pero no se contamina con los gases de escape. El aire caliente de la carcasa va al sistema de calefacci贸n, descongelaci贸n y antihielo de la cabina.
Los aumentadores utilizan la velocidad de los gases de escape para generar un flujo de aire sobre el motor, de modo que el enfriamiento no dependa completamente del lavado de la h茅lice. Las paletas instaladas en los aumentadores controlan el volumen de aire.
Estas paletas generalmente se dejan en la posici贸n de seguimiento para permitir el flujo m谩ximo. Se pueden cerrar para aumentar el calor para uso en cabina o antihielo o para evitar que el motor se enfr铆e demasiado durante el descenso desde la altura.
Adem谩s de los aumentadores, algunas aeronaves tienen puertas de calor residual o aletas de g贸ndola que se utilizan principalmente para dejar escapar el calor retenido despu茅s de apagar el motor. Las aletas de la g贸ndola se pueden abrir para obtener m谩s enfriamiento que el proporcionado por los aumentadores.
En algunas aeronaves ligeras se utiliza una forma modificada del sistema de enfriamiento del aumentador descrito anteriormente. Los sistemas de aumento no se utilizan mucho en los aviones modernos.
Como se muestra en la figura, el motor se enfr铆a a presi贸n con aire que entra a trav茅s de dos aberturas en el cap贸, una a cada lado del eje de la h茅lice. Una c谩mara de presi贸n est谩 sellada en la parte superior del motor con deflectores que dirigen correctamente el flujo de aire de refrigeraci贸n a todas las partes del compartimiento del motor.
El aire caliente se extrae de la parte inferior del compartimiento del motor por la acci贸n de bombeo de los gases de escape a trav茅s de los eyectores de escape. Este tipo de sistema de refrigeraci贸n elimina el uso de aletas de cap贸 controlables y asegura una refrigeraci贸n adecuada del motor a todas las velocidades de funcionamiento.
Mantenimiento del sistema de enfriamiento del motor reciproco o alternativo - Reciprocating Engine Cooling System Maintenance
El sistema de enfriamiento del motor de la mayor铆a de los motores alternativos generalmente consta de la cubierta del motor, los deflectores de los cilindros, las aletas de los cilindros y algunos usan un tipo de aletas de cubierta. Adem谩s de estas unidades principales, tambi茅n existen algunos sistemas indicadores de temperatura, como la temperatura de la culata, la temperatura del aceite y la temperatura de los gases de escape.
El carenado realiza dos funciones:
1. Agiliza el voluminoso motor para reducir la resistencia.
2. Forma una envoltura alrededor del motor que fuerza el paso del aire alrededor y entre los cilindros, absorbiendo el calor disipado por las aletas de los cilindros.
Las bases de los cilindros son escudos met谩licos, dise帽ados y dispuestos para dirigir el flujo de aire uniformemente alrededor de todos los cilindros. Esta distribuci贸n uniforme del aire ayuda a evitar que uno o m谩s cilindros est茅n excesivamente m谩s calientes que los dem谩s.
Las aletas del cilindro irradian calor desde las paredes y cabezas de los cilindros. A medida que el aire pasa por las aletas, absorbe este calor, lo aleja del cilindro y sale por la borda a trav茅s de la parte inferior trasera del cap贸.
Las aletas del cap贸 controlables proporcionan un medio para disminuir o aumentar el 谩rea de salida en la parte trasera del cap贸 del motor.
Al cerrar las aletas del cap贸, se reduce el 谩rea de salida, lo que reduce efectivamente la cantidad de aire que puede circular por las aletas del cilindro. El flujo de aire reducido no puede llevarse tanto calor; por lo tanto, existe una tendencia a que la temperatura del motor tienda a aumentar.
Al abrir las aletas del cap贸, el 谩rea de salida es m谩s grande. El flujo de aire de refrigeraci贸n sobre los cilindros aumenta, absorbiendo m谩s calor y la temperatura del motor tiende a disminuir. Una buena inspecci贸n y mantenimiento en el cuidado del sistema de enfriamiento del motor ayuda a una operaci贸n general eficiente y econ贸mica del motor.
Mantenimiento de la cubierta del motor - Maintenance of Engine Cowling
Del flujo de aire ram total que se acerca a la g贸ndola del motor en el aire, solo entre el 15 y el 30 por ciento ingresa a la cubierta para proporcionar enfriamiento al motor. El aire restante fluye sobre el exterior de la capota. Por lo tanto, la forma externa de la capota se debe alisar de manera que permita que el aire fluya suavemente sobre la capota con una m铆nima p茅rdida de energ铆a.
El cap贸 del motor discutido en esta secci贸n es t铆pico del que se usa en muchos motores opuestos radiales u horizontales. Todos los sistemas de enfriamiento funcionan de la misma manera, con peque帽os cambios de ingenier铆a dise帽ados para instalaciones espec铆ficas.
El cap贸 se fabrica en secciones desmontables, el n煤mero var铆a seg煤n la marca y el modelo de la aeronave. La instalaci贸n que se muestra en la figura contiene dos secciones que se bloquean juntas cuando se instalan.
Los paneles de la cubierta, fabricados con l谩minas de aluminio o material compuesto, tienen una superficie externa lisa para permitir el flujo de aire sin perturbaciones sobre la cubierta. La construcci贸n interna est谩 dise帽ada para dar resistencia al panel y, adem谩s, proporcionar recept谩culos para los pestillos de palanca, el soporte del cap贸 y el sello de aire del motor.
Un sello de aire est谩 construido de material de goma, atornillado a una nervadura de metal remachada al panel de la cubierta. Este sello, como su nombre lo indica, sella el aire en la secci贸n del motor, evitando que el aire se escape por la superficie interior del panel sin circular por los cilindros.
El sello de aire del motor debe usarse en motores que tienen un sistema completo de deflector de cilindros que cubre las culatas. Su prop贸sito es forzar al aire a circular alrededor ya trav茅s del sistema deflector. Inspeccione los paneles del cap贸 durante cada inspecci贸n regular del motor y de la aeronave. Quitar la cubierta para el mantenimiento brinda la oportunidad de inspeccionar la cubierta con m谩s frecuencia.
Inspeccione los paneles de la cubierta en busca de rayones, abolladuras y rasgaduras en los paneles. Este tipo de da帽o provoca la debilidad de la estructura del panel, aumenta la resistencia al interrumpir el flujo de aire y contribuye al inicio de la corrosi贸n.
Se deben inspeccionar los pestillos del panel de la cubierta en busca de remaches tirados y manijas sueltas o da帽adas. Se debe examinar la construcci贸n interna del panel para ver que las nervaduras de refuerzo no est茅n agrietadas y que el sello de aire no est茅 da帽ado.
Las bisagras de la aleta del cap贸, si las tiene, y las uniones de las bisagras de la aleta del cap贸 deben revisarse para garantizar la seguridad del montaje y si hay roturas o grietas. Estas inspecciones son comprobaciones visuales y deben realizarse con frecuencia para garantizar que el cap贸 se pueda reparar y contribuya a una refrigeraci贸n eficiente del motor.
Inspecci贸n de la aleta de refrigeraci贸n del cilindro del motor - Engine Cylinder Cooling Fin Inspection
Las aletas de refrigeraci贸n son de suma importancia para el sistema de refrigeraci贸n, ya que proporcionan un medio para transferir el calor del cilindro al aire. Su estado puede significar la diferencia entre una adecuada o inadecuada refrigeraci贸n de los cilindros. Las aletas se inspeccionan en cada inspecci贸n regular. El 谩rea de la aleta es el 谩rea total (ambos lados de la aleta) expuesta al aire.
Durante la inspecci贸n, las aletas deben examinarse en busca de grietas y roturas. Las peque帽as grietas no son motivo para retirar el cilindro. Estas grietas se pueden rellenar o incluso a veces perforar para evitar que se agrieten m谩s.
Las esquinas 谩speras o afiladas de las aletas se pueden alisar limando, y esta acci贸n elimina una posible fuente de nuevas grietas. Sin embargo, antes de volver a perfilar las aletas de enfriamiento del cilindro, consulte el manual de servicio o reacondicionamiento del fabricante para conocer los l铆mites permitidos.
La definici贸n del 谩rea de la aleta se vuelve importante en el examen de las aletas en busca de 谩reas rotas. Es un factor determinante para la aceptaci贸n o retiro del cilindro. Por ejemplo, en cierto motor, si m谩s de 12 pulgadas de largo de cualquier aleta, medida en su base, est谩 completamente rota, o si el total de aletas rotas en cualquier culata excede las 83 pulgadas cuadradas de 谩rea, el el cilindro es removido y reemplazado.
El motivo de la eliminaci贸n en este caso es que un 谩rea de ese tama帽o provocar铆a un punto caliente en el cilindro; ya que podr铆a ocurrir muy poca transferencia de calor.
Cuando las aletas adyacentes se rompen en la misma 谩rea, la longitud total de rotura permitida es de seis pulgadas en dos aletas adyacentes, cuatro pulgadas en tres aletas adyacentes, dos pulgadas en cuatro aletas adyacentes y una pulgada en cinco aletas adyacentes.
Si la longitud de rotura en las aletas adyacentes excede esta cantidad prescrita, el cilindro debe retirarse y reemplazarse. Estas especificaciones de rotura se aplican solo al motor utilizado en esta discusi贸n como un ejemplo t铆pico. En cada caso espec铆fico, se deben consultar las instrucciones del fabricante aplicable.
Inspecci贸n del sistema deflector y deflector del cilindro - Cylinder Baffle and Deflector System Inspection
Los motores alternativos utilizan alg煤n tipo de deflectores entre cilindros y culatas para obligar al aire de refrigeraci贸n a entrar en estrecho contacto con todas las partes de los cilindros. La figura muestra un sistema deflector y deflector alrededor de un cilindro. El deflector de aire bloquea el flujo de aire y lo obliga a circular entre el cilindro y los deflectores.
La figura ilustra una disposici贸n de deflector y deflector dise帽ada para enfriar la culata. El deflector de aire evita que el aire salga de la culata y lo obliga a pasar entre la culata y el deflector.
Aunque la resistencia que ofrecen los deflectores al paso del aire de enfriamiento exige que se mantenga un diferencial de presi贸n apreciable en todo el motor para obtener el flujo de aire necesario, el volumen de aire de enfriamiento requerido se reduce considerablemente si se emplean deflectores de cilindro correctamente dise帽ados y ubicados.
Como se muestra en la Figura, el flujo de aire se acerca a la g贸ndola y se acumula en la parte superior del motor, creando una alta presi贸n en la parte superior de los cilindros. Esta acumulaci贸n de aire reduce la velocidad del aire. La salida en la parte inferior trasera del carenado produce un 谩rea de baja presi贸n. A medida que el aire se acerca a la salida del cap贸, vuelve a acelerarse y se fusiona suavemente con la corriente de aire.
El diferencial de presi贸n entre la parte superior e inferior del motor fuerza el paso del aire por los cilindros a trav茅s de los conductos formados por los deflectores. Los deflectores y deflectores normalmente se inspeccionan durante la inspecci贸n regular del motor, pero deben revisarse cada vez que se quita la cubierta por cualquier motivo.
Deben revisarse si hay grietas, abolladuras o pernos de sujeci贸n sueltos. Las grietas o abolladuras, si son lo suficientemente graves, requerir谩n reparaci贸n o remoci贸n y reemplazo de estas unidades.
Sistemas de indicaci贸n de temperatura del cilindro - Cylinder Temperature Indicating Systems
Este sistema generalmente consta de un indicador, cableado el茅ctrico y un termopar. El cableado se encuentra entre el instrumento y el cortafuegos de la g贸ndola. En el cortafuegos, un extremo de los cables del termopar se conecta al cableado el茅ctrico y el otro extremo de los cables del termopar se conecta al cilindro.
El termopar consta de dos metales diferentes, generalmente constante y hierro, conectados por cableado a un sistema indicador. Si la temperatura de la uni贸n es diferente de la temperatura donde los metales diferentes est谩n conectados a los cables, se produce un voltaje. Este voltaje env铆a una corriente a trav茅s de cables al indicador, un instrumento de medici贸n de corriente graduado en grados.
El extremo del termopar que se conecta al cilindro es del tipo bayoneta o junta. Para instalar el tipo de bayoneta, la tuerca moleteada se empuja hacia abajo y se gira en el sentido de las agujas del reloj hasta que quede ajustada.
Al quitar este tipo, la tuerca se empuja hacia abajo y se gira en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que se suelta. El tipo de junta encaja debajo de la buj铆a y reemplaza la junta de buj铆a normal.
Al instalar un cable de termopar, recuerde no cortar el cable porque es demasiado largo, pero enrolle y ate el exceso de longitud. El termopar est谩 dise帽ado para producir una determinada cantidad de resistencia. Si se reduce la longitud del cable, se obtiene una lectura de temperatura incorrecta. La bayoneta o junta del termopar se inserta o instala en el cilindro m谩s caliente del motor, seg煤n lo determinado en la prueba de bloque.
Cuando el termopar est谩 instalado y el cableado conectado al instrumento, la lectura indicada es la temperatura del cilindro. Antes de poner en marcha el motor, siempre que est茅 a temperatura ambiente, el indicador de temperatura de la culata indica la temperatura del aire exterior libre; esa es una prueba para determinar que el instrumento est谩 funcionando correctamente.
La cubierta de vidrio del indicador de temperatura de la culata debe revisarse regularmente para ver que no se haya resbalado o agrietado.
Se debe revisar el vidrio de la cubierta para detectar indicaciones de calcoman铆as faltantes o da帽adas que indiquen limitaciones de temperatura. Si los cables del termopar ten铆an una longitud excesiva y ten铆an que enrollarse y amarrarse, se debe inspeccionar la atadura para ver si est谩 segura o si el cable est谩 desgastado. Se debe inspeccionar la bayoneta o la junta para verificar su limpieza y la seguridad del montaje.
Sistemas indicadores de temperatura de gases de escape - Exhaust Gas Temperature Indicating Systems
El indicador de temperatura de los gases de escape consta de un termopar colocado en la corriente de escape justo despu茅s del puerto del cilindro. Luego se conecta al instrumento en el panel de instrumentos. Esto permite el ajuste de la mezcla, que tiene un gran efecto en la temperatura del motor. Mediante el uso de este instrumento para establecer la mezcla, la temperatura del motor se puede controlar y monitorear.