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 Transición al turbohélice

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MensajeTema: Transición al turbohélice   Lun 14 Abr 2014 - 14:12

Comparto con ustedes un tema muy interesante e importante al menos para nosotros.


¿Qué es un turbohélice?

Podemos decir que el turbohélice es un motor a reacción al cual se le ha añadido una hélice en lugar de tener el fan.
En el turbofan conseguíamos el empuje acelerando la masa de aire que salía por la tobera, pero en el turbohélice el empuje, o en este caso la tracción, nos la va a dar la hélice.
La hélice proporciona el 90% del empuje y la corriente que sale por la tobera tan solo el 10%

¿Por qué en un turbohélice proporciona tan poco empuje la masa de aire que sale por la tobera?

Pues sencillamente, porque estamos utilizando la energía generada por el motor para hacer girar la hélice, en lugar de aprovecharla para acelerar la masa de aire a través 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 compresión donde el aire va adquiriendo presión, luego este aire se introduce en la cámara de combustión 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 hélice, mueve todo lo anterior.

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



¿Qué función tiene la caja reductora planetaria?

La función de esta es disminuir las RPM provenientes del eje, para mover la hélice a una velocidad menor.
El motivo de esto es que la hélice suele trabajar entre 900 rpm y 1900 rpm ya que velocidades superiores podrían hacer que las puntas de hélice girasen a una velocidad cercana a la del sonido, para lo cual no están diseñadas.
Aquí podemos ver una imagen de una caja reductora planetaria.

Tipos de turbohélice.
Dentro de los turbohélice tenemos los de eje fijo (fixed shaft) que es el que acabamos de ver y los de eje partido o también conocidos como de turbina libre (split shaft / free turbine)

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

En el caso del turbohélice 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 turbohélice por excelencia, el Pratt & Whitney PT6A.

En el dibujo que tenemos debajo podemos ver como el eje está partido.
En este tipo de motores el flujo del aire va de atrás a delante.

Se ve como entra el aire por la parte de atrás del motor, se comprime y se mueve hacia delante del motor para mezclarse con el combustible y entrar en las cámaras de combustión, los gases de la combustión 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 hélice y encargada de su movimiento.

Este tipo de motores donde el flujo va hacia delante se diferencian exteriormente por tener los escapes próximos a la hélice.


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.

¿Qué ventajas tiene el turbohélice de eje partido o turbina libre?

•Durante el encendido del motor, solo la sección del compresor tiene que ser movida por el starter, cuando en otros motores tendría que mover todos los componentes incluyendo la reductora. Esto permite utilizar un starter más pequeño ahorrando peso.
•Se puede reducir o poner en bandera la hélice sin parar el motor. Esto facilita la subida de pasajeros y  una operación en tierra más silenciosa

¿Cómo se controla el turbohélice?
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 hélice (propeller lever) y la del combustible (condition lever.) Esta última no es como en los motores de pistón, con la que podemos ir regulando la mezcla.
Normalmente es una válvula que abre o cierra el combustible y en algunos aviones tiene 3 posiciones.
Fuel cutoff (corta combustible), Low idle (ralentí bajo) y High idle (ralentí alto).


Power lever: Ajusta la potencia del motor desde ralentí hasta la potencia máxima. Variando las RPM de Ng (Turbina) y por lo tanto aumentando o disminuyendo la potencia del motor.  NOTA: en esto los ayudo yo, son las mas grandes y están inclinadas hacia  la izquierda para el lado del el compensador.
Propeller lever: Controla las hélices de velocidad constante a través del governor. El rango normal de RPM suele estar entre 1.500 y 1.900. NOTA: son las dos del medio.
Condition Lever: A diferencia de los motores a pistón, aquí el ajuste del combustible se realiza mediante una válvula de 3 posiciones OFF/ Low idle / High idle. NOTA: son las ultimas ubicadas a la derecha.
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 turbohélice 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 turbohélices 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 indicación más clara de lo que pasa en cada uno de los motores.

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 límites marcados por el fabricante.
Igualmente en el arranque hay que verificar el pico de ITT y que no excede del valor indicado, si no  habría que detener el arranque.

Torque: La indicación de torque se da en pies por libra (ft/lb) y nos muestra el torque que se está aplicando al eje de la hélice.

RPM de la hélice: El tacómetro indica las revoluciones por minuto de la hélice.

N1 o Ng: Esta indicación 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 máximas continuas están limitadas a 101.5% Ng que equivalen a 38.100 RPM.

En el despegue tendremos que ajustar por la ITT y el torquímetro para no sobre pasar los límites fijados en ninguno de los 2 parámetros.

Este tipo de motores se van a volar sobre todo ajustando el torquímetro y las RPM de la hélice, si bien siempre se tendrá en cuenta todas las demás indicaciones y limitaciones de cada una.

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

Por último temperatura y presión del aceite, importante también su chequeo durante la operación del motor.




¿Tienen reversa los aviones turbohélice?
Si, tienen reversa.
Esta se consigue cambiando el paso de la hélice y poniendo un paso negativo, de manera que nos daría un empuje inverso la hélice.

Vamos a ver cómo funciona el paso de la hélice con los siguientes gráficos.
El paso se va a controlar con las palancas centrales (una por motor) que aumentan o disminuyen el ángulo o paso de las hélices.

Paso normal o de crucero.
NOTA . imagen uno

Feather o bandera: En esta posición la hélice ofrece la menor resistencia al avance, pero la máxima a la rotación.
Esta posición es la utilizada en caso de fallo de motor, ya que la hélice ofrecería la mínima resistencia.
La palanca de paso tendríamos que ponerla en la posición más retrasada o posición de “feather”. NOTA: imagen dos.


Paso corto: En este caso la hélice ofrecería poca resistencia ala rotación y bastante resistencia al avance. NOTA: imagen tres


Reversa: En este caso el paso de la hélice 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 también aumenta la potencia para que el frenado sea efectivo. NOTA : imagen cuatro.

En este caso la hélice crea un empuje negativo, en lugar de dar tracción hacia delante, la da hacia detrás y de esta manera se ayuda a frenar el avión.
En ningún caso el motor gira en sentido contrario. Siempre gira hacia el mismo sentido, lo único que cambia es el paso.

¿Que sucede en el arranque del turbohélice?

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 vídeo 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 más 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 habrá que estar atento a todos los parámetros de motor y ver como va cogiendo vueltas y sobre todo fijándonos en la ITT para que la temperatura no sobre pase los límites, en este caso 1.000ºC de pico al arranque.

¿Por qué tiene 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 energía en forma de calor.

Al introducir combustible con pocas RPM la temperatura va subiendo hasta alcanzar un máximo, posteriormente a medida que las RPM están subiendo, la temperatura desciende de nuevo y se estabiliza.


¿Qué es 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 envía más combustible del necesario a la cámara de combustión, produciéndose una sobre temperatura en el motor.

Algunos motores también tienen tendencia a acumular un poco de combustible en la cámara de combustión 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 envía la suficiente cantidad de combustible para que el motor alcance el régimen de funcionamiento autónomo.

Otra de las causas es que el motor esté sometido a gran carga, ya sea eléctrica, aire acondicionado etc, no pudiendo alcanzar el régimen de funcionamiento autónomo.

Si el motor de arranque, ya sea eléctrico, por aire etc, no tiene la suficiente fuerza para mover la turbina a unas mínimas RPM también se producirá el arranque colgado.

Como vemos siempre por uno u otro motivo en el arranque colgado el motor no alcanza su mínimo régimen de RPM para poder tener un funcionamiento autónomo.

¿Qué es 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 cámaras de combustión y el motor internamente de vapores de combustible antes de intentar un nuevo arranque.

Os dejamos un vídeo que ha grabado nuestro amigo Carlos Ramajo, del arranque de una Beechcraft B200, así como el procedimiento de arranque de este magnífico turbohélice.
Debajo del vídeo tenéis un enlace para descargaros en PDF las listas de chequeo de la B200, así como sus velocidades



Bueno espero les guste, saludos...
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MensajeTema: Re: Transición al turbohélice   Lun 14 Abr 2014 - 14:55

Master!!!  ok 

 :aha: 
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MensajeTema: Re: Transición al turbohélice   Lun 14 Abr 2014 - 15:05

Excelente Matias!

Ahora si,no necesito mas nada, junto un poco mas de tela y el ariel 1 sale del piso 11.

pase lo que pase.
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MensajeTema: Re: Transición al turbohélice   Lun 14 Abr 2014 - 17:25

Muy interesante la "escuelita de vuelo" de Matías. Saludos
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MensajeTema: Formación de hielo en el carburador. Calefacción del carburador.   Lun 14 Abr 2014 - 17:43

El miedo de todo piloto que vuela aviones con motor a pistón  Embarassed 

Formación de hielo en el carburador



¿Por qué se puede formar hielo en el carburador?

Hay que tener en cuenta 3  importantes factores a la hora de hablar de formación de hielo en el carburador.

1.Formación de hielo por impacto:Es la acumulación de hielo en los elementos del sistema de admisión que están a/o por debajo de 0ºC.  Esto se debe al choque de las gotas de agua super enfriadas, contra las superficies metálicas. Los lugares más comunes son la rejilla de admisión del aire del motor y la trampilla del aire alternativo.

2.Formación de hielo en la válvula de mariposa:Es uno de los lugares más frecuentes de formación de hielo.
Aquí hay varios factores que propician la formación de hielo.

1.Disminución de la temperatura por el efecto venturi:en el venturi se produce un aumento de la velocidad del aire, lo que conlleva una disminución de la presión y una caída en la temperatura. Esta caída de la temperatura va a propiciar el hielo, incluso con temperaturas exteriores sobre cero.
El hielo se va a formar también sobre la mariposa del carburador.

2.Formación de hielo por vaporización del combustible: Como en todo proceso de evaporación, cuando el combustible se evapora absorbe calor del aire, lo que conlleva una disminución de la temperatura.

Todo esto hace que podamos tener problemas de hielo en el carburador con humedades relativas superiores al 50% y temperaturas de entre -5ºC y 30ºC. NOTA: ojo el que haga calor no quiere decir que se forme hielo.
Por lo que como veis, podríamos tener perfectamente hielo en el carburador en un día de verano.

Aquí vemos la formación de hielo en las paredes del venturi y en la mariposa del carburador.



Como dijimos y como podemos ver en este gráfico, dependiendo de la temperatura del aire, punto de rocío y la potencia seleccionada, se puede formar hielo en un gran abanico de temperaturas.



¿Cómo puedo notar si se está formando hielo en el carburador?

Lo ideal es no llegar a este punto, y prevenir siempre la formación, pero si no lo hemos podido evitar, podemos identificarlo de la siguiente manera.

Al empezar a producirse hielo en el carburador podemos notar lo siguiente:

1.Si el avión es de paso fijo, notaremos una disminución de las RPM del motor. Con lo que perderemos altitud y velocidad.
2.Si la hélice es de velocidad constante no notaremos pérdida de RPM, pero si una pérdida de potencia que se traducirá en pérdida de altitud y velocidad.
3.Si tenemos un indicador de la presión de admisión, ver un descenso en la presión de admisión es un buen indicador de que se está formando hielo en el carburador.
4.Tener un indicador de temperatura del carburador es sin duda de gran ayuda.
5.Si el motor empieza a no ir fino y a tener un comportamiento irregular, puede ser debido a la formación de hielo y que trozos del hielo se están desprendiendo y entrando en el motor.

¿Cuándo activar la calefacción del carburador?

Si notáis algo de lo anteriormente dicho, ativad la calefacción del carburador. Puede que al hacerlo el motor no se comporte bien inicialmente, ya que se pueden desprender trozos de hielo y entrar en el motor,  haciendo que este no funcione de manera “suave”.
En ocasiones también será necesario recortar un poco la mezcla, ya que al meter aire más caliente la estamos enriqueciendo.
Pero no solo hay que activarla cuando ya tengamos hielo, si no que la podemos activar para evitar la formación del hielo.

Con bajas potencias de motor será más probable la formación de hielo, ya que el motor se enfría, por lo que en descensos normalmente se suele utilizar y si es un descenso muy prolongado podéis detener el descenso y meter potencia para evitar un sobre enfriamiento del motor.
No obstante en el manual del avión que estéis volando tendrá un apartado sobre los procedimientos de uso de la calefacción del carburador.

NOTA: Generalmente y para simplificar las operaciones se utiliza en los descensos ( como bien dice el articulo ), no importa la época del año y las condiciones del clima y también cuando se realiza un vuelo lento, ya sea realizando un circuito de espera o una aproximación lenta para esperar un turno.

¿Cómo funciona la calefacción del carburador?

La comprobación de la calefacción del carburador se hace en tierra. Normalmente en la “Ground check”o “Before takeoff”
El procedimiento viene en la lista de chequeo y consiste en activar la calefacción del carburador fijándonos en las RPM del motor y observar como estas caen, debido a que estamos metiendo aire caliente y por lo tanto menos denso.

En este dibujo podemos ver cómo funciona la calefacción del carburador.

Al activarla se abre una compuerta que hace pasar aire caliente a través del carburador y de esa manera elevar su temperatura.


Dependiendo del avión, la calefacción del carburador se activará de una manera diferente. Tenemos por ejemplo diferentes sistemas entre los fabricantes de Cessna y de Pipper, pero el objetivo es el mismo y el funcionamiento también.

Cessna:Tiene un tirador situado al lado de la palanca de gases, al tirar de el se activa la calefacción del carburador y si lo dejamos metido se cierra.

Pipper:Igual que Cessna pero en lugar de ser un tirador es una palanca que se sube o se  baja.

Aquí vemos en el panel de una Cessna y marcado con una flecha naranja el tirador al que nos referimos.




NOTA: Aterrizado el avión la primer acción es volver a colocar el aire caliente al carburador por medio de esta palanca, si bien el rodaje rara vez en estos aviones se hace con mas de 1000rpm ( a menos que el control de torre TWR pida activar el rodaje ),se hace para evitar esfuerzo al motor.

En esta foto podes ver los colectores que atraviesan el tubo grande que es donde coge el aire la calefacción del cockpit y del carburador. (Aunque no en el motor de la foto)
Detrás de este tubo grande se ve en negro el carburador y como sale un tubo rojo hacia el morro del avión hasta una rejilla. Esto es el filtro del aire y la toma del aire del carburador.


NOTA : Este motor Lycoming de la imagen es el mismo que equipa a los 150- 152/2 - 172 y varios modelos mas.
¿Tienen calefacción del carburador los motores de inyección?

No tienen. Pero tienen aire alternativo.
Esto permite tener otra fuente de entrada de aire al motor, para que en caso que la principal se bloqueé (por tierra, suciedad…) el alternativo se abriría automaticamente por succión.
También se puede activar desde cabina.
La diferencia del aire alternativo es que coge aire directamente del exterior sin filtrar.

Bueno otro humilde aporte. Saludos...
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MITCHEL



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MensajeTema: Re: Transición al turbohélice   Lun 14 Abr 2014 - 19:49

Exelente info amigo!!!!!
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MensajeTema: Re: Transición al turbohélice   Hoy a las 4:58

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