Sistema de Arranque | Reactores

Introducción

El sistema de arranque es el encargado de poner en marcha el motor hasta que alcance las RPM necesarias para activar el encendido y a partir de ese momento permitirle al motor que obtenga la energía necesaria para continuar en forma autónoma con su funcionamiento.

El encendido se puede realizar de dos formas:

  • Eléctrica
  • Neumática

El procedimiento para efectuar el arranque es similar para ambas modalidades y puede que sea efectuado automática (si el avión dispone de esa función) o manualmente. Los procedimientos generales que se utilizan son:

  • Comando de empuje en posición cerrada o ralentí
  • Conexión y activación de la fuente de alimentación de energía (eléctrica o neumática)
  • Selección del sistema (la denominación depende del avión) de ignición elegido para el arranque.
  • Accionar (y mantener) el interruptor de arranque (“Start”) del motor que se va a arrancar.
  • Comprobar:
  • Se enciende el aviso de “Start Valve Open” (si posee)
  • Gira el eje de alta (N2)
  • Sube la presión de aceite
  • Gira (en los motores de dos ejes) el eje de baja (N1)
  • Baja la presión neumática (si el método de arranque es neumático)
  • Al alcanzar el régimen especificado de N2 (aprox. el 25%) abrir la válvula de corte de combustible (“Fuel Shut‐Off Valve”). El circuito de ignición se cierra, la chispa enciende la mezcla en la cámara de combustión y el motor se acelera.
  • Comprobar:
  • Sube el “Fuel Flow”
  • Sube la EGT
  • Cese del accionamiento del interruptor de arranque (aprox. entre el 40% y el 60% de N2)
  • Comprobar:
  • Si el arranque es neumático sube la presión neumática y se apaga el aviso de “Start Valve Open” (si posee)
  • El aviso de presión de aceite y filtro debe estar apagado.
  • Ignición en “Off” (recordemos que luego de que se produzca la puesta en marcha, el motor estará funcionando en forma autónoma).
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Arranque eléctrico

El arranque eléctrico está reservado para pequeños motores, mientras que la mayoría de los reactores comerciales utilizan el arranque neumático. El arrancador eléctrico (“starter”) instalado en el motor usualmente precisa corriente continua (suministrada por la batería del avión o por un generador externo). A su vez, el “starter” está conectado a través de un tren de engranajes reductor y un embrague que lo desacopla automáticamente del motor cuando este ha adquirido una velocidad de giro que le permita operar de forma autónoma.

El suministro eléctrico del sistema de arranque se corta automáticamente cuando la carga del “starter” se reduce después de que el motor ha arrancado satisfactoriamente o si se ha superado el tiempo permitido para el ciclo de arranque.

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Arranque neumático

Puede efectuarse de tres formas distintas:

  • Con un equipo de tierra que tenga la capacidad de generar aire a presión (neumático)
  • Mediante el APU
  • Con el motor del avión que esté en funcionamiento (ha sido arrancado previamente)

El sangrado de aire para arrancar el motor puede proceder de cualquiera de las fuentes indicadas. La válvula de alimentación cruzada del sistema de aire del avión debe estar abierta (“Cross Bleed”). El indicador de presión del sistema neumático debe marcar al menos la especificada para el arranque (en el B-737 ronda los 30 PSI).

La válvula (neumática) de puesta en marcha (“Start Valve”), encargada de dejar pasar el flujo de aire (neumático) hacia el arrancador cuando se acciona el “Start”, está controlada eléctricamente y accionada neumáticamente:

  • La presión neumática llega hasta la cámara inferior del actuador de la válvula manteniendo la “mariposa” de paso en posición de cerrada
  • Al pulsar “Start” se energiza la válvula solenoide, atrae el vástago y abre el paso de presión neumática hacia la cámara superior del actuador y, venciendo la resistencia del muelle interno, abre la “mariposa” dejando pasar el flujo de aire hacia el “Starter”
  • Se encenderá el aviso de “Start Valve Open” (si posee) indicando que el flujo de aire a presión está ingresando al motor. Luego iniciará la rotación del compresor de alta (N2) y se deberá proceder de acuerdo a lo mencionado anteriormente.
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El arrancador (“Starter”) es una turbina conectada con el eje de arrastre del motor (normalmente situado en la caja de engranajes externa) que está conectado interiormente con el eje principal de alta potencia (N2) al que hace girar.

Cuando la turbina del “Starter” gira a alta velocidad el arrancador se desacopla automáticamente (mediante el embrague interno) cuando haya adquirido la velocidad suficiente para operar de forma autónoma.

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Sistema de ignición

Es el encargado de generar eléctricamente la chispa en la bujía situada en la cámara de combustión de manera de que inicie la ignición de la mezcla aire‐ combustible en el proceso de arranque del motor. En el caso de los motores a reacción el sistema de ignición únicamente es necesario durante el arranque del motor, ya que al ser de flujo continuo la combustión en las cámaras de combustión se autoalimenta.

En condiciones de vuelo determinadas (en aterrizaje o despegue, con climatología adversa, turbulencia, al actuar el sistema de antihielo, etc.) está establecido que se mantenga activada la ignición en previsión de que pueda producirse un apagado de motor. Hay al menos dos bujías en cada motor por motivos de seguridad, aunque normalmente basta con una sola de ellas para arrancar el motor.

Los dos sistemas comúnmente utilizados son para la ignición son:

  • De corriente continua y energía eléctrica elevada: toma energía eléctrica de la batería del avión o de una conexión auxiliar externa. Mediante un sistema de excitación (dotado de filtros, amplificadores, condensadores, etc.) y un transformador de alta tensión comunica a las bujías una corriente intermitente (28.000 V y unos 20 julios de energía) que en forma de chispa es capaz de producir la ignición del motor.
  • Corriente Alterna y energía eléctrica baja: es el sistema más utilizado. La potencia de descarga es muy elevada ya que, si bien la energía no es muy alta, el tiempo en la que se produce es extremadamente corto.

En el esquema se muestran dos circuitos independientes energizables para encender una o las dos bujías del motor (para arranques en tierra como en vuelo se suelen usar las dos, pero para asegurar que se mantenga la combustión se usa solamente una).

La fuente (del propio avión exterior) que vaya a suministrar la energía para la ignición lo hace a través de la barra de corriente alterna a la que está conectado el motor que se va a arrancar.

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Los Excitadores de Encendido suministran una corriente de salida hacia las bujías de alto voltaje y alta frecuencia. La corriente de entrada al excitador sufre el siguiente proceso antes de entregarla a la bujía correspondiente:

  • Es filtrada y se incrementa su voltaje en un transformador de energía
  • En la siguiente fase se duplica su voltaje y se transforma en corriente continua mediante rectificación
  • Se “almacena” en el condensador hasta que su potencial aumente lo necesario para ionizar los tubos de descarga.
  • Al finalizar, el transformador de salida suministra a la bujía el potencial preciso para hacer que salte la chispa que inicie la combustión de la mezcla aire‐ combustible en la cámara de combustión.
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En caso de fallo total de la corriente alterna o de no disponer para el arranque ni de APU del avión se puede efectuar el arranque del motor usando la batería del avión como fuente de energía:

  • Al no tener corriente alterna el relé de potencia de encendido del inversor se alimenta automáticamente de la corriente continua de la barra de la batería
  • La corriente continua de que disponía el relé de potencia pasa por un inversor que la transforma en corriente alterna de 115 VAC. Desde ahí sigue el mismo camino y proceso que mencionamos precedentemente.

Fallas en la puesta en marcha

Generalmente, un motor se enciende en tierra y se apaga en tierra. Como vimos con anterioridad, pueden existir condiciones de vuelo que generen una detención del motor por apagado de la llama producto de un incremento del flujo de aire o por situaciones anormales ocasionadas en vuelo. Si bien esto no es normal, deben considerarse algunas situaciones que son atípicas pero que pueden ocasionar un daño del motor o sus partes constitutivas en el caso de que alguno de los componentes del motor no funcionen en forma coordinada o existan fallas. Aquí mencionaremos las fallas típicas de puesta en marcha:

  • Húmeda: el sistema de ignición actúa en forma descoordinada o fallida mientras ingresa combustible a la cámara de combustión. Las indicaciones que tendremos es que no existirá un aumento de la temperatura del motor (EGT) porque no está ocurriendo el encendido de la mezcla aire-combustible. Uno de los riesgos que pueden presentarse es que ingrese demasiado combustible a la cámara de combustión y luego de unos segundos se encienda la ignición (de forma descoordinada) lo que causará una llamarada de fuego en la tobera de escape y es peligroso para el personal de tierra y/o motor. La gran mayoría de los aviones tienen sistemas de control automático (EEC: Electronic Engine Control) que cortan automáticamente la ignición a cierto valor de N2 cerrando el paso de combustible cuando no existe un incremento de la temperatura. 
  • Caliente: una puesta en marcha con un incremento de la EGT que se acerque o exceda los límites puede ser ocasionada por querer intentar poner en marcha un motor detenido con alta temperatura (por ejemplo: luego de un intento fallido de puesta en marcha, el motor mantiene la temperatura en las recámaras hasta que se vayan enfriando de a poco) lo que originará que se excedan los límites de temperatura en la puesta en marcha. Los límites de temperatura de un motor en funcionamiento con respecto a uno que está iniciando su movimiento pueden ser diferentes y dependerá del modelo de motor, pero la tolerancia del motor a las temperaturas no es la misma cuando la masa que ingresa tiene poca energía dinámica o la temperatura del aire no permite mantener refrigerado las partes sensibles del motor. Otra de las causas que pueden elevar la temperatura, es que producto de una lenta rotación de los compresores de baja (N1) disminuya la cantidad de aire que circula a través del motor (pérdida de compresos) y actuando de forma descoordinada con la ignición, se eleve la temperatura del motor. Para esto, como mencionamos anteriormente, la computadora del motor en la mayoría de los casos detectará estas diferencias y tomará las medidas necesarias (corte de ignición y combustible) para evitar daños severos al motor.
  • Colgada: se da este nombre al intento de puesta en marcha sin un incremento de las RPM del motor hasta alcanzar IDLE por no producirse la ignición o por falla en el starter que no tiene la capacidad para hacer girar el motor las vueltas necesarias que le permitan desacoplarse del sistema de arranque y funcionar de forma autónoma. Este tipo de puesta en marcha, también incrementarán la EGT y a diferencia de la puesta en marcha caliente, las indicaciones de N2 y N1 estarán por debajo de los niveles de rotación (RPM) adecuados.
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