INSTRUMENTOS DE POTENCIA Y CONTROL DE MOTOR Los instrumentos del motor que indican la presión del aceite, la temperatura de aceite, la velocidad del motor, la temperatura del gas de escape, y el flujo de combustible son comunes tanto a los motores de turbina como a los motores de pistón. Sin embargo, hay algunos instrumentos que son únicos para motores de turbina y otros para motores de pistón/ émbolo. La potencia de los motores se refiere a la cantidad de empuje disponible para la propulsión y se expresa como potencias nominales en unidades de potencia al freno o al eje, en el eje de una hélice o en libras de empuje en tubo de chorro. Los regímenes de potencia nominales los establece el fabricante en banco de pruebas, para diferentes condiciones de operación. Por ejemplo un turborreactor puede limitarse en despegue a 5 minutos a temperatura de turbina de 795ºC. Se usan diferentes tipos de instrumentos para indicar la potencia dependiendo del tipo de motor: - Tacómetro: Usado en todos los motores. - Indicador flujo combustible: Todos los motores - Presión de torsión: Motores de émbolo y Turbohélice. - Temp. Gases escape: Motores a reacción/ Turbohélice. - Relación de presión: Motores con compresor Axial. INDICADORES EN MOTORES DE ÉMBOLO (PISTÓN) CONJUNTO INDICADOR DE PRESIÓN DE ADMISIÓN:

Un indicador de admisión de presión típico se compone de dos fuelles, uno abierto al colector de aspiración y el otro evacuado y sellado. En el interior del muelle sellado va instalado un muelle de control; la diferencia entre ambos muelles se transmite a una aguja indicadora. En la entrada al fuelle abierto va situado un filtro y una restricción para suavizar cualquier aumento de presión. Cuando el fuelle abierto recibe presión se expande haciendo que la aguja se mueva sobre la escala e indique la variación de presión.

Los indicadores de presión de admisión son del tipo de lectura directa y están graduados para medir la presión absoluta en pulgadas de mercurio. Es un término asociado a los motores alternativos en los que la potencia se determina mediante dos variables: la presión que fuerza el pistón hacia abajo y el número de carreras por minuto. La velocidad del cigüeñal medida mediante tacómetros está directamente relacionada con el número de carreras por minuto pero la presión dentro de los cilindros es difícil de medir directamente. La presión absoluta del aire en el sistema de inducción, antes de la válvula de entrada está relacionada con la presión desarrollada dentro del cilindro. Es esta presión la que se conoce como presión absoluta de admisión o MAP (Manifold Absolute Pressure), es fácil de medir y se usa conjuntamente con

las vueltas de motor para indicar la potencia que el motor está desarrollando. El indicador suele ser una esfera graduada en pulgadas de mercurio (inches/HG). Cuando el motor está parado la aguja indica la presión barométrica, valor que debe coincidir con el del altímetro cuando este está ajustado a la elevación del aeropuerto. Cuando el motor está arrancado y a régimen de ralentí la indicación de presión desciende 15 pulgadas aproximadamente. Un motor aspirado normalmente nunca puede desarrollar una presión de admisión mayor que la atmosférica pero sí los motores sobrecomprimidos y turbocomprimidos. CONJUNTO INDICADOR DE PRESIÓN DE TORSIÓN (TORQUÍMETRO):

El sistema de torquímetro forma parte del motor mismo y suele estar integrado en el conjunto de engranaje de reducción entre el cigüeñal y el eje de la hélice. Su construcción depende del tipo de motor, pero su funcionamiento se basa en los mismos principios. En el caso de los turbohélices, solamente una pequeña parte de de la fuerza propulsiva es debida al empuje del motor, despreciable frente a la potencia desarrollada por la hélice. Debido a esto para indicar la potencia producida por el motor no se consideran las indicaciones relativas al empuje residual de los gases de escape y ni la relación de presiones de entrada y salida. Cuando se habla de la potencia desarrollada por el motor la indicación más importante es el par motor absorbido por la hélice que se utiliza en conjunción con las vueltas de motor (RPM).

El par motor o momento de giro es proporcional a la potencia y se trasmite a través del engranaje reductor a la hélice. Para medir el nivel de potencia que el motor desarrolla tanto en tierra como en vuelo se utiliza un sistema indicador conocido como torquímetro. En la mayor parte de los sistemas, la presión de aceite del torquímetro se usa para activar un indicador de par en el avión.

En las figuras anteriores podemos ver el funcionamiento de una unidad de torque hidromecánico. Esta contiene una pequeña válvula piloto ajustada a presión de torque cero. El aceite de motor es distribuido por igual a ambos lados del indicador de torque, indicando este cero. Cuando la carga se incrementa en el eje (rojo), este se retuerce de su alineamiento del eje principal (azul). Esta torsión causa el movimiento de comprensión de la válvula piloto. Esto producido cuando el motor esta girando causa un desequilibrio en el sistema de aceite, resultando la indicación. INDICADOR DE REVOLUCIONES POR MINUTO (TACÓMETRO)

Existen dos tipos de tacómetros: - Mecánicos: Constan de un imán que gira constantemente por la acción de un eje flexible acoplado a una salida de arrastre de motor. Alrededor del imán va instalado un elemento de aleación en forma de copa, de tal forma que queda una pequeña separación entre los dos. Cuando el imán gira induce corrientes parásitas a la copa haciéndola girar a la misma velocidad y esta a su vez mueve un eje que va unido a la aguja indicadora. - Eléctricos: El indicador típico consta de dos elementos interconectados por un elemento de accionamiento y un elemento indicador de velocidad. El elemento de accionamiento se trata en realidad de un motor síncrono, con un devanado trifásico de estator conectado en serie y un rotor que gira sobre cojinetes de bolas. El elemento indicador de velocidad consta de un rotor de imán permanente cilíndrico insertado en un tambor de modo que quede un pequeño entrehierro entre la periferia del tambor y el imán. En el extremo del eje de

la copa de arrastre hay un engranaje acoplado a la indicación correspondiente.

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Este tipo de tacómetros no requiere alimentación eléctrica del avión a excepción de la iluminación integral del indicador y es ampliamente usado en los aviones equipados con turborreactores.

TACÓMETROS ELECTRÓNICOS: Dentro de los indicadores eléctricos podemos encontrar un sistema indicador mediante sonda de tacómetro. Este sistema utiliza circuitos electrónicos de medida y proporciona indicación de RPM sin necesidad de generador de arrastre y elementos asociados, reduciendo por tanto el número de componentes y partes móviles del motor. Se usan en diversos tipos de aviones grandes de transporte público y tienen la ventaja de proporcionar salidas eléctricas independientes adicionales a las que se necesitan para la indicación de velocidad, como por ejemplo, registro de datos de vuelo y control de motor. Además de tener la ventaja de que una sonda no tiene piezas móviles. La sonda comprende un imán permanente, una pieza polar y varias bobinas alrededor de un núcleo magnético. Devanados independientes proporcionan las informaciones. La sonda va montada en el compresor de alta presión del motor, penetrando en esta sección. Las piezas polares de la sonda se encuentran montadas muy cerca de los dientes de la rueda dentada. El imán permanente produce un campo magnético alrededor de las bobinas detectoras y cuando el diente de la rueda pasa por la pieza polar, se induce una fuerza electromotriz siendo la intensidad 0 y cuando los dientes se alejen, la fuerza electromotriz tendrá la máxima amplitud. Todas estas señales pasan por un módulo de procesamiento y se envían al indicador y al resto de equipos que sean necesarios.

INDICADORES CARACTERÍSTICOS EN UN MOTOR A REACCIÓN.

SISTEMAS DE INDICACIÓN DE VELOCIDAD EN MOTOR A REACCIÓN.

El propósito principal de la indicación de vueltas o revoluciones por minuto (RPM) de los conjuntos giratorios en los turborreactores con compresores de flujo axial es vigilar las RPM durante el arranque de motor y varios regímenes operativos (despegue, subida rápida…etc.), la integridad de los conjuntos y sobre todo la posible entrada en sobrevelocidad. En los turborreactores de flujo axial simple, las RPM se consideran un complemento a la relación de presiones del motor para tener un índice de empuje del motor, pero no una indicación absoluta del empuje porque las condiciones de presión y temperatura de entrada afectan la velocidad del motor. La salida de señal de cualquiera de estos sensores se dirige a un indicador apropiado en la cabina de vuelo. Los indicadores están calibrados para leer directamente en porcentaje de vueltas (% RPM) del valor máximo permisible. Los motores de compresor de flujo axial dobles están provistos de de dos tacómetros, uno que indica las vueltas o velocidad del compresor de baja (N1) y otro que indica las vueltas del compresor de alta (N2). Existen varios tipos de tacómetros usados en los motores actuales (Centrífugos, de fricción, magnéticos, eléctricos, de rayo laser, electromagnéticos y electrónicos). Pero los más usados son los que hemos visto anteriormente.

INDICADOR DE N1:

El indicador de N1 representa la velocidad de rotación del compresor de baja y se presenta en el indicador como un porcentaje respecto a las RPM del diseño. Después del arranque, la velocidad del compresor de baja es gobernada por el eje de la turbina de baja, la cual está conectada al compresor de baja mediante un eje concéntrico. INDICADOR N2:

El indicador de N2 representa la velocidad de rotación del compresor de alta presión. Indica porcentaje de revoluciones por minuto. Una velocidad normal de operación de un compresor suele ser 22000 rpm. La indicación del 20% significa unas 4500 rpm. El objetivo principal de los indicadores de rpm de los compresores está en el control de la puesta en marcha y del control de la sobrevelocidad.

RELACIÓN DE PRESIONES DEL MOTOR (EPR):

Un indicador del cociente de presión (EPR) del motor se utiliza para indicar la potencia de salida de un turborreactor o de un turbo fan, en otras palabras, sirve para medir el empuje total del motor. En el empuje de un turborreactor intervienen un variado número de factores, desde los propios de diseño hasta las condiciones del aire exterior. El EPR es el cociente entre la presión de la descarga de la turbina y la presión de entrada del compresor. Las medidas de la presión se toman mediante sondas situadas en la admisión de motor y en la salida. Cuando se recogen estos datos, se envían a un transductor de presión diferencial, el cual envía una señal al instrumento. Medición de la relación de presiones del motor o E.P.R. (Engine Pressure Ratio), que en un turborreactor de doble compresor axial es la relación entre las llamadas “Pt7 /Pt2” en la que: Pt7 = Presión total del gas a la salida de turbina. P12 = Presión total del aire de entrada al compresor. El sistema EPR está diseñado para compensar automáticamente los efectos de la velocidad y de la altitud sobre las medidas tomadas. En la actualidad la mayor parte de los aviones equipados con turborreactores axiales y turbofan de bajo índice de derivación utilizan para medición de empuje indicadores de EPR que es el parámetro usado para medir los regímenes de despegue, subida y crucero del motor. El transmisor y el indicador están alimentados por 115 V de corriente alterna del avión.

Un indicador de EPR típico, presenta la indicación mediante aguja y contador numérico, ya que va provisto de dos contadores numéricos, uno de referencia del valor seleccionado y otro de medición real. Cada contador dispone de tres tambores giratorios con cifras, la rotación hacia abajo de los tambores indica aumento de la relación de presión. Dispone también de una bandera de aviso que se presenta delante de las cifras de la ventana cuando no tiene energía, el voltaje es demasiado bajo o hay fallo mecánico.

INDICADOR DE TEMPERATURA DE LOS GASES DE ESCAPE (EGT): EXHAUST GAS TEMPERATURE.

El sistema de indicación de temperatura de los gases de escape (E.G.T.) es un medio de vigilancia de los límites operativos de motor y de la integridad mecánica de las turbinas. Proporciona la temperatura de los gases de escape después de haber pasado por las cámaras de combustión. Consta de varias sondas medidoras y un indicador de servomotor.

Suele constar de seis a nueve termopares distribuidos en el cárter de escape de turbina y un indicador de servo por motor situado en el compartimento de vuelo. Este indicador es de VITAL importancia para la vida del motor, ya que permite controlar la temperatura de operación dentro de los límites calculados.

Un factor que limita un motor de turbina es la temperatura de los gases en la sección de la turbina. La temperatura en la sección de la turbina se debe monitorizar para evitar el recalentamiento de los álabes que forman la turbina y de otros componentes de la sección de salida, por ello se incorpora siempre una sonda para medir la temperatura de los gases de escape.

Se usan habitualmente 6 a 9 termopares espaciados a intervalos alrededor del perímetro del conducto de salida cerca de la salida de turbina y conectados en paralelo. El indicador de temperatura de escape o EGT muestra la media de las temperaturas obtenidas por los termopares individuales. El principal inconveniente de los termopares basados en el efecto termopar radica en que su indicación no es lineal, para superarlo en muchos casos se utilizan termistores, en lugar de termopares. El termistor está constituido por una resistencia eléctrica de gran precisión, encerrada en una cápsula de vacío. La resistencia disminuye con la temperatura y dicha variación es prácticamente lineal.

El indicador de temperatura de los gases de escape proporciona lectura numérica y de aguja y es generalmente un milivoltímetro de corriente continua del tipo servo posición. La cara de la esfera esta graduada de 0 a 1000ºC con bandas de colores para visualizar las temperaturas de operación normales y los límites. La sobretemperatura del motor se alcanza cuando coincide la aguja de indicación con la aguja de indicación máxima y se enciende la luz de aviso. El indicador lleva incorporada una bandera de aviso de fallo, que se presenta frente a las cifras del contador cuando no recibe energía.

INDICACIONES DE EGT EN AIRBUS 340.

INDICACIÓN DE VIBRACIONES:

Es fundamental en un motor para detectar problemas internos. En algunos casos las indicaciones procedentes del vibrador pueden aconsejar la parada del motor. El sistema consta de captadores, unidad acondicionadora de señal, indicador/es, luz de aviso e interruptor selector.

Los captadores de vibración basan su funcionamiento en la propiedad piezoeléctrica de los cristales de cuarzo, están normalmente montados en el cárter del motor y conectados eléctricamente a un amplificador y al indicador. La situación de los captadores de vibración dependen del motor y de su diseño, en algunos se miden las vibraciones en la entrada y en la turbina, en otros en los compresores de alta y de baja. Los captadores o pickups de vibración son básicamente acelerómetros piezoeléctricos de alta temperatura que están montados en las pestañas del cárter del motor. Sienten la aceleración del motor en dirección radial y se comportan como transductores electromagnéticos que convierten las señales de vibración en señales eléctricas que generan en el indicador un movimiento de la aguja proporcional al nivel de vibración. La unidad acondicionadora o convertidor de carga remota realiza la amplificación y el reacondicionamiento de las señales de los sensores de vibración. Transforma estas señales, en señales de voltaje de velocidad sinusoidales. Estas se envían al indicador que transforma las señales de corriente continua de entrada en deflexiones de aguja en el indicador. Los indicadores son generalmente miliamperímetros de corriente continua con agujas y escalas verticales o diales circulares graduados que reciben señales a través de los captadores de vibración. Son imanes permanentes, del tipo de bobina móvil compensados por variaciones de temperatura ambiente. La unidad de medida es el IPS. (Inch per second). Los valores normales se suelen encontrar entre de 0´2 a 1´2 en entrada de fan y 0`2 a 0´7 en turbina, pero varían dependiendo del tipo de motor y el fabricante. Con un rápido incremento en estos valores, deberá reducirse el empuje para tratar de que vuelvan a unos valores normales. Si continuara la vibración el motor debería pararse. Se incorpora una luz de aviso en el panel de instrumentos de cabina para avisar al piloto de la proximidad de un nivel inaceptable de vibración, capacitando la parada del motor y reduciendo el riesgo de daños. El nivel de vibración presentado en el indicador es la suma total de la vibración sentida en el captador. Cuanto más se diferencie por métodos más precisos los márgenes de de frecuencia de cada conjunto giratorio mejor se conseguirá el aislamiento de la fuente de vibración. O lo que es lo mismo sabremos mediante la frecuencia de oscilación el conjunto giratorio que esta vibrando y en consecuencia desequilibrado o dañado.

Mediante un interruptor-selector podemos selectar con un solo indicador, lectura de niveles de vibración de las zonas más críticas: compresor y turbina.

En el Airbus A‐340 el sistema consta por motor de: ‐ Dos sensores monitores de vibración (acelerómetros piezoeléctricos). ‐ Una EIVMU (Engine Vibration Monitoring Unit). ‐ Un convertidor de carga remota ‐ Dos indicaciones de vibración de N1 y N2 en pantalla. La vibraciones de N1 se miden en milésimas de desplazamiento (1 /1000 de una pulgada) mientras que las vibraciones de N2 se miden como velocidad en pulgadas por segundo o I.p.s. (inch per second).

INDICADORES COMUNES EN TODOS LOS MOTORES. INDICACIÓN DE PRESIÓN Y DE TEMPERATURA DE ACEITE:

Indican la presión y la temperatura de aceite en un punto concreto del motor. Esta indicación es importante en el arranque del motor para poder comprobar que se está bombeando este a todas las partes del motor. Para prevenir fallos por una inadecuada lubricación y refrigeración de piezas críticas se debe vigilar el suministro de aceite a determinadas áreas del motor mediante una indicación precisa de presión y temperatura de aceite. La presión de aceite es medida mediante manómetros que en función de su funcionamiento se clasifican en hidráulicos o eléctricos. Los manómetros eléctricos constan de un sensor captador de la presión, generalmente un presostato, el cual acciona un trasmisor eléctrico que trasforma dicha presión en una señal eléctrica que se envía al indicador. La operación se basa en que la presión de aceite actuando sobre el sensor activa el transmisor que produce un cambio en la relación de corriente eléctrica aplicada al indicador. La cantidad de cambio es proporcional a la presión aplicada. Pueden ser del tipo de presión diferencial o directa, el de presión diferencial siente la diferencia entre la presión de aceite de alimentación y de retorno. En los manómetros hidráulicos el más corriente es el conocido como tubo de Bourdon. Este tubo tiene una sección transversal elíptica o plana y es de forma curvada. Un extremo del tubo curvado está sellado y unido al extremo de

un sector dentado. El otro extremo está fijo en la carcasa donde se introduce el aceite a presión. La presión del aceite tiende a enderezar el tubo para hacerle adquirir una sección transversal redonda, a medida que se produce el enderezamiento gira el sector dentado. El sector engrana y gira el piñón en cuyo eje está montada la aguja del indicador.

Indicador. Algunos aviones usan indicaciones tipo banderas que indican si la presión es alta, normal o baja; otros usan indicadores de aguja sobre un dial circular calibrado en libras por pulgada cuadrada (p. s. i.) Adicionalmente a la indicación de presión generada por el trasmisor se suele disponer de un interruptor de aviso de baja presión de aceite de acción rápida, que detecta la diferencia de presiones entre la presión del aceite detrás del filtro principal de aceite y la presión de ventilación de la caja principal de engranajes, que indica la disponibilidad de una presión mínima para una operación segura continuada del motor. Con el motor en funcionamiento, el interruptor esta normalmente abierto, se cierra y por tanto enciende una luz indicadora de baja presión cuando la presión desciende a valores que son aproximadamente el 60 % del valor normal. Este interruptor está conectado a una luz de aviso en el Compartimento de Vuelo que se ilumina si la presión de aceite cae por debajo este mínimo aceptable. La habilidad del aceite de motor para realizar su trabajo de refrigeración y lubricación es función de la temperatura de aceite así como de la cantidad del mismo suministrada a las áreas críticas. La temperatura de aceite es sentida por un trasmisor o elemento sensible a la temperatura que lleva incorporado en el sistema de aceite antes de que este entre en el radiador de aceite‐combustible y antes de su entrada en la zona de alojamientos de cojinetes.

Un cambio en la temperatura del aceite origina un cambio en el valor de la resistencia del sensor y en consecuencia un cambio en el flujo de corriente al indicador. La aguja del indicador se desplaza una cantidad equivalente al cambio de temperatura y se presenta en el dial del indicador graduado en grados centígrados. INDICADOR DE CANTIDAD DE ACEITE:

Nos permite conocer la cantidad de aceite que tenemos en el depósito del motor correspondiente. También nos permitirá saber si existe alguna fuga en el depósito, o un consumo excesivo de aceite del motor. Otra indicación de aceite encontrada en cabina se refiere a la cantidad de aceite en el depósito. El sistema consta de transmisores de cantidad que son sondas de tanque con un compensador, un módulo electrónico para energizar la sonda y una señal de salida al indicador. El transmisor de cantidad es del tipo de capacitancia y la salida es una función lineal del volumen de aceite. El sistema corrige la indicación por cambios producidos en la temperatura de aceite, por disipación y por constante dieléctrica. El transmisor de cantidad de aceite está localizado en el depósito de aceite.

CONJUNTO INDICADOR DE FLUJO DE COMBUSTIBLE:

Un sistema típico consiste en un transmisor de flujo de combustible localizado en el sistema de baja presión y un indicador que muestra la cantidad de flujo de combustible instantáneo y el total usado. El transmisor mide el flujo eléctricamente y esta señal es procesada por una unidad electrónica que envía la señal al indicador, pudiendo estar la unidad electrónica integrada en el instrumento. Consiste normalmente en un conjunto giratorio de medición, formado por un impulsor de alabes que, a través de un modulo electrónico, suministra las señales de salida para la indicación. El indicador de flujo de combustible, graduado en Kg/h. o en Libs/h., mide de forma continua el régimen instantáneo de dicho flujo, proporcionando lecturas de aguja y numéricas del consumo de combustible por hora. Es básicamente un voltímetro de corriente continua que hace uso de un potenciómetro como elemento de alimentación de posición. Su indicación es importante para controlar el funcionamiento correcto de la unidad de control de combustible. En muchos casos esta indicación puede proporcionar información de las causas de un mal funcionamiento del motor. CONJUNTO TOTALIZADOR COMBUSTIBLE

El indicador de combustible consumido proporciona lectura numérica continua del consumo acumulativo de combustible por todos los motores del avión. Consiste en cuatro tambores giratorios con cifras a la que se añade un cero fijo para completar lecturas de cinco cifras. Los tambores giran hacia abajo indicando aumentos de consumo. Cuando el indicador no recibe energía, el voltaje es demasiado bajo o hay un fallo de mantenimiento prolongado aparece una bandera de aviso frente a las cifras del contador. INDICADOR DE PRESIÓN DE COMBUSTIBLE

EI indicador de presión de combustible, nos proporciona una indicación pudiendo comprobar que el sistema de baja presión de combustible proporciona un suministro adecuado sin problemas de cavitación.

La presión del combustible actuando sobre el transmisor genera un cambio en la relación de corriente eléctrica suministrada al indicador siendo la cantidad del cambio proporcional a la presión aplicada al transmisor.

El indicador propiamente dicho suele ser un indicador doble en la misma esfera. El sector interior, está calibrado para la gama de bajas presiones o entrada a la bomba de presión (hasta 55 psi aproximadamente), y el sector exterior, esta calibrado para la gama de presiones de salida de la bomba de combustible (hasta 200 psi aproximadamente). Algunos motores, constan de un interruptor de baja presión de combustible, situado en el filtro de combustible. El interruptor está conectado a una luz de aviso que proporciona indicación de obstrucción parcial del filtro con la posibilidad de falta de combustible.

INDICADOR DE TEMPERATURA DE COMBUSTIBLE:

La temperatura del suministro de combustible de baja presión es transmitida eléctricamente a su respectivo indicador para mostrar si el suministro de combustible tiene la temperatura adecuada para la condición operativa requerida

La temperatura de combustible es detectada por un elemento de resistencia eléctrica sensible a la temperatura. Similar al del control de temperatura del sistema de aceite.

Un cambio en la temperatura origina un cambio en el valor de la resistencia y en consecuencia un cambio en el flujo de corriente al indicador. La aguja del indicador se deflecta una cantidad equivalente al cambio de temperatura y esto se presenta en el indicador en grados centígrados. Además de la temperatura de combustible en cada motor se suele disponer de la lectura de temperatura de combustible de los tanques de combustible del avión accesibles mediante un selector.