Carburación (Motores de pistones 7)
Motores de pistones
Capítulo 7
Carburación
- Introducción
- Combustible de aviación
- Proceso de combustión y relación de mezcla
- Relación de compresión
- Detonación
- Octanaje
- Preignición
Introducción
La gasolina, utilizada como combustible para motores de encendido por chispa, es un destilado refinado del petróleo, compuesto aproximadamente por un 85 % de carbono y un 15 % de hidrógeno; pertenece a la familia de los hidrocarburos. Al mezclarse con aire y quemarse, el carbono y el hidrógeno se combinan con el oxígeno del aire para formar dióxido de carbono y vapor de agua.
Combustibles de aviación
- AVGAS: La gasolina de aviación se diferencia del combustible para vehículos de motor en que está sujeta a un control de calidad más estricto; además, presenta una resistencia a la detonación mucho mayor (mayor octanaje). El combustible de aviación se tiñe para su identificación; el combustible de uso general es AVGAS 100 LL, teñido de azul. Ver las notas del sistema para obtener más información sobre grados, codificación de colores, etc.
- MOGAS: El uso de gasolina de motor no suele estar aprobado para la aviación.
Proceso de combustión y proporción de la mezcla
El motor aspira el mismo volumen de combustible, manteniendo un flujo constante de combustible.
Consecuencia: existe exceso de combustible en relación con el aire disponible. Esto da lugar a pérdida de potencia y eficiencia (menos energía liberada), las RPM serán mayores y/o inestables. Existe un desperdicio de combustible.
La reacción química ideal
La reacción química que tiene lugar en el proceso de combustión requiere una proporción precisa de oxígeno y gasolina. El aire es una mezcla física de varios gases, principalmente nitrógeno y oxígeno.
Dado que el nitrógeno es un gas inerte, no participa en el proceso de combustión. La proporción, en peso, de aire a gasolina que garantiza la combustión completa del combustible es de 15 a 1. Si la mezcla es demasiado pobre (mayor a 15 a 1), habrá un exceso de oxígeno después de la combustión; si es demasiado rica (menor a 15 a 1), habrá un exceso de carbono.
La proporción de mezcla de 15 a 1, conocida como mezcla estequiométrica, es la combinación química que utiliza completamente todos los productos de la reacción. Sin embargo, la combustión puede ocurrir con mezclas tan ricas como 8 a 1 o tan pobres como 18 a 1. La máxima cantidad de energía térmica se libera con la mezcla químicamente correcta de 15 a 1.
Si la mezcla es pobre, hay menos combustible y, por lo tanto, se libera menos energía térmica. Si la mezcla es rica, no hay suficiente oxígeno y parte del combustible no se quemará. Por lo tanto, se liberará una menor cantidad de energía térmica. Parecería que la relación de 15 a 1 debería producir la mayor potencia, ya que con ella se libera la máxima energía térmica.
Las ineficiencias mecánicas del motor, causadas por el solapamiento de válvulas, la sincronización de válvulas y la fricción del sistema de admisión, indican lo contrario. Por ejemplo, a baja velocidad, se requiere una mezcla rica para contrarrestar los efectos de la sincronización fija de válvulas, y a altas RPM, el uso de una mezcla rica evita temperaturas excesivas en el cilindro.
La relación de mezcla recomendada para una autonomía máxima es baja; aunque se experimenta una ligera pérdida de potencia, la mejora en la relación entre la distancia recorrida y el combustible quemado compensa la ligera pérdida de potencia y la consiguiente pérdida de velocidad. Las relaciones de combustible que relacionan la potencia del motor con el rendimiento de la aeronave se detallarán más adelante, en el apartado sobre rendimiento del motor.
Relación de compresión
La relación de compresión es una relación de volúmenes, no de presiones. Sin embargo, está directamente relacionada con las presiones dentro del cilindro. Cuanto más se comprima la mezcla de combustible y aire antes del encendido, mayores serán la presión y la temperatura después de la combustión.
La presión del cilindro justo antes del encendido es aproximadamente igual a la relación de compresión multiplicada por la presión del colector. Por ejemplo, un motor con una relación de compresión de 6 a 1, operando con una presión de colector de 26" Hg (aproximadamente 13 psi absolutas), tendría una presión absoluta en el cilindro de 13 x 6 = 78 psi.
La presión final, es decir, después del encendido, está muy influenciada por esta presión inicial. Además, cuanto mayor sea la temperatura para una cantidad dada de combustible y aire, menor será el consumo específico de combustible (CCE). Existe un límite superior muy definido al que podemos elevar la presión y la temperatura en un cilindro. Este límite lo impone la detonación.
Detonación
La detonación es una condición de combustión incontrolada que ocurre dentro de un cilindro cuando la mezcla de combustible y aire alcanza su presión y temperatura críticas. En condiciones normales, la mezcla de combustible y aire se comprime y se enciende.
La mezcla arde con frentes de llama que avanzan por la cara del pistón desde ambos lados, a aproximadamente 60-80 pies/s. Delante del frente de llama, la mezcla se calienta y comprime aún más; si esta mezcla alcanza su presión y temperatura críticas, En ese punto, detonará (explotará), causando un aumento instantáneo de presión muy superior al que normalmente experimenta el cilindro, con posibles daños en el motor.
Las ondas de presión generadas por la explosión viajan a velocidad sónica y producen un golpe seco o detonación. Este golpe seco es audible en vehículos motorizados, pero debido al ruido de la hélice, generalmente no se escucha dentro de las aeronaves. Al ajustar la potencia o la mezcla, el piloto debe ser consciente de las consecuencias de exceder las limitaciones del motor, en particular la temperatura de la culata y el uso incorrecto del control de la mezcla.
La detonación ocurre después de que se enciendan las bujías; nunca ocurre antes de la ignición por chispa. La detonación se reconoce por un aumento de la temperatura de la culata y la pérdida de potencia; también se puede experimentar un funcionamiento irregular.
Si se sospecha detonación, se debe enriquecer la mezcla y reducir la potencia. Dado que la detonación depende de la temperatura dentro del cilindro, un control eficaz de la detonación consiste en mantener la temperatura de la mezcla por debajo de su valor crítico (Figura 7.1).
Octanaje
El octanaje de un combustible mide su resistencia a la detonación. Cuanto mayor sea el octanaje, mayor será su resistencia. El manual de vuelo de la aeronave o equivalente indicará el octanaje mínimo; nunca utilice un combustible con un octanaje inferior al recomendado.
Preignición
La alta temperatura producida por la detonación puede provocar que un borde afilado, como una escama de carbón, el borde de una válvula o el electrodo de una bujía, se vuelva incandescente (brillante). En la siguiente carrera de compresión, este punto incandescente encenderá la mezcla antes del punto normal de ignición: esto se conoce como preignición.
La preignición se evitará operando el motor dentro de sus límites y evitando el sobrecalentamiento. El preencendido se identifica por una clara pérdida de potencia y un funcionamiento irregular.
Requisitos del carburador:
- pesar el aire que entra en el motor
- medir la cantidad correcta de combustible en la mezcla de aire
- mezclar el combustible y el aire
- distribuir la mezcla uniformemente a todos los cilindros
Inspección de Contaminación de Combustible
Realice inspecciones periódicas del combustible para detectar posibles indicios de contaminación, tal como se detalla a continuación. Obtenga una muestra de combustible de los puntos de drenaje situados en la parte inferior de cada depósito, del filtro de combustible y, cuando proceda, de las líneas de alimentación cruzada (cross-feed).
Glóbulos de agua.
Presencia de sedimentos que excedan una simple traza.
Turbidez (aspecto lechoso o turbio).
Reacción positiva a la pasta detectora de agua, papel reactivo o detector químico.
Consideraciones Técnicas Adicionales
Para garantizar la aeronavegabilidad, recuerda que la presencia de turbidez suele indicar agua en suspensión (microscópica), mientras que los glóbulos representan agua libre que se ha decantado en el fondo del drenaje debido a su mayor densidad respecto al AVGAS.
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