Diseño del sistema de combustible de aeronaves: el desglose
Lo entendemos: no eres mecánico de aviones. Su nivel habitual de implicación con el sistema de combustible de su avión puede ser el escalofrío que sienta al sacar su cartera para financiar otro repostaje. Aún así, no nos viene mal construir nuestra base de conocimientos y mejorar nuestra capacidad para solucionar algunos problemas básicos si algo sale mal.
Lo entendemos, no eres un mecánico de aviones. Tu nivel habitual de implicación con el sistema de combustible de tu aeronave puede ser la mueca que haces al sacar la cartera para financiar otro repostaje.
Aun así, no está de más que ampliemos nuestra base de conocimientos y mejoremos nuestra capacidad para realizar algunas tareas básicas de resolución de problemas si algo sale mal. Si eso no es suficiente incentivo, aquí tienes un poco más: pasa cualquier cantidad de tiempo cerca de aeronaves y escucharás, o incluso te verás envuelto en un debate sobre los pros y los contras de las aeronaves de aviación general pequeñas de ala alta frente a las de ala baja.
Un par de los puntos clave perennes en la discusión involucran los tipos de sistemas de combustible y la ubicación de los tanques. ¿Tanque alto o tanque bajo? ¿Sistema de alimentación por gravedad vs. sistema de bomba de combustible? Estas son las preguntas que tus compañeros pilotos debatirán.
Cuanto más sepas sobre cada tipo, mejor preparado estarás para presentar tu punto de vista y dominar la atención y el respeto de otros pilotos, quizás menos versados.
¿Listo para repasar tus conocimientos sobre sistemas de combustible? Empecemos.
Tabla de Contenidos
- Sistemas de combustible de aeronaves monomotor
- Sistema de alimentación por gravedad
- Sistema de bomba de combustible
- Sistema de inyección de combustible
- Sistemas de combustible de aeronaves multimotor pequeñas
- Sistema bimotor de ala alta
- Sistema bimotor de ala baja
- Sistemas de combustible de aeronaves a reacción
- Grados de combustible de aviación
Sistemas de combustible de aeronaves monomotor
Los sistemas de combustible de las pequeñas aeronaves de aviación general monomotor están diseñados para adaptarse a su configuración y tipo de motor. Los dos sistemas más comunes en estas aeronaves son la alimentación por gravedad y la bomba de combustible.
En algunas aeronaves de ala alta de alto rendimiento, es posible que vea un sistema de inyección de combustible en lugar de uno de los sistemas de carburador.
Sistema de alimentación por gravedad
El sistema de alimentación por gravedad es un tipo de sistema de combustible de aeronaves que se encuentra en aeronaves monomotor de ala alta. Es el tipo de sistema de combustible de aeronaves más simple y básico, y esta es una de las razones por las que escuchará a los pilotos abogar por la configuración de ala alta. La desventaja es que el repostaje es un poco más desafiante gracias a la colocación alta del tanque.
Con un sistema de alimentación por gravedad, tendrá uno o, más probablemente, dos tanques de combustible, uno en cada ala. Dado que los tanques están colocados más altos que el motor, el combustible puede fluir desde el tanque hacia el motor utilizando la gravedad.
Una ventilación del tanque facilita la ecualización de la presión dentro de cada tanque y los tanques también se ventilan entre sí, por lo que tienen la misma presión.
Una vez que el combustible sale del tanque, fluye hacia la válvula selectora de combustible. Esta válvula permite al piloto aislar cada uno de los tanques para que el flujo de combustible pueda provenir solo del tanque izquierdo, solo del tanque derecho, de ambos tanques o ser cortado completamente.
Un filtro aguas abajo elimina cualquier sedimento y agua residual antes de permitir que el combustible fluya hacia el carburador o la bomba de cebado en el motor.
Sistema de bomba de combustible
(Manual del Piloto de Conocimientos Aeronáuticos (FAA-H-8083-25C), capítulo 7, página 26)
En las aeronaves de ala baja y media, es posible que no necesite una escalera para repostar, pero dependerá de un sistema de bomba de combustible más complejo para llevar el combustible de sus tanques al motor.
En un sistema de bomba de combustible o de alimentación por bomba, el motor está posicionado por encima de los tanques de combustible, y una o varias bombas extraen el combustible de los tanques y lo entregan al motor. Si el sistema de bomba falla, su motor se quedará sin combustible.
A diferencia de un sistema de alimentación por gravedad, es posible que en su sistema de bomba no se pueda extraer combustible de ambos tanques al mismo tiempo. En este caso, tanto el tanque izquierdo como el derecho van a una válvula selectora de combustible que tiene solo 3 posiciones: izquierda, derecha y apagado.
Verifica tu aeronave para confirmar qué opciones tienes. Aguas abajo del selector se encuentran el filtro y la bomba de cebado del motor, y luego las bombas de combustible.
Para mayor redundancia, la mayoría de los sistemas de bomba de combustible utilizan dos bombas instaladas en una configuración paralela. La bomba eléctrica proporciona la presión inicial de combustible al arrancar el motor y sirve como respaldo de la bomba principal accionada por el motor.
Si la bomba accionada por el motor falla, la bomba eléctrica puede tomar el control. Durante vuelos a gran altitud, la bomba eléctrica también trabaja para prevenir el bloqueo por vapor.
Sistema de inyección de combustible
Hasta ahora, ambos sistemas que hemos revisado tienen motores con carburadores, pero no todas las aeronaves monomotor de aviación general utilizan un motor con carburador.
Algunos modelos de alto rendimiento cuentan con sistemas de inyección de combustible. El sistema de combustible en estas aeronaves es una combinación de los dos sistemas que ya discutimos. Utiliza tanto el flujo por gravedad como las bombas de combustible para alimentar el motor con combustible presurizado.
En un sistema de inyección de combustible, el combustible fluye desde los tanques de combustible principales ventilados hacia tanques de reserva de combustible individuales que consolidan el combustible en un área con poco espacio de aire. Después de salir de los tanques de reserva, el combustible fluye a una válvula selectora (a menudo de tres vías con funcionalidad izquierda, derecha y apagado).
Combustible auxiliar
Una bomba de combustible auxiliar eléctrica en línea extrae el combustible de la válvula selectora y lo lleva a través del filtro para alimentar tanto la bomba de cebado como la bomba de combustible del motor aguas abajo.
La bomba de combustible auxiliar se utiliza principalmente para el arranque y sirve como respaldo de la bomba principal accionada por el motor. Si la bomba auxiliar está apagada o no funciona, la bomba accionada por el motor puede mover el combustible desde la válvula selectora a través del filtro por sí misma.
Una vez que el combustible presurizado entra en la bomba accionada por el motor, esta envía un gran volumen de combustible presurizado a la unidad de control de combustible. Esta unidad dosifica el combustible en función de las RPM del motor y las entradas de control de mezcla del piloto.
La unidad de control de combustible envía una cantidad dosificada de combustible al colector de distribución y de allí a los inyectores de combustible de cada cilindro en un flujo igual y consistente. Este flujo consistente es clave para el buen funcionamiento de un sistema de inyección de combustible.
Después de que se ha enviado combustible a los inyectores, el exceso de combustible y los vapores de combustible se devuelven al tanque de reserva a través de la bomba.
El piloto puede monitorear el flujo de combustible gracias a un indicador de flujo de combustible que obtiene su lectura de presión de combustible del colector de distribución y traduce esa lectura a galones por hora.
Sistemas de combustible de aeronaves multimotor pequeñas
Tan pronto como se agrega un segundo motor a la mezcla, el sistema de combustible se vuelve naturalmente más complejo. Los sistemas multimotor necesitan una mayor capacidad de combustible, por lo que generalmente tienen dos tanques adicionales.
Afortunadamente, muchas de las piezas siguen siendo las mismas, por lo que tu comprensión básica de una configuración monomotor te servirá para empezar a aprender un sistema recíproco (multimotor).
Para construir una comprensión básica de estos sistemas, desglosaremos los diseños de las configuraciones básicas de sistemas de combustible de bimotores de ala alta y bimotores de ala baja.
Sistema bimotor de ala alta
En un bimotor de ala alta, es probable que vea un sistema combinado con componentes de alimentación por gravedad, así como una bomba de combustible eléctrica.
La ubicación de los tanques de combustible puede variar, pero un sistema básico de combustible de un bimotor de ala alta a menudo tiene dos tanques en cada ala. El tanque exterior de cada lado se conecta al tanque interior, que luego va a la válvula selectora.
Las válvulas selectoras para ambos juegos de tanques izquierdo y derecho se conectan para permitir al piloto seleccionar de dónde extraer el combustible y a qué motor dirigirlo.
Dependiendo de tu aeronave, es posible que puedas o no seleccionar una opción de interconexión que enviaría combustible de los tanques de un lado de tu aeronave al motor del lado opuesto.
Puede que necesite realizar una alimentación cruzada de un tanque al otro primero y luego al motor. De nuevo, esto variará según la aeronave, así que infórmese sobre la configuración de su aeronave.
Cada conjunto de tanques tiene su propio sistema independiente aguas abajo de la válvula selectora, por lo que a partir de ese punto, básicamente se tienen dos sistemas individuales paralelos, uno para cada motor.
Para cada motor, el combustible es extraído de la válvula selectora, a través del filtro por una bomba eléctrica de combustible que luego envía combustible presurizado a la entrada de la unidad de dosificación de inyección de combustible. Esta unidad asigna y suministra la cantidad adecuada de combustible al colector de distribución y a los inyectores de combustible individuales.
Sistema bimotor de ala baja
Un sistema básico de combustible de bimotor de ala baja también suele contener dos tanques a cada lado, uno principal y uno auxiliar. Dado que este sistema es más grande que la variación de un solo motor, para mantener la presión del sistema y evitar el bloqueo por vapor, es posible que encuentre una bomba de refuerzo cerca de la salida de cada tanque principal.
La bomba de refuerzo ceba y arranca el motor, además de servir como respaldo para la bomba de inyección principal accionada por el motor en cada lado.
En la válvula selectora de cada motor, el piloto puede elegir de dónde extraer el combustible. Una vez que se ha seleccionado la fuente de combustible, este pasará por el filtro y entrará en la bomba de combustible del motor. De nuevo, se trata de dos sistemas que funcionan en paralelo, uno para cada uno de los dos motores de la aeronave.
En la bomba de combustible, un separador de vapor eliminará el aire junto con cualquier exceso de fluido y lo enviará de vuelta hacia los tanques. El combustible restante será presurizado y liberado al control de combustible.
El control de combustible de cada motor regula el flujo de combustible al colector y a los inyectores aguas abajo basándose en la configuración de control de mezcla introducida por el piloto y las RPM de la aeronave.
Sistemas de combustible de aeronaves a reacción
Hemos recorrido los sistemas de combustible de aeronaves monomotor de aviación general de nivel básico y hemos avanzado a las configuraciones intermedias de bimotores. Ahora, dado que no somos mecánicos de aeronaves, solo abordaremos los complejos sistemas de combustible que se encuentran en las aeronaves a reacción.
La forma más sencilla de no perderse en los detalles de un sistema de combustible de un motor a reacción es dividirlo en subsistemas. El primer subsistema es el almacenamiento. Las grandes aeronaves a reacción tienen grandes necesidades de combustible, por lo que tendremos múltiples tanques de combustible en las alas y/o en el fuselaje.
La buena noticia de todos estos múltiples tanques es que normalmente están interconectados por un colector, lo que permite un repostaje en un único punto desde una ubicación, normalmente debajo del ala o en el fuselaje.
El segundo subsistema de combustible en los jets es la ventilación. Recordarás que nuestros sistemas monomotor más básicos tenían una sola ventilación en cada tanque de combustible. Los jets tienen un sistema de ventilación interconectado completo con válvulas de flotador y retención para asegurar que los tanques permanezcan ventilados sin importar la altitud.
Los subsistemas de distribución y alimentación de combustible están llenos de dispositivos de seguridad y redundancias para garantizar que siempre haya una forma de hacer llegar el combustible a los motores, incluso si fallan los sistemas principales. Por ejemplo, las bombas de refuerzo en los tanques suministran combustible a los motores.
También pueden mover combustible a los colectores de transferencia y el sistema de transferencia puede servir como respaldo para la distribución. Si las propias bombas de refuerzo no funcionan, un bypass de la bomba de refuerzo mantiene el flujo de combustible.
El elaborado sistema de colectores conecta todos los tanques y motores para aumentar la redundancia y la seguridad.
Hablando de seguridad, el sistema de indicación de combustible de un avión a reacción es robusto y está diseñado para mantener al piloto continuamente informado del estado de todos los aspectos del sistema de combustible, desde la cantidad de combustible hasta la presión y la temperatura.
Grados de combustible de aviación
La gasolina de aviación, también conocida como AVGAS, se puede identificar por su octanaje o grado. Cuanto mayor sea el grado, más presión puede soportar el combustible sin detonar.
AVGAS 100LL (LL significa Bajo Plomo) es la gasolina de aviación más comúnmente utilizada.
Conclusiones
Como pilotos, no necesitamos ser mecánicos para entender los fundamentos del diseño de los sistemas de combustible de nuestras aeronaves. Podemos empezar por aprender un sistema simple de alimentación por gravedad de un solo motor y construir a partir de ahí.
En última instancia, un buen conocimiento práctico del sistema de combustible de nuestra aeronave nos ayudará a realizar una solución de problemas inicial si hay un problema y nos preparará para una conversación inteligente con el mecánico cuando necesitemos llamar a los expertos.
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