7/23/2019 Transicin Al Turbohlice

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Transicin al turbohlice

En el post de hoy, explicaremos cmo funciona un motor turbo hlice, los tipos que

hay, rendimientos

Un post para todos aquellos que quieren hacer la transicin del motor de pistn a

turbohlice, ya sea de manera terica, en simulador etc..

Antes de meternos con esto os recomiendo que veis el post de Cmo funciona un

motor a reaccin?para que tengis claros los conceptos, ya que el turbohlice va a

tener muchas cosas en comn con el turbofan.

Ques un turbohlice?

Podemos decir que el turbohlice es un motor a reaccin al cual se le ha aadido una

hlice en lugar de tener el fan.

En el turbofan conseguamos el empuje acelerando la masa de aire que sala por la

tobera, pero en el turbohlice el empuje, o en este caso la traccin, nos la va a dar la

hlice.

La hlice proporciona el 90% del empuje y la corriente que sale por la tobera tan solo

el 10%

Por quen un turbohlice proporciona tan poco empuje la masa de aire que

sale por la tobera?

Pues sencillamente, porque estamos utilizando la energa generada por el motor parahacer girar la hlice, en lugar de aprovecharla para acelerar la masa de aire a travs de

la tobera.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como funciona.

El aire del exterior entra en el motor y pasa por una serie de etapas de compresin

donde el aire va adquiriendo presin, luego este aire se introduce en la cmara de

combustin y se mezcla con el combustible, para una vez quemado mover las

diferentes fases de la turbina. Esta al estar unido a las etapas compresoras y a la

hlice, mueve todo lo anterior.

Pero nos hemos dejado algo y es la caja de engranajes o reductora planetaria.

http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/http://www.takeoffbriefing.com/como-funciona-un-motor-a-reaccion/

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Qufuncin tiene la caja reductora planetaria?

La funcin de esta es disminuir las RPM provenientes del eje, para mover la hlice a

una velocidad menor.

El motivo de esto es que la hlice suele trabajar entre 900 rpm y 1900 rpm ya que

velocidades superiores podran hacer que las puntas de hlice girasen a una velocidad

cercana a la del sonido, para lo cual no estn diseadas.

Aqupodemos ver una imagen de una caja reductora planetaria.

Tipos de turbohlice.

Dentro de los turbohlice tenemos los de eje fijo (fixed shaft) que es el que acabamos

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de ver y los de eje partido o tambin conocidos como de turbina libre (split shaft / free

turbine)

Turbohlice de eje partido o turbina libre y de eje fijo o turbina fija.

En el caso del turbohlice de turbina libre ya no tenemos un eje continuo que une

todo, si no, que la turbina va a girar independientemente.

Como veremos esto va a tener varias ventajas, como por ejemplo poder poner en

bandera el motor sin pararlo.

Vamos a tomar como modelo un turbohlice por excelencia, el Pratt & Whitney

PT6A.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como el eje estpartido.

En este tipo de motores el flujo del aire va de atrs a delante.

Se ve como entra el aire por la parte de atrs del motor, se comprime y se mueve

hacia delante del motor para mezclarse con el combustible y entrar en las cmaras decombustin, los gases de la combustin en este caso pasan por 2 turbinas, una de ellas

unida al compresor y que es la encargada de moverlo y la otra la turbina libre unida

a la hlice y encargada de su movimiento.

Este tipo de motores donde el flujo va hacia delante se diferencian exteriormente por

tener los escapes prximos a la hlice.

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En esta foto tenemos una bonita Beechcraft en el que podemos ver perfectamente la

salida de gases por la parte delantera y por debajo la entrada del aire del motor.

Quventajas tiene el turbohlice de eje partido o turbina libre?

Durante el encendido del motor, solo la seccin del compresor tiene que ser

movida por el starter, cuando en otros motores tendra que mover todos los

componentes incluyendo la reductora. Esto permite utilizar un starter ms

pequeo ahorrando peso.

Se puede reducir o poner en bandera la hlice sin parar el motor. Esto facilita

la subida de pasajeros y una operacin en tierra ms silenciosa.

Cmo se controla el turbohlice?

En la cabina podemos encontrar 3 palancas de mando por cada motor.

De izquierda a derecha tenemos la palanca de potencia (power lever) la del paso de la

hlice (propeller lever) y la del combustible (condition lever.) Esta ltima no es comoen los motores de pistn, con la que podemos ir regulando la mezcla.

Normalmente es una vlvula que abre o cierra el combustible y en algunos aviones

tiene 3 posiciones.

Fuel cutoff (corta combustible), Low idle (ralentbajo) y High idle (ralentalto).

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Power lever: Ajusta la potencia del motor desde ralenthasta la potencia mxima.

Variando las RPM de Ng (Turbina) y por lo tanto aumentando o disminuyendo la

potencia del motor.

Propeller lever: Controla las hlices de velocidad constante a travs del governor. El

rango normal de RPM suele estar entre 1.500 y 1.900.Condition Lever: A diferencia de los motores a pistn, aquel ajuste del combustible

se realiza mediante una vlvula de 3 posiciones OFF/ Low idle / High idle.

Estos valores dependen del motor, pero en Low idle el rango de N1 suele estar entre

62% a 104% y en Hihg idle entre 70 y 104%

En los motores turbohlice no es necesario recortar la mezcla ya que la FCU (Fuel

Control Unit) se encarga de gestionar el combustible que se introduce en el motor.

Instrumentos.

En los motores turbohlices nos podemos encontrar diferentes instrumentos de motor.

Normalmente vamos a tener los indicadores duplicados, uno por cada motor, en lugar

de tener 2 agujas dentro del mismo indicador. De esta manera tenemos una indicacin

ms clara de lo que pasa en cada uno de los motores.

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Temperatura ITT (Interstage Turbine Temperature):Nos da la temperatura entre

la turbina compresora y la turbina libre o de potencia.

Es un dato bastante importante, ya que hay que mantener vigilada la temperatura para

que no exceda de los lmites marcados por el fabricante.

Igualmente en el arranque hay que verificar el pico de ITT y que no excede del valor

indicado, si no habra que detener el arranque.

Torque:La indicacin de torque se da en pies por libra (ft/lb) y nos muestra el torque

que se estaplicando al eje de la hlice.

RPM de la hlice:El tacmetro indica las revoluciones por minuto de la hlice.

N1 o Ng:Esta indicacin viene en tanto por ciento e indica el % de las revoluciones

de la turbina.

Como referencia en el motor PT6 el 100% equivale a 37.000 RPM. Y las RPM

mximas continuas estn limitadas a 101.5% Ng que equivalen a 38.100 RPM.

En el despegue tendremos que ajustar por la ITT y el torqumetro para no sobre pasar

los lmites fijados en ninguno de los 2 parmetros.

Este tipo de motores se van a volar sobre todo ajustando el torqumetro y las RPM de

la hlice, si bien siempre se tendren cuenta todas las dems indicaciones y

limitaciones de cada una.

Fuel Flow:Indicacin del uso de combustible en libras por hora (PPH).

Por ltimo temperatura y presin del aceite, importante tambin su chequeo durante la

operacin del motor.

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Tienen reversa los aviones turbohlice?

Si, tienen reversa.

Esta se consigue cambiando el paso de la hlice y poniendo un paso negativo, de

manera que nos dara un empuje inverso la hlice.

Vamos a ver cmo funciona el paso de la hlice con los siguientes grficos.

El paso se va a controlar con las palancas centrales (una por motor) que aumentan o

disminuyen el ngulo o paso de las hlices.

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Paso normal o de crucero.

Feather o bandera:En esta posicin la hlice ofrece la menor resistencia al avance, pero la mxima a

la rotacin.

Esta posicin es la utilizada en caso de fallo de motor, ya que la hlice ofrecera la mnima resistencia.

La palanca de paso tendramos que ponerla en la posicin ms retrasada o posicin de feather.

Paso corto: En este caso la hlice ofrecera poca resistencia ala rotacin y bastante resistencia al

avance.

Reversa:En este caso el paso de la hlice para ponerla en reversa no se controla con la palanca central

del paso, si no que va unida a la palanca de potencia, ya que no solo cambia el paso, si no que tambin

aumenta la potencia para que el frenado sea efectivo.

En este caso la hlice crea un empuje negativo, en lugar de dar traccin hacia delante, la da hacia detrs

y de esta manera se ayuda a frenar el avin.

En ningn caso el motor gira en sentido contrario. Siempre gira hacia el mismo sentido, lo nico que

cambia es el paso.

Que sucede en el arranque del turbohlice?

Lo primero que vamos a necesitar en el arranque es darle un giro inicial al motor (Compresor, turbina..)

Para que?

Pues porque el motor funciona gracias al flujo de aire que lo atraviesa y que luego se mezcla con el

combustible. Por ello necesitamos esa velocidad inicial de N1 (Compresor) para generar ese flujo de

aire.

En el caso de la B200 que veremos en el vdeo el fabricante establece una velocidad de N1 mayor del

12%, es decir si por lo que sea no alcanzamos esa velocidad no podremos continuar el arranque.Una vez tenemos ms de 12% de N1 ya podemos meter combustible, en este caso poniendo la palanca

de condition lever en Low idle, para no meter demasiado combustible.

Ahora habrque estar atento a todos los parmetros de motor y ver como va cogiendo vueltas y sobre

todo fijndonos en la ITT para que la temperatura no sobre pase los lmites, en este caso 1.000C de

pico al arranque.

Por qutiene este pico de temperatura?

Pues resulta que la temperatura de la turbina varia de forma inversamente proporcional al rendimiento

combinado del compresor/turbina, este rendimiento es muy bajo a bajas revoluciones y estamos

perdiendo la energa en forma de calor.

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Al introducir combustible con pocas RPM la temperatura va subiendo hasta alcanzar un mximo,

posteriormente a medida que las RPM estn subiendo, la temperatura desciende de nuevo y se

estabiliza.

Ques un arranque caliente Hot star y un arranque colgado Hung start?

Arranque caliente o hot start:Puede ocurrir por un fallo en la unidad de combustible FCU que

enva ms combustible del necesario a la cmara de combustin, producindose una sobre temperatura

en el motor.

Algunos motores tambin tienen tendencia a acumular un poco de combustible en la cmara de

combustin una vez apagados, con lo que puede llevar a un arranque en caliente.

Arranque colgado Hung start:Puede deberse como en el caso anterior a un mal funcionamiento de

la FCU que no enva la suficiente cantidad de combustible para que el motor alcance el rgimen de

funcionamiento autnomo.

Otra de las causas es que el motor estsometido a gran carga, ya sea elctrica, aire acondicionado etc,

no pudiendo alcanzar el rgimen de funcionamiento aut

nomo.

Si el motor de arranque, ya sea elctrico, por aire etc, no tiene la suficiente fuerza para mover la turbina

a unas mnimas RPM tambin se producirel arranque colgado.

Como vemos siempre por uno u otro motivo en el arranque colgado el motor no alcanza su m nimo

rgimen de RPM para poder tener un funcionamiento autnomo.

Ques el Dry cranking?

Cuando tenemos un arranque en caliente o colgado, hay que hacer un dry cranking o lo que es lo

mismo, hay que hacer girar el motor sin inyectar combustible.

El objetivo de esto es limpiar las cmaras de combustin y el motor internamente de vapores de

combustible antes de intentar un nuevo arranque.