¿Cómo puede funcionar el motor de un avión en un rango tan amplio de disponibilidad de oxígeno?

No es facil.

Los motores de pistón, los únicos motores de avión disponibles hasta el final de la Segunda Guerra Mundial para la mayoría de los aviones militares y todos los aviones civiles, se quedaron sin aliento a una altitud de alrededor de 20,000 pies.

Los sistemas de combustible del motor de pistón aspiran el aire atmosférico a la presión “tal cual”; no se comprime antes de enviarse a los cilindros para la combustión. A grandes altitudes, la presión es muy baja.

Para escalar y volar a altitudes más altas se necesitaba una sobrealimentación, es decir, bombear más aire al carburador para aumentar la entrada de oxígeno al motor.

¿Qué es la sobrealimentación?

La salida de cualquier motor de combustión interna está determinada en gran medida por el peso del combustible absorbido en la carrera de succión. El peso del combustible a su vez está limitado por la cantidad de aire que se puede tomar para quemar el combustible. Por lo tanto, si la presión del aire es baja, como a grandes altitudes, solo se tomará una pequeña cantidad de aire en cada golpe, lo que reducirá la cantidad permitida de combustible.

Ahora, si podemos aumentar la cantidad de aire absorbido al comprimir el aire o la mezcla, en un compresor especial conocido como “sobrealimentador”, entonces podemos aumentar la salida del cilindro correspondientemente. Podemos mantener la potencia de salida a la normalidad o, de lo contrario, aumentar la producción por encima de lo posible cuando el motor consume su carga a presión atmosférica.

El diagrama, que se muestra arriba, es un diagrama esquemático que muestra los principios elementales del sobrealimentador. Aquí tenemos un soplador de presión, llamado “sobrealimentador”, que extrae una carga de la mezcla del carburador y luego fuerza esta mezcla comprimida a través de la válvula de entrada del motor. El sobrealimentador es impulsado por el motor, y como esto requiere una cantidad considerable de potencia, el aumento real debido a la sobrealimentación es algo inferior a las cifras teóricas. Los supercargadores se han utilizado durante mucho tiempo en autos de carrera, pero no son particularmente deseables para autos privados.

Ninguno de los cazas y bombarderos de gran altitud fabricados cerca del final de la Segunda Guerra Mundial podría haber llegado a esas alturas sin motores sobrealimentados.

Después de la guerra, la Súper Constelación Lockheed se convirtió en un gran éxito con las aerolíneas comerciales debido a su capacidad de volar a gran altura. La razón fueron sus motores turbocompresores turbocompresores de 18 hileras y doble turbocompresor: el último desarrollo de los motores de pistón de aviación de gran tamaño. El Wright Turbo-Cyclone 18 era un nuevo y revolucionario motor que empleaba un sistema de composición para recuperar energía de los gases de escape. Los gases de escape se utilizaron para operar una serie de turbinas que transmitían energía directamente al cigüeñal del motor. Se lograron grandes ahorros en el consumo de combustible.

Ellos fueron los últimos.

A fines de la década de 1950, el motor a reacción se había desarrollado lo suficiente para su uso en aviones; primero el De Havilland Comet, y luego el Boeing 707 llegó al mercado y mató la era de los pistones de los grandes aviones. La Súper Constelación de Lockheed fue verdaderamente “El último de los mohicanos”.

Nunca el motor de pistón volvió a levantarse para esta clase de aviones.

¡Los motores a reacción tienen sobrealimentadores incorporados!

Los motores a reacción, por su propia naturaleza, comprimen el aire de admisión en primer lugar, antes de usarlo en el motor para mezclarlo con el combustible y quemarlo. Esta compresión es equivalente a la sobrealimentación que usaban los motores de pistón tardíos, y aumenta automáticamente el oxígeno disponible para la combustión.

Esto no significa que los motores a reacción den el mismo empuje en altitud que en tierra; debido a que la densidad del aire es baja en el piso de arriba, una unidad de detección llamada unidad de detección de altitud dentro del sistema de control del motor del motor a reacción mide la densidad del aire en el que funciona el motor y, en consecuencia, reduce el flujo de combustible al motor para quemar correctamente El medio ambiente de oxígeno reducido. Esto da como resultado una reducción significativa en el empuje a grandes altitudes.

Con respecto a los motores de aspiración normal, el piloto tiene un control de mezcla, por lo que puede establecer manualmente la relación combustible / aire.

La mayoría de los carburadores o inyectores de aspiración normal se configuran de fábrica para operar a partir de la presión y temperatura teóricas a nivel del mar: 29.92 ″ de mercurio, a 59ºƒ. (si desea el valor en pacales, dinas o dipsy-doodles, debe buscarlo).

A medida que el avión sube, la relación combustible / aire se enriquece, lo que significa que llega menos oxígeno a los cilindros del motor. El piloto puede entonces inclinar la mezcla moviendo la palanca de mezcla o girando la perilla de la mezcla hacia atrás. Si la mezcla es demasiado pobre, el motor funcionará en caliente, lo que puede dañar las válvulas o quemar agujeros en los pistones. La regla general es inclinarse hasta que el motor chisporrotee, luego correr hasta que el motor funcione suavemente, luego moverlo un poco más rico, para que no haga funcionar el motor demasiado caliente.

Durante la escasez de combustible de la década de 1970, los propietarios de aviones tendían a hacer funcionar sus motores demasiado delgados. Cualquier cosa que ahorren en combustible se perdió unos cientos de veces debido a pistones quemados y válvulas deformadas.

Un motor de pistón turboalimentado está sujeto a las mismas reglas, excepto que el piloto puede mantener el rendimiento cerca del nivel del mar a altitudes más altas porque un impulsor empuja el aire hacia el motor.

Mientras que los motores de aspiración normal son los más eficientes por debajo de los 15,000 pies, los motores turboalimentados son más eficientes por encima de los 15,000. (esas altitudes son de memoria, por lo que pueden estar a un par de miles de pies más o menos).

Normalmente, la gestión del combustible del trabajo para motores turboalimentados es más fácil porque hay un medidor de flujo de combustible disponible. Al usar los ajustes de temperatura y altitud que figuran en el manual de operación del avión, el piloto puede configurar con confianza el motor para obtener la mejor economía y rendimiento sin tener que preocuparse por daños en el motor.

También es posible que el motor se sobrecaliente a gran altura, a pesar de que la temperatura del aire exterior es de 20 ° C por debajo, debido a la baja presión de aire, ya que no hay suficiente aire circulando sobre el motor. Una combinación de abrir las aletas del capó y hacer funcionar el motor con una mezcla de combustible más rica puede ayudar a enfriar el motor.

Un viejo indicio del asiento del pantalón sobre si un avión ha estado corriendo demasiado rico o demasiado delgado es mirar el área donde el escape golpea el fuselaje o el borde de entrenamiento del ala. Si la marca de la corriente es marrón oscuro / negro y muy grasosa, el motor funciona demasiado rico. Si está seco y casi blanco, el motor está funcionando demasiado delgado. Un color claro que no sea demasiado grasiento indica lo correcto. Por supuesto, esto se hace en el suelo mientras se lava el avión.

Los aviones reales, como los jets y otros, tienen computadoras.

Es bastante simple. La potencia o potencia de salida del motor cambia con los cambios de presión atmosférica a menos que exista un sistema que comprima el aire de admisión. Los motores de pistón utilizan turbocompresores accionados por gases de escape. Los motores turbohélice, turborreactor y turboventilador utilizan compresores de turbina para aumentar la cantidad de aire disponible. La mayoría de estos motores que comprimen el aire de admisión nunca funcionan a presiones de aire a nivel del mar porque incluso a nivel del mar, comprimen el aire de admisión.

Un motor de pistón turboalimentado tiene controles que permiten al piloto elegir la cantidad de impulso de sobrealimentación.

La mezcla de combustible / aire se ajusta constantemente [1] manualmente o por computadora. Los aviones de pasajeros modernos generalmente tienen un sistema conocido como FADEC (Control de motor digital de autoridad completa) que ajusta la mezcla de combustible / aire automáticamente para un rendimiento máximo.

Notas al pie

[1] FADEC