Introducción a la Turbina de Gas.
Una turbina de gas es un motor térmico rotativo de flujo continuo que se caracteriza por presentar una baja relación peso potencia y una velocidad de giro muy elevada.
La elevada velocidad de giro, que en función del tamaño puede llegar a alcanzar valores de hasta 40000 revoluciones por minuto, orienta su utilización a una unidad de generación de gases con elevada entalpía que puede utilizarse para propulsión a reacción o puede ser la encargada de accionar una turbina de potencia acoplada a un eje, en la que puede acoplarse cualquier tipo de carga.
De este modo la turbina de gas está formada por dos elementos principales:
· El generador de gases
· La unidad generadora de potencia
El generador de gases esta formado a su vez por uno o varios compresores, la cámara de combustión, donde se mezclará el combustible con el aire y donde tendrá lugar la combustión, y finalmente ala o las turbinas de expansión de gases, que este caso sólo obtendrán la potencia necesaria para mover los compresores.
La unidad generadora de potencia es donde se obtendrá la potencia útil de la máquina, dependiendo de la aplicación, será otra turbina de expansión de gases, o bien, una tobera de propulsión.
En la actualidad, la turbina de gas se utiliza ampliamente, pues es capaz de desarrollar muy elevadas potencias con un tamaño y peso contenidos, aunque sin obtenerse rendimientos muy elevados, del orden del 25% como valores máximos.
Las turbinas de gas orientadas a la propulsión de reacción se implementan en la gran mayoría de aviones comerciales y militares, mientras que las turbinas de gas orientadas a la generación de trabajo en un eje también se han utilizado en buques, trenes, tanques, autobuses, camiones y coches y en los compresores de los gasoductos, pero tienen la utilización prioritaria como generadores de energía eléctrica, bien sea para cubrir las puntas de demanda, gracias a su moderada velocidad de puesta en marcha, bien sea en ciclo combinado con una turbina de vapor para cubrir demandas medianas y con un elevado rendimiento u otras configuraciones de cogeneración en las que existe un proceso de elevada necesidad de calor, de modo que el gran caudal de gases de escape, una vez aprovechado en la turbina de potencia, e utiliza para la producción de vapor o el secado de un determinado proceso industrial.
Los orígenes de la turbina de gas se remonta a muchos años antes de que el desarrollo tecnológico tanto de materiales como de procesos industriales, permitiera su correcta implantación. Las limitaciones esenciales provienen de las altas temperaturas de trabajo de los materiales y el correcto equilibrio y articulación del rotor, por el elevado régimen de giro del mismo.
La primera patente de una turbina de gas la obtiene en1971 John Barber, pero no es hasta el año 1900 cuando se construye la primera turbina de gas que funcionó realmente, y que fue diseñada en Francia por Stolze, aunque los resultados obtenidos fueron decepcionantes. La aportación de diversos científicos, como Frank Whittle, permitió que en 1939 se construyese el primer avión del mundo propulsado por una turbina de gas, el avión alemán He 178, año en el que también se implemento la primera turbina de gas para la producción de energía eléctrica.
Durante la Segunda Guerra Mundial se constató la idoneidad de las turbinas de gas para la propulsión a reacción, aunque el incipiente grado de desarrollo tecnológico y las restricciones de fondos y materiales propios de una guerra impidieron una implantación masiva. De forma paralela al desarrollo de las turbinas orientadas a la propulsión a reacción, se fueron desarrollando las turbinas de generación de trabajo en eje, orientadas tanto a la generación como a la propulsión.
Desde los inicios hasta la actualidad se han ido mejorando los desarrollos de turbinas para mejorar los materiales, reducir la temperatura de la turbina, obtener los mejores combustibles y mejorar los componentes del ciclo. Se han obtenido mayores prestaciones, fiabilidad y economía, siendo la solución en aquellas aplicaciones de propulsión de elevada potencia y relación peso/potencia y volumen/potencia baja, y en aquellas instalaciones de cogeneración en las que se requiere un elevado caudal de gas de escape.
TIPOS DE TURBINAS DE GAS.
Existen múltiples criterios de clasificación de las turbinas de gas, los más importantes de los cuales son:
· Tipo de ciclo termodinámico
· Modo de aportación de energía
· Disposiciones mecánicas
· Tipo de aplicación de la turbina de gas
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Los sistemas de combustible se considera está diseñado para proporcionar un flujo ininterrumpido de combustible limpio desde los tanques de combustible hasta el motor. El combustible debe estar disponible para el motor en cualquier condición de potencia del motor, altitud, actitud, y durante todas las maniobras de vuelo aprobado. Dos clasificaciones comunes
El sistema de combustible con bomba cuenta con dos bombas de combustible. El sistema de la bomba principal es accionado por el motor con una bomba auxiliar de accionamiento eléctrico para su uso en el arranque del motor y en el cas
El sistema de combustible con bomba cuenta con dos bombas de combustible. El sistema de la bomba principal es accionado por el motor con una bomba auxiliar de accionamiento eléctrico para su uso en el arranque del motor y en el cas
Sistema de arranque
Sistema de arranque
La mayoría de aviones pequeños utilizan el sistema de arranque eléctrico. Este sistema consiste en una fuente eléctrica, cableado, interruptores, solenoides, un motor de arranque. La mayoría de las aeronaves se activa de forma automática y se desactiva cuando el motor se encuentra en operación, pero algunos de los aviones más antiguos se activan mecánicamente controlados por una palanca accionada por el piloto. El motor de arranque (marcha) se conecta con el volante del eje cigüeñal, girando el motor a una velocidad que permita el arranque y mantenga su operación.
La energía eléctrica para el arranque suele ser suministrado por una batería de a bordo, pero también puede ser suministrado por una fuente externa (GPU) a través de una toma de corriente externa. Cuando el interruptor de la batería se enciende, la electricidad se suministra a la barra de alimentación principal a través del solenoide de la batería. Energizando el motor de arranque y el interruptor de arranque, pero el motor de arranque no funcionará hasta que el solenoide de partida es energizado por el interruptor de arranque moviéndolo hacia la posición "START". Cuando el interruptor de arranque se libera de la posición "START", el solenoide se quita de alimentación del motor de arranque. El motor de arranque está protegido de ser impulsado por el motor a través de un embrague en la unidad de arranque que permite que el motor funcione más rápido que el motor de arranque.
Al arrancar un motor, las normas de seguridad y de turismo deben ser estrictamente observadas. Uno de los más importantes es asegurarse de que no hay nadie cerca de la hélice además los neumáticos deben estar calzados y los frenos puestos, para evitar riesgos provocados por el movimiento involuntario, daños en la hélice y a la propiedad (instalaciones del apto o taller), el avión debe estar en un área donde la hélice no podría levantar la grava o polvo.
Sistema de Escape
Sistemas de Escape
El escape del motor es un sistema de ventilación de los gases de combustión quemados que son expulsados de la aeronave por la parte inferior así mismo suministrar calor a la cabina y deshielo del parabrisas. El sistema de escape va conectado al múltiple de escape, así como un silenciador y la cubierta de un silenciador. Los gases de escape son expulsados del cilindro a través de la válvula de escape y luego a través del tubo de escape a la atmósfera.
Para el calor de la cabina, el aire exterior es aspirado hacia la entrada de aire y se canaliza a través de una cubierta alrededor del silenciador. El silenciador se calienta por la salida de los gases de escape y, a su vez, calienta el aire alrededor del silenciador. Este aire caliente se envía hacia la cabina para aplicaciones de calor y el deshielo. El calor y el deshielo están controlados en la cabina de vuelo y se puede ajustar al nivel deseado.
Los gases de escape contienen grandes cantidades de monóxido de carbono, que es inodoro e incoloro. El monóxido de carbono es mortal y su presencia es prácticamente imposible de detectar. El sistema de escape debe estar en buenas condiciones y libre de grietas.
El escape del motor es un sistema de ventilación de los gases de combustión quemados que son expulsados de la aeronave por la parte inferior así mismo suministrar calor a la cabina y deshielo del parabrisas. El sistema de escape va conectado al múltiple de escape, así como un silenciador y la cubierta de un silenciador. Los gases de escape son expulsados del cilindro a través de la válvula de escape y luego a través del tubo de escape a la atmósfera.
Para el calor de la cabina, el aire exterior es aspirado hacia la entrada de aire y se canaliza a través de una cubierta alrededor del silenciador. El silenciador se calienta por la salida de los gases de escape y, a su vez, calienta el aire alrededor del silenciador. Este aire caliente se envía hacia la cabina para aplicaciones de calor y el deshielo. El calor y el deshielo están controlados en la cabina de vuelo y se puede ajustar al nivel deseado.
Los gases de escape contienen grandes cantidades de monóxido de carbono, que es inodoro e incoloro. El monóxido de carbono es mortal y su presencia es prácticamente imposible de detectar. El sistema de escape debe estar en buenas condiciones y libre de grietas.
Algunos sistemas de escape tienen una sonda de EGT (exhaust gas temperature). Esta sonda transmite la EGT a un instrumento en la cabina de vuelo. El indicador de EGT mide la temperatura de los gases en el múltiple de escape. Esta temperatura varía con la proporción de combustible que entra a los cilindros y se puede utilizar como base para la regulación de la mezcla aire/combustible. El indicador de EGT es muy preciso en señalar el ajuste de la mezcla correcta. Cuando se utiliza el EGT para ayudar a seleccionar la mezcla aire/combustible, el consumo de combustible puede reducirse. Para los procedimientos específicos, consulte las recomendaciones del fabricante para seleccionar la mezcla.
Sistema de Enfriamineto
Sistemas de enfriamiento del motor
La quema de combustible en los cilindros produce un calor intenso, la mayoría de los cuales es expulsado a través del sistema de escape. Sin embargo gran parte del calor residual, debe ser removido, o se disipado, al menos para evitar que el motor se sobrecaliente. De lo contrario, las altas temperaturas del motor pueden conducir a la pérdida de potencia, al consumo excesivo de aceite, per-detonación, y daños graves en el motor.
Si bien el sistema de aceite es vital para la refrigeración interna del motor, un método adicional de enfriamiento, es necesario que la superficie externa del motor tenga contacto con el aire. La mayoría de las aeronaves pequeñas son enfriadas por aire aunque algunos son enfriados por líquido.La quema de combustible en los cilindros produce un calor intenso, la mayoría de los cuales es expulsado a través del sistema de escape. Sin embargo gran parte del calor residual, debe ser removido, o se disipado, al menos para evitar que el motor se sobrecaliente. De lo contrario, las altas temperaturas del motor pueden conducir a la pérdida de potencia, al consumo excesivo de aceite, per-detonación, y daños graves en el motor.
Refrigeración con aire se realiza por que aire que fluye en el compartimiento del motor a través de aberturas que se ubican en la parte delantera del capó del motor. Las pantallas (bafles) direccionan el aire sobre las aletas adheridas (aletas de enfriamiento) a los cilindros del motor y en otras partes del motor, donde el aire absorbe el calor del motor. La expulsión del aire caliente se lleva a cabo a través de una o más aberturas en la parte baja de la cubierta del motor.
El aire exterior entra en el compartimiento del motor a través de una entrada detrás del cubo de la hélice. Las pantallas lo dirigen a las partes más calientes del motor principalmente a los cilindros, que tienen aletas que aumentan la superficie expuesta al flujo de aire.
El sistema de refrigeración por aire es menos eficaz durante las operaciones en tierra, despegues, rodajes, períodos de alta potencia y operaciones a baja velocidad. Por el contrario, los descensos a alta velocidad ofrecen una excesiva ingestión de aire lo cual puede enfriar bruscamente al motor, sometiéndolo a extremas fluctuaciones de temperatura.
El funcionamiento del motor a temperatura más alta que su diseño puede causar pérdida de potencia, consumo excesivo de aceite, y la pre-detonación. También dará lugar a daños permanentes en el motor, tales como la deformación de las paredes del cilindro, daño en los pistones y anillos, la quema y deformación de las válvulas. En la cabina de vuelo encontraremos los instrumentos de temperatura del motor que ayudará a tener control de la temperatura de funcionamiento.
El sistema de refrigeración por aire es menos eficaz durante las operaciones en tierra, despegues, rodajes, períodos de alta potencia y operaciones a baja velocidad. Por el contrario, los descensos a alta velocidad ofrecen una excesiva ingestión de aire lo cual puede enfriar bruscamente al motor, sometiéndolo a extremas fluctuaciones de temperatura.
El funcionamiento del motor a temperatura más alta que su diseño puede causar pérdida de potencia, consumo excesivo de aceite, y la pre-detonación. También dará lugar a daños permanentes en el motor, tales como la deformación de las paredes del cilindro, daño en los pistones y anillos, la quema y deformación de las válvulas. En la cabina de vuelo encontraremos los instrumentos de temperatura del motor que ayudará a tener control de la temperatura de funcionamiento.
En condiciones normales de operación con aeronaves que no están equipadas con cowl flaps (aletas chimenea), la temperatura del motor se puede controlar cambiando la velocidad o la potencia del motor. Las altas temperaturas del motor puede ser reducido al incrementar la velocidad y / o reducir el poder.
El medidor de temperatura del aceite da una indicación indirecta y atrasada sobre el aumento de la temperatura del motor, pero se puede utilizar para determinar la temperatura del motor si éste es el único medio disponible.
La mayoría de las aeronaves están equipadas con un indicador de temperatura que indica un cambio de temperatura del cilindro directa e inmediata. Este instrumento está calibrado en grados Celsius o Fahrenheit, y por lo general un código de color con un arco de color verde para indicar el rango de operación normal. Una línea roja en el instrumento indica la temperatura máxima permisible del motor.
La mayoría de las aeronaves están equipadas con un indicador de temperatura que indica un cambio de temperatura del cilindro directa e inmediata. Este instrumento está calibrado en grados Celsius o Fahrenheit, y por lo general un código de color con un arco de color verde para indicar el rango de operación normal. Una línea roja en el instrumento indica la temperatura máxima permisible del motor.
Para evitar un exceso de temperatura del cilindro, se aumenta de velocidad, enriquecer la mezcla, y / o reducir la potencia. Cualquiera de estos procedimientos ayuda a reducir la temperatura del motor. En los aviones equipados con cowl flaps, utilice las posiciones de apertura para controlar la temperatura. Los Cowl flaps están cubiertas con bisagras que se ajustan a la apertura por donde se expulsa el aire caliente. Si la temperatura del motor es baja, los cowl flaps se pueden cerrar, lo que restringe el flujo de aire caliente que es expulsado y aumenta la temperatura del motor. Si la temperatura del motor es alta, los cowl flaps se abren para permitir un mayor flujo de aire a través del sistema, lo que disminuye la temperatura del motor.
Grados de combustible.
La gasolina de aviación o mejor conocido como AVGAS ó GASAVIÓN, es identificado por el número de octano ó grado, el cual indica el valor antidetonante o resistencia de explosión de la mezcla de combustible dentro del cilindro del motor. El valor más alto del grado de la gasolina soporta mayor presión sin detonar.
Grados inferiores de combustible son utilizados en motores de baja compresión debido a que estos combustibles presentan ignición a bajas temperaturas. Grados superiores de combustible son utilizados en motores de alta compresión debido a que estos combustibles presentan ignición a altas temperaturas.
Si el grado adecuado según indicado en AFM/POH (Manual de vuelo / Manual de operación del piloto) no esta disponible en las estaciones de suministro de combustible, se deberá utilizar el grado siguiente. Importante nunca utilizar grados inferiores, esto último podría provocar daños al interior del motor debido a la detonación del combustible.
El método común para identificar la gasolina de aviación para aeronaves con motor recíproco, es por la cantidad de octano y el número de rendimiento, precedido del término AVGAS. Estas aeronaves usan AVGAS 80, 100 y 100LL. Las siglas LL indican bajo en plomo por sus siglas en ingles (LOW LEAD). El combustible para aeronaves que utilizan motores de turbina es clasificado como JET A, JET A1, y JET B. El combustible JET o mejor conocido como "Turbosina", es basicamente Keroseno y tiene un olor muy característico.
A continuación se muestra un sistema de codificación de colores para identificar a los combustibles de aviación.
Sistema de Lubricacion
Sistema de Lubricación
El sistema de Lubricación del motor realiza varias funciones importantes que son:
• Lubricación de las piezas móviles del motor
• El enfriamiento del motor mediante la reducción de la fricción
• Extracción de calor de los cilindros
• Proporcionar un sello entre las paredes del cilindro y pistones
• arrastre de contaminantes.
Los motores alternativos utilizar un cárter húmedo o un sistema de aceite de cárter seco. En un sistema de cárter húmedo, el aceite se encuentra en un colector de aceite, que es una parte integral del motor. En un sistema de cárter seco, el aceite está contenido en un tanque separado, y se distribuirá a través del motor por medio de bombas.
El principal componente de un sistema de cárter húmedo es la bomba de aceite, que bombea el aceite del cárter y lo envía al motor. Después de que el aceite pasa a través del motor, vuelve al cárter. En algunos motores, la lubricación adicional es suministrado por la rotación del eje cigüeñal, que genera salpicaduras de aceite en partes las partes móviles del motor.
La bomba de aceite también suministra la presión del aceite en un sistema de cárter seco, pero el origen del aceite se encuentra externo al motor en un tanque de aceite separado. Después el aceite se distribuye a través del motor, que se bombea desde los distintos lugares en el motor, retornando al tanque de aceite por medio de bombas de barrido. El sistema de cárter seco permite un mayor volumen de aceite que se suministra al motor, lo que los hace más adecuados para motores de intercambio muy grande.
El principal componente de un sistema de cárter húmedo es la bomba de aceite, que bombea el aceite del cárter y lo envía al motor. Después de que el aceite pasa a través del motor, vuelve al cárter. En algunos motores, la lubricación adicional es suministrado por la rotación del eje cigüeñal, que genera salpicaduras de aceite en partes las partes móviles del motor.
La bomba de aceite también suministra la presión del aceite en un sistema de cárter seco, pero el origen del aceite se encuentra externo al motor en un tanque de aceite separado. Después el aceite se distribuye a través del motor, que se bombea desde los distintos lugares en el motor, retornando al tanque de aceite por medio de bombas de barrido. El sistema de cárter seco permite un mayor volumen de aceite que se suministra al motor, lo que los hace más adecuados para motores de intercambio muy grande.
El medidor de presión de aceite proporciona una indicación directa de la operación del sistema de aceite. Asegura que la presión en libras por pulgada cuadrada (PSI) del aceite suministrado al motor. El color verde indica el rango de operación normal, mientras que el rojo indica las presiones mínimas y máximas. No debería ser una indicación de presión de aceite durante el arranque del motor. Consulte con el AFM / POH las limitaciones del fabricante.
El medidor de temperatura del aceite mide la temperatura del aceite. Un área verde muestra el rango de operación normal y la línea roja indica la temperatura máxima permitida. A diferencia de presión de aceite, los cambios en la temperatura del aceite se producen más lentamente. Esto es particularmente notable después de arrancar un motor frío, cuando se puede tardar varios minutos o más para que el indicador empieza a mostrar un aumento de la temperatura del aceite.
Revise periódicamente la temperatura del aceite durante el vuelo, especialmente cuando se opera en temperaturas altas o bajas. Las indicaciones de alta temperatura del aceite puede ser señal de una obstrucción de la línea de aceite, un nivel bajo de aceite en el motor, un enfriador (radiador) de aceite bloqueado o el medidor de temperatura esta defectuoso. Bajo las indicaciones de temperatura del aceite puede ser señal de la viscosidad del aceite inadecuado durante las operaciones en clima frío.
El tapón de llenado de aceite y varilla medidora (para medir la cantidad de aceite) son generalmente accesibles a través de un panel en la cubierta del motor. Si la cantidad no se ajusta a los niveles recomendados por el fabricante de funcionamiento, el aceite debe ser agregado. La AFM / POH o carteles cerca del panel de acceso proporcionan información sobre el tipo correcto de aceite y el peso, así como mínima y máxima cantidad de aceite.
Por AeropoloV3 asesorado por JHON CENA
Revise periódicamente la temperatura del aceite durante el vuelo, especialmente cuando se opera en temperaturas altas o bajas. Las indicaciones de alta temperatura del aceite puede ser señal de una obstrucción de la línea de aceite, un nivel bajo de aceite en el motor, un enfriador (radiador) de aceite bloqueado o el medidor de temperatura esta defectuoso. Bajo las indicaciones de temperatura del aceite puede ser señal de la viscosidad del aceite inadecuado durante las operaciones en clima frío.
El tapón de llenado de aceite y varilla medidora (para medir la cantidad de aceite) son generalmente accesibles a través de un panel en la cubierta del motor. Si la cantidad no se ajusta a los niveles recomendados por el fabricante de funcionamiento, el aceite debe ser agregado. La AFM / POH o carteles cerca del panel de acceso proporcionan información sobre el tipo correcto de aceite y el peso, así como mínima y máxima cantidad de aceite.
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