Sistemas de monitorización y análisis de la planta de potencia (II)

 

Sistema de monitorización de parámetros de motor que admite hasta 12 canales de temperaturas, así como dos para flujo de combustible. Crédito: MGL Avionics.

Sistema de monitorización de parámetros de motor que admite hasta 12 canales de temperaturas, así como dos para flujo de combustible. Crédito: MGL Avionics.

Continuamos con nuestro análisis de los actuales sistemas de monitorización de parámetros de motor, centrado en los motores de explosión para la aviación ligera.

Por Raúl José Martín Palma

Señalamos en la anterior entrega que los sistemas de monitorización de parámetros de motor han evolucionado de forma espectacular en los últimos años en paralelo a los avances que han tenido lugar en la tecnología de los motores y la informática. De esta forma, los fabricantes de sistemas de aviónica han sustituido de forma continua los tradicionales relojes analógicos por sistemas digitales con prestaciones superiores.

Motores de pistón

La mayoría de los componentes de la aviación ligera están equipados con motores de pistón o alternativos. Precisamente estos nombres dan una pista sobre su principio de funcionamiento. Como sabemos, los motores alternativos funcionan según el principio básico de la conversión de energía química (combustible) en energía mecánica (movimiento de la hélice) mediante el movimiento alternativo de los pistones. Esta conversión se produce dentro de los cilindros del motor a través del proceso de combustión. Los dos diseños básicos de motor alternativo son el de explosión y el de compresión (diésel).

El primero de estos dos tipos ha sido el tradicionalmente utilizado en la aviación ligera. Sin embargo, en un esfuerzo por simplificar el diseño, reducir los costos de operación y mejorar la fiabilidad, diversos fabricantes de motores para aviación han recurrido a los motores diésel como una alternativa viable. A pesar de lo anterior, los motores de cuatro tiempos de encendido por chispa siguen siendo los más comúnmente utilizados en la actualidad dentro de la aviación ligera.

Independientemente de lo señalado, los principales componentes mecánicos de los dos tipos de motor son esencialmente los mismos. Ambos utilizan pistones que se desplazan dentro de los cilindros para convertir su movimiento lineal en el movimiento de rotación del cigüeñal. Por tanto, la mayoría de los parámetros clave de la planta de potencia que deben ser monitorizados y optimizados son idénticos.

Representación esquemática de un motor diésel para aviación. Crédito: DeltaHawk Engines, Inc.

Representación esquemática de un motor diésel para aviación. Crédito: DeltaHawk Engines, Inc.

Eficiencia del proceso de combustión

En líneas generales, puede establecerse que un motor de pistón para la aviación no es muy eficiente en el proceso de conversión de la energía contenida en el combustible en energía mecánica. De hecho, suele establecerse que los motores de pistón convierten sólo alrededor de un tercio de la energía contenida en el combustible en energía mecánica útil transmitida a la hélice. Alrededor de la mitad de energía proveniente del combustible se pierde a través del tubo de escape, mientras que la sexta parte restante se transfiere al aire de refrigeración que pasa a través de las correspondientes aletas.

Sistema compacto de monitorización de diversas temperaturas: EGT (Exhaust Gas Temperature), CHT (Cylinder Head Temperature), TIT (Turbine Inlet Temperature) y CT (Carburetor Temperature). Crédito: Insight Instrument Corporation.

Sistema compacto de monitorización de diversas temperaturas: EGT (Exhaust Gas Temperature), CHT (Cylinder Head Temperature), TIT (Turbine Inlet Temperature) y CT (Carburetor Temperature). Crédito: Insight Instrument Corporation.

La energía no aprovechada puede ser medida y visualizada en diversos medidores en cabina, lo que incluye las temperaturas del aceite, de la culata y de los gases de escape. La tercera parte de la energía inicial que en la práctica se transfiere a la hélice se refleja en otro instrumento cabina: el indicador de velocidad aerodinámica.

La calidad del proceso de combustión se puede evaluar mediante el control de la temperatura de los gases de escape. De esta forma, una menor eficiencia del proceso global de combustión puede indicar diversos problemas en el motor, tales como una baja compresión, una distribución no uniforme de combustible, una ignición defectuosa o incluso obstrucciones en los inyectores.

Un motor de explosión de avión generalmente no viene equipado con detectores de detonación, sensores de oxígeno o un ordenador para controlar la sincronización o de la mezcla de combustible/aire en función de la posición del mando de gases, temperatura, o de las información procedentes de los diversos detectores y sensores. Los motores de pistón equipados con sistemas FADEC (ver Avión & Piloto nº 40) son todavía poco frecuentes. Por tanto, si el piloto no ajusta los parámetros de forma adecuada, un motor de explosión de avión puede ser operado a temperaturas que reducirán significativamente la vida de algunos de sus componentes, no existiendo un sistema automático o computadora que evite o limite daños en el motor. Así, temperaturas excesivas de culata (CHT), de gases (EGT) o ambas, causan daños en el motor de forma regular.

Distribución aproximada de la energía contenida en el combustible en un motor de pistón. Crédito: Savvy Aircraft Maintenance Management, Inc.

Distribución aproximada de la energía contenida en el combustible en un motor de pistón. Crédito: Savvy Aircraft Maintenance Management, Inc.

Monitorización gráfica de los parámetros del motor

Dentro de este contexto, los sistemas de monitorización de los parámetros de motores de pistón son instrumentos de gran precisión diseñados para mejorar el análisis del rendimiento de la planta de potencia por parte de los pilotos.

Los sistemas actuales suelen estar equipados con pantallas a color con columnas separadas para cada uno de los parámetros monitorizados. Muy habitualmente, las diversas temperaturas se muestran gráficamente como barras en la pantalla del correspondiente display. A su vez, cada columna en las barras se compone de una pila de segmentos. Así, la altura total de cada columna representa la temperatura de los gases de escape (EGT), mientras que el segmento que falta en la columna representa la temperatura de la culata (CHT). En su caso, el display muestra continuamente la temperatura de entrada de la turbina (Turbine Inlet Temperature, TIT) en motores turboalimentados.

Existen variantes especiales de los monitores del motor desarrollados para aviones bimotores, que se encargan de mostrar los parámetros de ambos motores en la pantalla de un solo instrumento.

En la próxima entrega continuaremos con nuestro análisis de los sistemas de monitorización, incluyendo los diversos modos de operación

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