Sistema de arranque de aire

Un sistema de arranque neumático es una fuente de energía utilizada para proporcionar la rotación inicial para arrancar grandes motores diésel y de turbina de gas.

Motores diésel

Arranque directo

En comparación con un motor de gasolina, un motor diésel tiene una relación de compresión muy alta, una característica de diseño esencial, ya que es el calor de la compresión lo que enciende el combustible. Un arrancador eléctrico con potencia suficiente para "arrancar" un motor diesel grande sería en sí mismo tan grande como para ser poco práctico, por lo que se necesita un sistema alternativo.

Un sistema de arranque neumático tiene tres componentes principales junto con varios componentes de seguridad, a saber, el inyector de arranque neumático, el distribuidor y los depósitos de aire. Cuando se inicia el sistema, la unidad distribuidora distribuye el aire de arranque de los receptores a cada válvula de arranque de aire respectiva de acuerdo con el orden de encendido del motor. Los componentes de seguridad incluyen trampas de llamas para evitar explosiones en la línea de aire, un enclavamiento del mecanismo de giro que garantiza que el arranque neumático no se pueda iniciar cuando el mecanismo de giro está engranado, válvulas de alivio y válvulas de aislamiento, así como válvulas de drenaje en ciertos puntos a lo largo del sistema. Los componentes de control incluyen las válvulas de control y las válvulas remotas de arranque neumático. Se requiere que un sistema de arranque directo como el que se usa en un motor diesel marino de baja velocidad tenga hasta 12 arranques en un motor sin marcha atrás o 6 arranques en un motor reversible o con engranajes.

Al arrancar el motor, se admite aire comprimido en cualquier cilindro que tenga un pistón justo sobre el punto muerto superior, obligándolo a descender. A medida que el motor comienza a girar, la válvula de arranque neumático del siguiente cilindro en línea se abre para continuar la rotación. Después de varias rotaciones, se inyecta combustible en los cilindros, el motor comienza a funcionar y se corta el aire.

Para complicar aún más las cosas, un motor grande suele "volarse" primero con configuraciones de combustible cero y los grifos indicadores abiertos, para demostrar que el motor no tiene acumulación de agua y que todo puede girar libremente. Después de un golpe hacia adelante y un golpe hacia atrás exitosos, los grifos indicadores se cierran en todos los cilindros y luego se puede arrancar el motor con combustible. Se agrega una complejidad significativa al motor mediante el uso de un sistema de arranque neumático, ya que la culata debe tener una válvula adicional en cada cilindro para admitir el aire para el arranque, además de los sistemas de control necesarios. Esta complejidad y costo adicionales limitan el uso de arrancadores neumáticos a motores alternativos muy grandes y costosos.

Motor de arranque

Otro método de arrancar con aire un motor de combustión interna es usar aire comprimido o gas para accionar un motor de fluido en lugar de un motor eléctrico. Se pueden usar para arrancar motores de 5 a 320 litros de tamaño y si se necesita más potencia de arranque se pueden usar dos o más motores. Los arrancadores de este tipo se utilizan en lugar de motores eléctricos debido a su menor peso y mayor fiabilidad. También pueden durar más que un motor de arranque eléctrico por un factor de tres y son más fáciles de reconstruir. Los motores que operan en actividades de minería subterránea tienden a operar con este tipo de sistema de arranque para reducir el riesgo de que un sistema eléctrico encienda material inflamable.

Todos los arrancadores neumáticos de tipo paleta deben tener un lubricador instalado para asegurar una vida útil prolongada y un rendimiento máximo. Los lubricadores brindan a las piezas móviles una barrera de fricción necesaria, reducen la corrosión del metal y mantienen las paletas selladas correctamente contra las paredes del cilindro. Incluso los llamados arrancadores de aire sin lubricación requieren lubricación para prolongar su vida útil sin problemas. Típicamente se emplean dos dispositivos lubricadores básicos. Uno es del tipo en línea o de depósito que normalmente almacena hasta 2 cuartos de galón de lubricante y se instala a lo largo de la línea de suministro de aire. El segundo estilo de lubricador es un pequeño dispositivo de un solo uso que dispensa una cantidad medida de lubricante cada vez que se acciona el motor de arranque. Instalados directamente en la entrada de aire del motor de arranque, los lubricadores en línea son bombas neumáticas autocebantes que requieren una línea de lubricación de 1/4″ conectada desde una distancia de hasta 4 pies. Los lubricadores Air Starter funcionan mejor con aceites de tipo nebulización, no detergentes, como el combustible diésel o el aceite Marvel Mystery. Si las emisiones son una preocupación, hay lubricantes de tipo ecológico disponibles en el mercado.

No todos los motores de arranque neumáticos requieren lubricación. Los arrancadores neumáticos de tipo turbina no requieren lubricación del motor neumático, aunque algunos arrancadores neumáticos de turbina utilizan una transmisión llena de aceite que puede requerir inspecciones y mantenimiento periódicos.

Turbinas de gas

Recortado de un aerogenerador en un turbojet eléctrico general J79. Se monta en la parte frontal del compresor. El cutaway muestra la pequeña turbina (al lado del eje amarillo) y el engranaje epicíclico (a la derecha de la pantalla de metal perforado).

El aire comprimido se ha utilizado para arrancar motores de turbina de gas mediante el arranque por impacto de aire (en el que el aire se dirige a las palas de la turbina del motor a través de boquillas en la carcasa de la turbina, que se utilizan en los motores General Electric J79 de la Marina de los EE. UU.). Es mucho más eficiente usar un arrancador de turbina de aire (ATS) que generalmente se monta en una caja de cambios accesoria. Uno de los primeros turborreactores de compresor axial tenía un ATS ubicado en el cono de la nariz del compresor (por ejemplo, variantes particulares del J79).

El arranque por impacto de aire no se usó para aviones militares de EE. UU. después del F-4B, A-5A y F-5, ya que el requisito de energía neumática era varias veces mayor que cuando se usa un arrancador de turbina de aire. El compresor de turbina de gas necesario para arrancar un J79 con arranque por impacto fue suficiente para arrancar dos motores J79 simultáneamente en un B-58 cuando se utilizan arrancadores de turbina de aire.

Un ATS tiene su propia turbina y engranajes para cambiar su bajo par y alta velocidad a baja velocidad y alto par en la plataforma de montaje del motor. Otros engranajes de la caja de cambios del motor se conectan al eje del motor (carrete de alta presión en motores de varios carretes). El aire comprimido se envía a la turbina ATS desde la unidad de potencia auxiliar de la aeronave (aire de purga del generador de gas o de un compresor de carga de turbina libre, por ejemplo, APU PW901), desde un motor ya en funcionamiento (aire de purga) en un multimotor. avión o, para los primeros aviones a reacción, desde un compresor de aire montado en un equipo de apoyo en tierra.

En comparación con los arrancadores eléctricos, los arrancadores neumáticos tienen una mayor relación potencia-peso, por lo que se utilizan en motores grandes, ya que un arrancador eléctrico sería demasiado grande y, con sus cables, demasiado pesado y caro. Sin embargo, para motores más pequeños, que no necesitan tanta potencia de arranque, un arranque eléctrico es más adecuado. Tiene una doble función como generador (se conoce como arrancador/generador) a velocidades por encima de las cuales el motor ya no necesita la asistencia del arrancador.