El sistema de combustible del E-Jet II: la bomba eyectora
El otro día hablaba del sistema de combustible del Embraer E-Jet en relación a los tanques contenedores. El sistema encargado de llevar el combustible hasta el motor en cambio, se conoce como bombeo de combustible. Este sistema a su vez está dividido en dos subsistemas: El sistema de control de combustible y el sistema de distribución de combustible.
El sistema de control de combustible esta compuesto por:
El sistema de control de combustible esta compuesto por:
- FADEC
- FMU (Fuel Metering Unit)
- PMA (Permanent Magnet Alternator)
- Engine sensors
- Actuadores de geometría variable (Variable Geometry Actuators)
- Válvula de sangrado (Operability Bleed Valve)
La distribución del combustible se compone de una bomba, un filtro y 18 inyectores para el caso del motor CF34-10E.
En el post anterior se vio este diagrama que se muestra a continuación y donde se pueden ver unas bombas llamadas del tipo Venturi, que no necesitan electricidad para mover el combustible.
En realidad estas bombas (parecidas a una trompeta) son algo así como lo que se puede ver en la ilustración siguiente. Su principio de funcionamiento es parecido a los aerógrafos o pistolas de pintura que todo el mundo conoce. La diferencia principal es que en estas bombas no se utiliza aire a alta velocidad para mover pintura. Se utiliza combustible a alta velocidad para mover combustible a baja.
La principal ventaja de este tipo de bomba es que es más simple que una bomba accionada por energía eléctrica, es más barata y necesita menos mantenimiento porque no tiene parte móvil. La única necesidad es la de tener un fluido impulsor disponible. En realidad muchas veces no se las considera como bombas verdaderas precisamente por eso. Se requiere un flujo de movimiento en el diseño de estas bombas, llamado a veces bombas eyectoras. Con el movimiento y el efecto Venturi se logra mover el combustible. Todas las bombas eyectoras son más o menos como la que muestran en la figura siguiente.
En esta bomba, cuando el flujo de combustible movido a alta presión por el motor, pasa a través de la garganta, crea un efecto de succión que se lleva más combustible de la parte inferior conectada con los tanques colectores. El flujo de combustible total se envía a otra salida. La eficiencia general de una bomba eyectora es baja en comparación con las bombas de motor eléctrico, que son mucho más potentes y mueven más combustible, pero se utilizan con frecuencia debido a su vida extremadamente larga, alta fiabilidad, bajo coste de adquisición y mantenimiento.
En la siguiente ilustración se muestra mi interpretación personal, simplificada y esquemática de este sistema para el EMBRAER E-Jet. Como se puede apreciar el combustible fluye desde los tanques de combustible directamente hacia la bomba del motor. Una vez allí el flujo se divide en dos líneas, una sigue su camino hacia la bomba de alta presión, la cual a su vez reenvía este combustible al tanque para crear el famoso efecto Venturi y con él, más flujo de combustible.
En el post anterior se vio este diagrama que se muestra a continuación y donde se pueden ver unas bombas llamadas del tipo Venturi, que no necesitan electricidad para mover el combustible.
En realidad estas bombas (parecidas a una trompeta) son algo así como lo que se puede ver en la ilustración siguiente. Su principio de funcionamiento es parecido a los aerógrafos o pistolas de pintura que todo el mundo conoce. La diferencia principal es que en estas bombas no se utiliza aire a alta velocidad para mover pintura. Se utiliza combustible a alta velocidad para mover combustible a baja.
La principal ventaja de este tipo de bomba es que es más simple que una bomba accionada por energía eléctrica, es más barata y necesita menos mantenimiento porque no tiene parte móvil. La única necesidad es la de tener un fluido impulsor disponible. En realidad muchas veces no se las considera como bombas verdaderas precisamente por eso. Se requiere un flujo de movimiento en el diseño de estas bombas, llamado a veces bombas eyectoras. Con el movimiento y el efecto Venturi se logra mover el combustible. Todas las bombas eyectoras son más o menos como la que muestran en la figura siguiente.
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| las bombas eyectoras de alimentación del motor son bombas de chorro hidromecánicas, sin partes móviles. Las bombas suministran combustible de forma independiente de los motores utilizando el flujo motriz suministrado por el motor |
En esta bomba, cuando el flujo de combustible movido a alta presión por el motor, pasa a través de la garganta, crea un efecto de succión que se lleva más combustible de la parte inferior conectada con los tanques colectores. El flujo de combustible total se envía a otra salida. La eficiencia general de una bomba eyectora es baja en comparación con las bombas de motor eléctrico, que son mucho más potentes y mueven más combustible, pero se utilizan con frecuencia debido a su vida extremadamente larga, alta fiabilidad, bajo coste de adquisición y mantenimiento.
En la siguiente ilustración se muestra mi interpretación personal, simplificada y esquemática de este sistema para el EMBRAER E-Jet. Como se puede apreciar el combustible fluye desde los tanques de combustible directamente hacia la bomba del motor. Una vez allí el flujo se divide en dos líneas, una sigue su camino hacia la bomba de alta presión, la cual a su vez reenvía este combustible al tanque para crear el famoso efecto Venturi y con él, más flujo de combustible.
En la ilustración la bomba eyectora se encuentra dentro del tanque de combustible.
La otra línea viaja hacia los inyectores a través del radiador y del filtro. Después la bomba de alta presión la impulsa hacia el FMU. El sistema FMU mide la cantidad de combustible necesaria gracias a los datos proporcionados por el FADEC, una vez calculada la cantidad esta viaja hacia los inyectores que se encargaran de pulverizar este en la zona caliente de la cámara de combustión. El software del FADEC calcula la cantidad de combustible necesaria en respuesta a los movimientos de la palanca de gases y/o los requerimientos del sistema de vuelo automático, datos del aire (presión, temperatura, etc.).
Si el FADEC y la unidad FMU no están bien ajustados, puede pasar que envíen más combustible del conveniente a la cámara de combustión. En este caso seguramente tendremos uno de los denominados HOT START, donde la temperatura se disparará y seguramente generará alguna llamarada. Si el combustible no es el suficiente lo que tendremos seguramente es un HUNG START (el motor no acaba de encender).
Grandísima explícación. Es un placer leer tu blog :)
ResponderEliminarRespecto al post, el tema de las bombas eyectoras siempre me ha llamado mucho la atención, sobre todo desde que escuché a un mecánico de F-18 hablar algo sobre el "motive flow"; en su momento tardé bastante tiempo en saber de qué se trataba jajaj. Una dudilla a ver si lo he pillado: ¿entonces el flujo que se inyecta en el eyector para producir la succión es el derivado de la salida de la bomba de alta verdad (lo pregunto porque en el diagrama del ala parece que es la salida de la bomba sumergida la que alimenta al eyector. Leí en su día que esto podía hacerse para mantener en movimiento el combustible en el depósito disminuyendo el crecimiento de ciertas "algas", cladosporiun creo que se llamaba)? ¿No supone esto una pérdida de eficiencia al volver a ingresar al circuito de baja un combustible que ya ha sido pasado por el intercambiador de calor y el filtro, es decir, no sería mejor sobredimensionar la bomba sumergida asegurando el cebado en cuanto a presión y caudal del sistema de combustible del motor?
Perdón, que no leí bien el final del post, culpa mía. Ya vi que hay dos canales tras la bomba de baja. Mi pregunta mejor hecha sería si entonces el combustible que ingresa al sistema (aguas abajo del depósito) es la suma del que suministra la bomba sumergida más el que se devuelve tras la bomba de alta y el succionado del depósito por el paso de este último a través del eyector.
ResponderEliminarHola David,
EliminarEfectivamente hay como si fueran dos canales, en realidad el sistema es bastante más complicado, pero en mi diagrama se puede ver de forma muy simplificada que parte del combustible pasa de la bomba de baja a la de alta para volver a ser inyectada.
El sistema se diseña de esta forma porque las 2 bombas que ves en el diagrama (la de alta y la de baja unidas por el mismo eje), en realidad están movidas por la caja de engranajes del motor a reacción. Si el motor se mueve, la caja de engranajes se mueve y la bomba del combustible se mueve. En teoría se podría alimentar a los motores por gravedad, ya que estos se encuentran más bajos en el ala que los tanques, pero para asegurar que el combustible llegue sin problemas en cualquier maniobra, incluidas las g's negativas, se ha instalado este sistema. El propio motor podría succionar el combustible, pero las bombas lo que hacen es asegurar presión positiva en cualquier parte de la envolvente de vuelo.
Existen más bombas de apoyo y válvulas por todo el sistema (scavenge pumps). Como te digo es realmente complicado e intrincado, pero los ingenieros han hecho un buen trabajo. No así en el CSeries donde se ha optado por no instalar una válvula crossfeed y se dan situaciones muy raras en caso de fallo de un motor. A ver si tengo tiempo y lo comento en un post porque desde luego parece que el que diseño ese sistema estaba fumado ;)
Un abrazo
Manolo