“INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL”ESIME UNIDAD TICOMANINGENIERIA AERONAÚTICA

NOMBRE: RIVERA MARTINEZ ALAN FERNANDOGRUPO: 4AM1MATERIA: SISTEMAS PROPULSIVOSPROFESOR: ARELLANOS VACA EDUARDO ENRIQUEPROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES DE

AVIACION

PROPIEDADES DE LOS COMBUSTIBLES DE AVIACIÓN

Clasificación:

Los combustibles de aviación se clasifican como sigue:

Gasolinas par aviación

Introducción.

La gasolina es un carburante y el gasoil pertenece al grupo de los petróleos. El queroseno que emplean los motores de turbina es un producto intermedio.

Los hidrocarburos presentes en el crudo de petróleo tienen distintos puntos de ebullición. Hay componentes que son más pesados, en el sentido de que hierven a temperaturas más altas. Hay otros más ligeros, es decir, que hierven a temperaturas más bajas que los anteriores. El comportamiento distinto que exhiben los hidrocarburos en este sentido permite su refino o destilación fraccionada. De este modo las fracciones más ligeras del crudo se separan a temperaturas inferiores que las fracciones más pesadas.

COMBUSTIBLESPARA AVIACIÓN

Combustibles de turbinas

Para motores de combustión interna de 4 tiemposGasolinas de aviación AVGAS

JET-FUELSPara turbohélices y turborreactores

La gasolina es una mezcla de las primeras fracciones que se obtienen de la destilación del petróleo. Temperatura de destilación entre 30℃ y 200℃.

La gasolina se obtiene por calentamiento del crudo entre 45℃ y 150℃. La gasolina así obtenida se llama gasolina de primera destilación. A partir de 150℃ empieza a obtenerse el combustible que se emplea en los motores de turbina, el queroseno (entre 150℃ y 300℃), más allá el gasoil (300℃a 350℃), los aceites lubricantes (350℃ -380℃), y el fuel-oil (por arriba de 380℃).

Propiedades

Las propiedades físicas más importantes para las gasolinas de aviación que deben cumplir para MCI son:

Índice Antidetonante: Propiedad que mide la resistencia de una gasolina a la combustión irregular. Volatilidad: Propiedad que mide la facilidad de una sustancia para pasar del estado liquido al

gaseoso. Tiene influencia en la mezcla y en el arranque en frio del motor. Formación de vapor: Por medio de un fenómeno llamado tapón de vapor, el vapor formado en el

combustible puede taponar las secciones de paso de las tuberías del combustible y descebar las bombas.

Estabilidad: Estabilidad del combustible en el almacenamiento, sin tendencia a formar residuos sólidos.

Características anticorrosivas en el motor y sistema de combustible.

Volatilidad.

Es la propiedad más importante de las gasolinas de aviación. El comportamiento del motor durante la puesta en marcha y aceleración depende de la volatilidad de la gasolina.

Es la tendencia que tiene la gasolina a vaporizarse. Como la gasolina es una mezcla de las primeras fracciones que se obtienen de la destilación del petróleo (hidrocarburos), no se puede hablar de un valor único de volatilidad sino porcentajes de gasolina que se evaporan a temperaturas distintas.

La gasolina debe de estar completamente evaporada cuando salta la chispa en las bujías del cilindro, de otra forma es imposible su inflamación. Puesto que transcurre menos de una décima de segundo desde que la gasolina sale del carburador hasta que salta la chispa del cilindro, es claro que se necesita una gasolina volátil para favorecer su inflamación.

Curva de destilación.

Relaciona el comportamiento del motor con la temperatura de evaporación de la gasolina. Señala el porcentaje de combustible o gasolina que se evapora a temperatura determinada donde son importantes 3 valores numéricos:

Punto del 10%: Zona de la curva de destilación situada entre 0 y 10%. El porcentaje de gasolina que se evapora a temperatura ambiente es este tramo. Determina las características de puesta en marcha del MCI para que el motor tenga fácil arranque y buen proceso inicial de calentamiento.

Punto del 50%: Zona intermedia que relaciona la característica de aceleración del motor a la temperatura normal de trabajo. La buena aceleración del motor precisa suficiente cantidad de gasolina en forma de vapor y que la distribución de la misma sea uniforme en el cilindro. Esto es difícil de lograr si la masa principal de gasolina se evapora muy tardíamente ya que habría núcleos de combustible en estado liquido, de gran inercia y desigual distribución de la cámara.

Punto del 90%: Determina que la totalidad de gasolina ha pasado a la fase gaseosa en el cilindro a una temperatura moderada, no muy alta. Por esta razón se especifica que el 90% de la gasolina a una cierta temperatura se evapora totalmente.

La gasolina que permanece en estado líquido en el cilindro elimina el aceite lubricante en las paredes del cilindro. Después escurre al carter del aceite. Esta mezcla inhibe las propiedades de lubricación del aceite

Índice antidetonante

La detonación es la inflamación súbita de la mezcla en el cilindro. Es una forma de combustión muy irregular, distinta de la normal.

En condiciones normales de funcionamiento, las bujías inflaman la mezcla aire/combustible (mezcla carburada) y la llama se propaga rápidamente por todo el volumen de la cámara de combustión. El término propagación progresiva de la llama es la clave de la combustión normal; señala que transcurre un tiempo, aunque corto, en producirse.

La propagación de la llama es diferente en condiciones anormales de funcionamiento que se conoce como detonación. Cuando un motor opera con detonación, la presión que origina la parte de la mezcla que se inflama contra la que no se ha inflamado es tan alta que provoca su inflamación espontánea en una explosión precipitada.

La resistencia del combustible a detonar se mide por el índice de octano.

Factores de detonación.

Todas las variables que tienden a aumentar la temperatura de la mezcla que entra en el cilindro son factores de riesgo de detonación.

La temperatura de la mezcla es el factor simple más importante que afecta a la detonación. Otros factores son:

Relación de compresión del motor alta, porque aumenta la temperatura de la carga de aire que se introduce en el cilindro.

Temperatura del aire ambiente alta Presión de admisión alta Temperatura de culata de cilindros alta

COMBUSTIBLE EN MOTORES DE TURBINA DE GAS

Turbinas de gas.

Tipos de combustible.

Desde su invención, las turbinas de gas fueron alimentadas con queroseno, por preferir éste al gas-oil que se hubiera congelado durante las pruebas de vuelo. Al ser grande la demanda, se necesitaban productos cuya disponibilidad fuese también grande. Se empezaron utilizando gasolinas de aviación, pero eran demasiado volátiles.

Tipos de queroseno.

Los motores de turbina utilizan queroseno como combustible. Hay distintos tipos de queroseno:

JET A1 (AVTUR) - Aviation turbine fuel. La gravedad específica4 (SG) es de 0,8 a 15ºC. El flash point es de 38,7ºC. El waxing point es -50ºC.

JET A - Es un combustible muy similar al anterior. El waxing point es de -40ºC. Este tipo de combustible sólo se utiliza en USA.

JET B (AVTAG) - Aviation turbine gasoline. Es una mezcla de gasolina de aviación y queroseno. La SG es 0,77 a 15ºC. El flash point es bajo (-20ºC). El rango de ebullición es más amplio que el del

JET A1. El waxing point es -60ºC. Este tipo de combustible puede ser una alternativa al JET A1, pero debido a su bajo flash point es muy inflamable, por lo que por razones de seguridad no se utiliza en aeronaves civiles.

Propiedades de estudio en el combustible.

Se deben de tener en cuenta dos tipos de propiedades básicas: físicas y químicas.

Las propiedades físicas fundamentales son la volatilidad, grado de atomización y viscosidad.

Las propiedades químicas son: estabilidad, acción corrosiva y formación de residuos.

Definiciones:

Volatilidad: Es la tendencia de un combustible a evaporarse a una cierta temperatura. Se mide mediante la tensión de vapor REID. A mayor tensión de vapor, más volátil.

Estabilidad: Es la resistencia que presenta un combustible a descomponerse a altas temperaturas.

Acción corrosiva del combustible: Se debe fundamentalmente al azufre que al quemarse forma dióxido de sulfuro, que al mezclarse con agua forma ácido sulfuroso, muy corrosivo.

Densidad: La densidad disminuye cuando aumenta la temperatura. Es decir, a igualdad de volumen en depósitos, un día frio el avión cargará más peso de combustible, que un día caluroso.

Punto de inflamación: El punto de inflamación es la temperatura mínima necesaria para que un material inflamable desprenda vapores que, mezclados con el aire, se inflamen en presencia de una fuente ígnea, y continúe ardiendo una vez retirada la fuente de activación para volverse a extinguir rápidamente por sí sola una vez retirada la fuente de activación.

Historia de los combustibles de aviación.

La primera especificación británica relativa al combustible para turborreactores, hacia referencia a un keroseno clásico cuya temperatura de congelación fuera de -40℉ . La Marina Norteamericana utilizó gasolina para alimentar sus primeros aviones de reacción pero la corrosión causada en las turbinas por el tetraetilo de plomo, así como su gran volatilidad, originó grandes problemas. La primera especificación norteamericana de combustible para turborreactores fue JP-1, emitida en 1944 y en 1950 recibió el nombre de MIL-F-5616.

Posteriormente se han desarrollado el JP-3 y JP-4 para llegar al keroseno más utilizado, el ATK (Aircraft Transport Kerosene) JET-A-1 (según la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS) también conocido como JP-1 A y MIL-J-5616.

Especificaciones del JET-A-1

JET A-1 es el combustible utilizado en las turbinas de los motores a reacción en aviación civil. Es un queroseno que procede de la destilación del crudo de petróleo, que es la materia prima de la industria de refino. Su función principal es suministrar potencia al avión, siendo parámetros clave su contenido energético y la calidad de combustión.

Las principales características de este combustible son:

Combustible para motores a turbina Incoloro o ligeramente amarillo Densidad media 0,8 kg/l aprox. Inflamable a temperaturas superiores a 38 ºC en presencia de llama o chispa. Gran potencia calorífica que permite obtener la máxima energía posible con el mínimo peso. Pequeña volatilidad para evitar las pérdidas por evaporación y los peligros de incendio en caso de

accidente. Temperaturas muy bajas del punto de cristalización, ya que a las alturas a las que se desplazan los

aviones, las temperaturas son muy bajas. Gran estabilidad del producto, con el objetivo de que no se vea afectado por procesos de oxidación,

así como un alto grado de estabilidad térmica. Además de proveer la energía, el combustible es también usado como fluido hidráulico en los

sistemas de control del motor y como refrigerante para ciertos componentes del sistema de combustible.

Composición del JE-A1.

El crudo es de naturaleza hidrocarbonada y está constituido por una mezcla compleja de diferentes tipos de hidrocarburos, por tanto, se compone de Carbono e Hidrógeno con un pequeño porcentaje de otros elementos como Azufre, Nitrógeno y metales integrados en hidrocarburos de estructuras más o menos complejas. Mediante la actividad de refino, se transforma el crudo de petróleo en productos de mayor valor añadido, siendo uno de ellos los combustibles.

La práctica totalidad del JET A-1 actual se obtiene de las fracciones medias procedentes de la Destilación Atmosférica, que constituye la primera etapa del refino de un crudo. El objetivo de este proceso es vaporizar el crudo y separar por condensación a diferente temperatura distintas fracciones obteniéndose en una de ellas el queroseno.

El queroseno o JET A-1 es una mezcla de hidrocarburos que van desde C9 hasta C17. En la fabricación del queroseno se utilizan:

Fracciones primarias de la destilación del crudo (Straight-run) Fracciones primarias hidrotratadas (eliminación del azufre) Fracciones de conversión (FCC, Visbreaking, etc.)

El queroseno se obtiene por destilación del petróleo entre 175º C y 265º C.

Peso especifico: 0.83Kg

dm3

Poder calorífico: 10.133 KcalKg

Tensión de vapor: volatilidad pequeña 20 veces menor que la del JP-4 Desarrolla electricidad estática debido a su gran viscosidad

Arde en contacto con superficies superiores a 200 ºC Bastan 38 ºC para que se encienda

El JP-4 es más inflamable que el keroseno, pues en tanto que en éste la inflamación puede producirse a los 30 ºC, en el JP-4 puede hacerlo desde los -20 ºC. Los aviones supersónicos suelen utilizar JP-7, keroseno muy refinado, cuya temperatura de inflamación es muy elevada.

En aviones supersónicos comerciales, la elección del combustible depende esencialmente de la temperatura en depósitos y de la velocidad de crucero. El “Concorde”, cuya velocidad de crucero es de Mach 2.-2.2, utiliza keroseno parafinico. La volatilidad se reduce mediante la presurización del depósito.

Dentro de los esfuerzos encaminados a aumentar la seguridad pasiva lo que significa las posibilidades de supervivencia en un accidente, el combustible puede ser un factor importante.

Aditivos.

Avgard: Añadido al queroseno, impide la pulverización del combustible, con lo que disminuye el riesgo al incendio tras el impacto.

FSII (Fuel System Icing Inhibitor): En todo combustible hay una pequeña presencia de agua. Esta agua puede provocar los siguientes problemas:

Engelamiento: si se asciende, la temperatura del combustible disminuye. Esta disminución provoca que el agua no pueda disolverse lo suficiente, por lo que se generan pequeñas gotitas de agua, que si se congelan pueden obstruir las tuberías de suministro de combustible.

Engelamiento

Hongos y corrosión: Existe un hongo microbiológico llamado Cladasporium Resinae que está presente en el queroseno. Este hongo crece muy rápidamente con la presencia de agua y forma unos filamentos de color verde, que pueden bloquear el sistema de distribución de combustible. Estos hongos son corrosivos, especialmente a las juntas de aislamiento de los depósitos de combustible.

Anticorrosivos: Protegen elementos férricos del sistema de combustible, como depósitos o tuberías de la corrosión. Ciertos anticorrosivos también tienen propiedades lubricantes.

Desactivantes del metal: Eliminan el efecto catalizador que tienen algunos metales, particularmente el cobre, ya que participan en la oxidación del combustible.

Mediante la inclusión, el FSII puede evitar estos problemas.

Conclusión: En el motor alternativo lo más importante es la calidad antidetonante, en el motor de turbina el factor primordial es la pureza del combustible.

SISTEMA DE COMBUSTIBLE

Depósitos:

El combustible va almacenado en el avión en unos depósitos que en general comprenden la zona de los planos y la sección del fuselaje a la altura de dichos planos:

El número de depósitos varía de unos aviones a otros, siendo lo normal tres o más, y se numeran de izquierda a derecha. Cuando estos depósitos forman parte de la propia estructura del avión, como suelen ser los de los planos y a veces central, se les denomina depósitos integrales. Los depósitos llevan unidades compensadoras para adecuar la variación de densidad. Los depósitos llevan unos mamparos dotados de válvulas de chapaleta que evitan que el combustible se desplace lateralmente.

Electricidad estática.

La fricción del casco del avión con el aire crea grandes cantidades de electricidad estática. Los aviones llevan en las puntas de las alas unos “cables pelados” por dónde se descarga la mayoría de la electricidad, además de otro cable en el tren de aterrizaje dónde al tocar suelo se descarga la posible energía que pueda quedar.

Aún así, cuando estamos tratando con combustibles tan volátiles como el Jet A1, no nos podemos permitir la más mínima chispa. Por ello cuando se reposta el avión, igualamos la energía potencial entre el avión, el camión, la manguera y el suelo. Así evitamos que salte la chispa de un cuerpo a otro.

Repostado y vaciado.

El avión y la cisterna de combustible deberán estar correctamente conectados a tierra (masa) antes del repostado para prevenir la posibilidad de explosión o fuego debido a las descargas de electricidad estática. La operación de repostado se efectúa por una o dos bocas de llenado y desde un panel o dos situados en la parte delantera del borde de ataque del plano. Para esta operación automática se necesita corriente alterna (AC) para los indicadores y corriente continua (DC) para las electroválvulas (Fueling shutoff).

En los depósitos existen unos sensores de corte automático, que convierten la señal de peso en señal de volumen y cierran las válvulas de repostado automáticamente, cuando el deposito esta lleno. Si no se requiere cargar a tope, se debe vigilar el indicador de cantidad del depósito respectivo y cerrar el interruptor cuando lo desee.

Si el indicador de cantidad de un depósito está inoperativo se puede repostar la cantidad de combustible deseado, transvasando desde un depósito con el indicador operativo.

Si no se dispone de ningún tipo de corriente, ni de la batería siquiera, las válvulas de repostado se pueden abrir a mano, mediante una pequeña palanca que leva adosada cada válvula; por lo tanto, se pude cargar con presión de la cisterna y medir el combustible mediante una serie de varillas que van situadas en la parte inferior del plano. Estas varillas (sticks) son magnéticas con una especie de flotador que permiten, al soltarlas,

caer hasta que la varilla encuentra el campo magnetico del flotador, el cual sube y baja con el nivel del combustible.

Otro tipo de varillas de rebose, en los cuales el combustible cae por el interior de la varilla hueca, cuando, al bajarla, el orificio alcanza el nivel del combustible. Para interpretar la lectura, según unas marcaciones en pulgadas de las diferentes varillas, éstas van numeradas y su lectura se interpretan en unas tablas en las cuales se señala para cada indicación de varilla, la cantidad de combustible almacenado por ese depósito.

PROCEDIMIENTOS DEL SISTEMA DE COMBUSTIBLE.

Ventilación.

La ventilación de los depósitos de combustible es necesaria para prevenir daños en los planos debido a presiones excesivas, tanto positivas como negativas dentro de los depósitos, y mantener presión de aire de impacto en los mismos.

La ventilación disminuye la evaporación de combustible que tiende a producirse y suministra una pequeña presión en la superficie del combustible que mejora la alimentación a las bombas.

Transvase.

La operación de transvase consiste en sacar combustible de un depósito y enviarlo a otro, sin consumirlo. Para efectuar el transvase necesitamos disponer de corriente alterna en el avión, pues de lo contrario no dispondremos de las bombas de depósitos.

Alimentación cruzada.

La alimentación cruzada es un procedimiento que permite alimentar a cualquier motor (uno o varios) desde cualquier depósito.

Al tratar la alimentación de los motores, cada depósito alimenta a un motor en operación normal. Prácticamente todos los aviones disponen de un deposito central, el cual se carga a la vez que los otros o bien una vez se han llenado los depósitos de planos y que por el contrario, se vacían en primer lugar.

La razón de esta operación es que como sabemos, en vuelo, los momentos que se crean en los planos tienden a flexar a éstos hacia arriba, por tanto, cuanto más combustible llevemos en los planos y más lejos se encuentre éste del eje de simetría del avión, en mayor medida contrarrestaremos dichos momentos.

Lanzamiento de combustible (DUMP).

El sistema de lanzamiento o vaciado rápido, como también se denomina, permite reducir rápidamente el peso del avión, lanzando combustible de todos los depósitos, o bien, equilibrar el avión lanzando de alguno de ellos si no pudieran equilibrarse por otro procedimiento como la alimentación cruzada.

El máximo peso al aterrizaje (Maximum landing weight) es inferior al peso máximo de despegue (Maximum take-off), por lo que existe la posibilidad de tener que volver a aterrizar por un problema o emergencia con un peso superior al permitido.

Para lanzar combustible, el avión dispone de dos pequeñas mangueras, una en cada punta de plano.

Para realizar la operación de lanzamiento, necesitamos disponer de las bombas de depósitos y, por tanto, de corriente alterna. Una vez se encuentre el combustible en el colector de lanzamiento, al actuar los interruptores de las válvulas de punta de plano comenzará a salir al exterior. El ritmo de lanzamiento depende del tipo de avión y para cada avión varia con el número de bombas de depósitos que estén operando.

Por ejemplo, el B-727 lanza aproximadamente 1.060 kg por minuto con todas las bombas de depósitos operando simultáneamente.

El sistema de lanzamiento lleva una serie de válvulas de control automáticas, que se encargan de alimentar en primer lugar a los motores y cortan automáticamente el lanzamiento al llegar a un determinado nivel de combustible por deposito, supuesto que queramos reducir el peso del avión al máximo.

VACIADO O DUMP

BIBLIOGRAFIA:

El motor de reacción y sus sistemas auxiliares, Valentín Sainz Diez, Paraninfo Thomson Learning