馃敶✈️ 318. Componentes del Sistema de Combustible en el Motor de una Aeronave 馃殎
Manual: FAA-H-8083-32A, Aviation Maintenance Technician Handbook Powerplant, Volume 1, Pagina: 2-43
(Recuerda que nuestra informacion esta basada en manuales certificados de la Federal Aviation Administration FAA)
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Bombas de combustible principales (impulsadas por motor) - Main Fuel Pumps (Engine Driven)
Las bombas de combustible principales proporcionan un suministro continuo de combustible a la presi贸n adecuada y en todo momento durante el funcionamiento del motor de la aeronave. La bomba de combustible impulsada por el motor debe ser capaz de entregar el flujo m谩ximo necesario a la presi贸n adecuada para obtener un rociado de boquilla satisfactorio y una regulaci贸n precisa del combustible.
Estas bombas de combustible accionadas por motor se pueden dividir en dos categor铆as distintas de sistemas: 1. Desplazamiento constante 2. Desplazamiento no constante.
Su uso depende de en qu茅 parte del sistema de combustible del motor se utilicen. En general, se usa un desplazamiento no positivo (bomba centr铆fuga) en la entrada de la bomba impulsada por motor para proporcionar flujo positivo a la segunda etapa de la bomba. La salida de una bomba centr铆fuga se puede variar seg煤n sea necesario y, a veces, se denomina etapa de refuerzo de la bomba impulsada por motor.
La segunda etapa o etapa principal de la bomba de combustible accionada por motor para motores de turbina es generalmente un tipo de bomba de desplazamiento positivo. El t茅rmino “desplazamiento positivo” significa que el engranaje suministra una cantidad fija de combustible al motor por cada revoluci贸n de los engranajes de la bomba.
Las bombas de engranajes tienen caracter铆sticas de flujo aproximadamente en l铆nea recta, mientras que los requisitos de combustible fluct煤an con el vuelo o las condiciones del aire ambiental.
Por lo tanto, una bomba de capacidad adecuada en todas las condiciones de operaci贸n del motor tiene un exceso de capacidad en la mayor parte del rango de operaci贸n. Esta es la caracter铆stica que requiere el uso de una v谩lvula de alivio de presi贸n para desviar el exceso de combustible hacia la entrada.
En la figura se ilustra una bomba t铆pica impulsada por un motor de turbina de dos etapas. El impulsor, que es impulsado a mayor velocidad que los elementos de alta presi贸n, aumenta la presi贸n del combustible dependiendo de la velocidad del motor.
El combustible se descarga desde el elemento impulsor (impulsor) a los dos elementos de engranajes de alta presi贸n. Se incorpora una v谩lvula de alivio en el puerto de descarga de la bomba.
Esta v谩lvula se abre a una presi贸n predeterminada y es capaz de desviar el flujo total de combustible. Esto permite recircular el combustible en exceso del requerido para el funcionamiento del motor en ese momento.
El combustible de derivaci贸n se dirige al lado de entrada de la bomba de segunda etapa. El combustible fluye desde la bomba hasta la unidad de medici贸n de combustible o el control de combustible. El control de combustible a menudo est谩 conectado a la bomba de combustible.
La bomba de combustible tambi茅n est谩 lubricada por el combustible que pasa a trav茅s de la bomba, y nunca debe girarse sin que se suministre flujo de combustible a la entrada de la bomba. A medida que el motor se detiene al apagarse, la bomba de combustible debe recibir combustible hasta que se detenga.
Calentador de combustible - Fuel Heater
Los sistemas de combustible de los motores de turbina de gas son muy susceptibles a la formaci贸n de hielo en los filtros de combustible. Cuando el combustible en los tanques de combustible de la aeronave se enfr铆a a 32 °F o menos, el agua residual en el combustible tiende a congelarse, formando cristales de hielo.
Cuando estos cristales de hielo en el combustible quedan atrapados en el filtro, bloquean el flujo de combustible al motor, lo que provoca un problema muy grave.
Para evitar este problema, el combustible se mantiene a una temperatura por encima del punto de congelaci贸n. El combustible m谩s caliente tambi茅n puede mejorar la combusti贸n, por lo que se necesita alg煤n medio para regular la temperatura del combustible.
Un m茅todo para regular la temperatura del combustible es utilizar un calentador de combustible que funcione como intercambiador de calor para calentar el combustible. El calentador puede utilizar el aire de purga del motor o el aceite lubricante del motor como fuente de calor.
El tipo de aire de purga se denomina intercambiador de aire a l铆quido y el tipo de aceite se conoce como intercambiador de calor de l铆quido a l铆quido. La funci贸n de un calentador de combustible es proteger el sistema de combustible del motor de la formaci贸n de hielo.
Sin embargo, si se forma hielo en el filtro, el calentador tambi茅n se puede usar para descongelar el hielo en la pantalla de combustible para permitir que el combustible fluya libremente nuevamente.
En la mayor铆a de las instalaciones, el filtro de combustible est谩 equipado con un interruptor de advertencia de ca铆da de presi贸n, que enciende una luz de advertencia en el panel de instrumentos de la cabina. Si comienza a acumularse hielo en la superficie del filtro, la presi贸n a trav茅s del filtro disminuye lentamente. Cuando la presi贸n alcanza un valor predeterminado,
Los sistemas de deshielo de combustible est谩n dise帽ados para usarse de manera intermitente. El control del sistema puede ser manual, mediante un interruptor en la cabina, o autom谩tico, utilizando un elemento sensor termost谩tico en el calentador de combustible para abrir o cerrar la v谩lvula de cierre de aire o aceite.
En la figura se muestra un sistema de calentador de combustible. En un sistema FADEC, la computadora controla la temperatura del combustible al detectar la temperatura del combustible y calentarlo seg煤n sea necesario.
Filtros de combustible - Fuel Filters
Se instala un filtro de baja presi贸n entre los tanques de suministro y el sistema de combustible del motor para proteger la bomba de combustible impulsada por el motor y varios dispositivos de control.
Se instala un filtro de combustible de alta presi贸n adicional entre la bomba de combustible y el control de combustible para proteger el control de combustible de los contaminantes que podr铆an provenir de la bomba de baja presi贸n.
Los tres tipos m谩s comunes de filtros en uso son el filtro de micras, el filtro de malla de oblea y el filtro de malla de malla simple. El uso individual de cada uno de estos filtros est谩 dictado por el tratamiento de filtraci贸n requerido en un lugar particular. El filtro de micras tiene la mayor acci贸n de filtraci贸n de cualquier tipo de filtro actual y, como su nombre lo indica, se mide en micras.
(Una micra es una mil茅sima de 1 mil铆metro). El material de celulosa porosa que se usa con frecuencia en la construcci贸n de los cartuchos de filtro es capaz de eliminar materias extra帽as que miden entre 10 y 25 micras. Las diminutas aberturas hacen que este tipo de filtro sea susceptible de obstruirse; por lo tanto, una v谩lvula de derivaci贸n es un factor de seguridad necesario.
Dado que el filtro de micras hace un trabajo tan completo de eliminaci贸n de materias extra帽as, es especialmente valioso entre el tanque de combustible y el motor. El material de celulosa tambi茅n absorbe agua, evitando que pase por las bombas.
Si el agua se filtra a trav茅s del filtro, lo que sucede ocasionalmente cuando los elementos del filtro se saturan con agua, el agua puede da帽ar r谩pidamente los elementos de trabajo de la bomba de combustible y las unidades de control, ya que estos elementos dependen 煤nicamente del combustible para su lubricaci贸n.
Para reducir los da帽os causados por el agua a las bombas y unidades de control, es imperativo el mantenimiento y reemplazo peri贸dicos de los elementos del filtro. El drenaje diario de los sumideros de los tanques de combustible y los filtros de baja presi贸n elimina muchos problemas de los filtros y el mantenimiento indebido de las bombas y las unidades de control de combustible.
Los filtros m谩s utilizados son los de 200 mallas y los de 35 micras. Se utilizan en bombas de combustible, controles de combustible y entre la bomba de combustible y el control de combustible donde se necesita la eliminaci贸n de part铆culas micr贸nicas. Estos filtros, generalmente hechos de alambre de acero de malla fina, son una serie de capas de alambre.
El tipo de filtro de pantalla de oblea tiene un elemento reemplazable, que est谩 hecho de capas de discos de pantalla de bronce, lat贸n, acero o material similar. Este tipo de filtro es capaz de eliminar part铆culas micr贸nicas. Tambi茅n tiene la fuerza para soportar alta presi贸n.
Boquillas de pulverizaci贸n de combustible y colectores de combustible - Fuel Spray Nozzles and Fuel Manifolds
Aunque las boquillas de rociado de combustible son una parte integral del sistema de combustible, su dise帽o est谩 estrechamente relacionado con el tipo de c谩mara de combusti贸n en la que se instalan. Las boquillas de combustible inyectan combustible en el 谩rea de combusti贸n en un rociado altamente atomizado y con un patr贸n preciso para que la combusti贸n se complete de manera uniforme, en el menor tiempo posible y en el menor espacio posible.
Es muy importante que el combustible se distribuya uniformemente y est茅 bien centrado en el 谩rea de la llama dentro de los revestimientos. Esto es para evitar la formaci贸n de puntos calientes en las c谩maras de combusti贸n y para evitar que la llama atraviese el revestimiento.
Los tipos de boquillas de combustible var铆an considerablemente entre los motores, aunque en su mayor parte el combustible se roc铆a en el 谩rea de combusti贸n bajo presi贸n a trav茅s de peque帽os orificios en las boquillas. Los dos tipos de boquillas de combustible que se utilizan generalmente son las configuraciones simplex y d煤plex.
La boquilla d煤plex por lo general requiere un m煤ltiple doble y una v谩lvula de presurizaci贸n o un divisor de flujo para dividir el flujo de combustible primario y secundario (principal), pero la boquilla simple requiere solo un m煤ltiple para la entrega adecuada de combustible.
Las boquillas de combustible pueden construirse para instalarse de varias maneras. Los dos m茅todos que se utilizan con bastante frecuencia son: 1. Montaje externo en el que se proporciona una almohadilla de montaje para unir las boquillas a la caja o al codo de entrada de aire, con la boquilla cerca de la c煤pula; o 2. Montaje interno en el domo del liner, en el que se debe quitar la tapa de la c谩mara para reemplazar o dar mantenimiento a la boquilla.
Las boquillas utilizadas en un motor espec铆fico deben combinarse para que fluyan cantidades iguales de combustible. Incluso la distribuci贸n del combustible es importante para una combusti贸n eficiente en la secci贸n del quemador. La boquilla de combustible debe presentar un roc铆o fino con el patr贸n correcto y una atomizaci贸n 贸ptima.
Boquilla de combustible s铆mplex - Simplex Fuel Nozzle
La tobera de combustible simplex fue el primer tipo de tobera que se us贸 en los motores de turbina y se reemplaz贸 en la mayor铆a de las instalaciones con la tobera d煤plex, que brindaba una mejor atomizaci贸n en las velocidades de arranque y ralent铆. La boquilla simplex todav铆a se usa en varias instalaciones. Cada una de las boquillas simplex consta de una punta de boquilla, un inserto y un filtro formado por una malla fina y un soporte.
Boquilla de combustible d煤plex - Duplex Fuel Nozzle
La tobera de combustible d煤plex se usa ampliamente en los motores de turbina de gas actuales. Como se mencion贸 anteriormente, su uso requiere un divisor de flujo, pero al mismo tiempo ofrece un patr贸n de rociado deseable para la combusti贸n en una amplia gama de presiones operativas. En la figura se ilustra una boquilla t铆pica de este tipo.
Boquillas de chorro de aire - Airblast Nozzles
Las boquillas de chorro de aire se utilizan para proporcionar una mezcla mejorada del combustible y el flujo de aire para proporcionar un rociado 贸ptimo para la combusti贸n. Como se puede ver en la figura, las paletas de turbulencia se usan para mezclar el aire y el combustible en la abertura de la boquilla.
Al usar una proporci贸n del flujo de aire de combusti贸n primaria en el rociado de combustible, se pueden reducir las concentraciones de combustible ricas localmente. Este tipo de boquilla de combustible puede ser simple o d煤plex, seg煤n el motor.
Este tipo de boquilla puede operar a presiones de trabajo m谩s bajas que otras boquillas, lo que permite bombas m谩s livianas. Esta boquilla de chorro de aire tambi茅n ayuda a reducir la tendencia de la boquilla a formar carb贸n, lo que puede alterar el patr贸n de flujo.
Divisor de flujo - Flow Divider
Un divisor de flujo crea suministros de combustible primario y secundario que se descargan a trav茅s de colectores separados, proporcionando dos flujos de combustible separados. El combustible medido del control de combustible ingresa a la entrada del divisor de flujo y pasa a trav茅s de un orificio y luego a las boquillas primarias.
Un pasaje en el divisor de flujo dirige el flujo de combustible desde ambos lados del orificio hacia una c谩mara. Esta c谩mara contiene un fuelle de presi贸n diferencial, un restrictor de viscosidad compensada (VCR) y un amortiguador de sobretensiones. Durante el arranque del motor, se aplica presi贸n de combustible al puerto de entrada ya trav茅s de la VCR, el amortiguador de sobretensiones y al lado primario de las boquillas.
El combustible tambi茅n se aplica bajo presi贸n al exterior del fuelle del divisor de flujo ya trav茅s del amortiguador de oscilaciones al interior del fuelle del divisor de flujo. Esta presi贸n desigual hace que la v谩lvula divisora de flujo permanezca cerrada. Cuando aumenta el flujo de combustible, tambi茅n aumenta la presi贸n diferencial en los fuelles.
A una presi贸n predeterminada, el fuelle se comprime, lo que permite que se abra la v谩lvula divisora de flujo. Esta acci贸n inicia el flujo de combustible al colector secundario, lo que aumenta el flujo de combustible al motor. Este combustible sale por la abertura secundaria de las toberas.
V谩lvulas de descarga y presurizaci贸n de combustible - Fuel Pressurizing and Dump Valves
La v谩lvula de presurizaci贸n de combustible generalmente se requiere en motores que incorporan boquillas de combustible d煤plex para dividir el flujo en colectores primario y secundario. A los flujos de combustible requeridos para el arranque y el ralent铆 en altitud, todo el combustible pasa a trav茅s de la l铆nea primaria.
A medida que aumenta el flujo de combustible, la v谩lvula comienza a abrir la l铆nea principal hasta que, con el flujo m谩ximo, la l铆nea secundaria pasa aproximadamente el 90 por ciento del combustible.
Las v谩lvulas de presurizaci贸n de combustible por lo general atrapan el combustible delante del m煤ltiple, dando un corte positivo. Este corte evita que el combustible gotee en el colector y a trav茅s de las boquillas de combustible, lo que limita las postincendios y la carbonizaci贸n de las boquillas de combustible. La carbonizaci贸n ocurre porque las temperaturas de la c谩mara de combusti贸n se reducen y el combustible no se quema por completo.
Un divisor de flujo realiza esencialmente la misma funci贸n que una v谩lvula de presurizaci贸n. Se utiliza, como su nombre lo indica, para dividir el flujo a las boquillas de combustible d煤plex. No es inusual que las unidades que realizan funciones id茅nticas tengan una nomenclatura diferente entre los fabricantes de motores.
V谩lvulas de drenaje de combusti贸n - Combustion Drain Valves
Las v谩lvulas de drenaje son unidades que se utilizan para drenar el combustible de los diversos componentes del motor donde es m谩s probable que el combustible acumulado presente problemas de funcionamiento.
La posibilidad de acumulaci贸n en la c谩mara de combusti贸n con el riesgo de incendio resultante es un problema. Un problema residual es el dep贸sito de plomo y/o goma, despu茅s de la evaporaci贸n, en lugares tales como colectores de combustible y boquillas de combustible.
En algunos casos, los colectores de combustible son drenados por una unidad individual conocida como v谩lvula de goteo o descarga. Este tipo de v谩lvula puede operar por diferencial de presi贸n, o puede ser operada por solenoide.
La v谩lvula de drenaje de la c谩mara de combusti贸n drena el combustible que se acumula en la c谩mara de combusti贸n despu茅s de cada apagado y el combustible que puede haberse acumulado durante un arranque en falso.
Si las c谩maras de combusti贸n son del tipo de lata, el combustible se drena por gravedad a trav茅s de los tubos de llama o tubos interconectores hasta que se acumula en las c谩maras inferiores, que est谩n equipadas con l铆neas de drenaje a la v谩lvula de drenaje.
Si la c谩mara de combusti贸n es del tipo canasta o anular, el combustible simplemente drena a trav茅s de los orificios de aire en el revestimiento y se acumula en una trampa en el fondo de la carcasa de la c谩mara, que est谩 conectada a la l铆nea de drenaje.
Despu茅s de que el combustible se acumula en el fondo de la c谩mara de combusti贸n o en las l铆neas de drenaje, la v谩lvula de drenaje permite que el combustible se drene siempre que la presi贸n dentro del m煤ltiple o de los quemadores se haya reducido a una presi贸n cercana a la atmosf茅rica.
Un peque帽o resorte mantiene la v谩lvula fuera de su asiento hasta que la presi贸n en la c谩mara de combusti贸n durante la operaci贸n supera el resorte y cierra la v谩lvula.
La v谩lvula est谩 cerrada durante el funcionamiento del motor. Es imperativo que esta v谩lvula est茅 en buenas condiciones de funcionamiento para drenar el combustible acumulado despu茅s de cada apagado.
De lo contrario, es probable que se produzca un arranque en caliente durante el pr贸ximo intento de arranque o un disparo posterior despu茅s del apagado.