MANUAL DE VUELO
Sistema de lubricación y refrigeración

Sistemas funcionales.

Lubricación y refrigeración.

El objetivo de cualquier motor es producir movimiento a expensas de una fuente de energía externa, que en los motores de combustión interna, según se ha visto en capítulos anteriores, se logra quemando combustible.

Debido a este proceso, un motor en funcionamiento implica una gran cantidad de fricción entre sus componentes móviles y una elevada temperatura debida a la combustión y a la propia fricción. Aunque la mayoría del calor se expulsa con los gases de escape, la fricción, junto con el calor producido por la misma, puede provocar el agarrotamiento de los componentes y un rápido desgaste de los mismos, mientras que el calor residual de la combustión puede elevar tanto la temperatura que produzca la fusión de las piezas metálicas. En ambos casos, el efecto es la inutilización del motor. Para mantener fricción y calor en unos valores razonables, los motores disponen de sistemas de lubricación y de refrigeración.

3.8.1   Lubricación.

Recibe este nombre el método utilizado para evitar en lo posible el contacto directo entre dos piezas que se mueven, una respecto a la otra, reduciendo la fricción, lo cual se consigue interponiendo una fina película de lubricante entre estas piezas.

El sistema de lubricación tiene como función mantener y renovar de forma continua esta película lubricando las partes móviles del motor y así evitar el desgaste debido a la fricción, además de refrigerar mediante el propio lubricante las partes del motor a las que no puede acceder el sistema de refrigeración. Además, el propio aceite arrastra los elementos contaminantes producidos.

Los lubricantes comúnmente empleados son aceites que provienen del refino del petróleo, debiendo cumplir una serie de requisitos, principalmente relativos a su viscosidad, de acuerdo con la severidad de las condiciones de operación del motor.

Para determinar la viscosidad del aceite, se utilizan varios sistemas de números, de forma que cuanto menor sea el número más ligero es el aceite. La mayoría de los aceites contiene aditivos para reducir la oxidación e inhibir la corrosión, y los hay que abarcan distintos grados de viscosidad (multigrado). En cualquier caso el aceite utilizado debe corresponder siempre al grado y tipo determinado por el fabricante.

El sistema consta de un depósito, interno o externo, las bombas que lo hacen circular por el interior del motor y los conductos exteriores si hubiera, un filtro para recoger las impurezas, una válvula que evita un exceso de presión y los indicadores de presión y/o temperatura en la cabina del piloto.

Hay dos sistemas de lubricación conocidos como “carter seco” y “carter húmedo” siendo este último el comúnmente utilizado en los aeroplanos ligeros por su sencillez y bajo coste.

Carter húmedo. En este sistema el depósito o sumidero del aceite (el cárter de los automóviles) está localizado en la parte baja del motor. Una bomba accionada por el motor, cuya toma de entrada está sumergida en el depósito, toma el aceite y lo envía a presión, pasando por un filtro, a los elementos a lubricar mediante una serie de conductos internos del bloque motor. Estos conductos, además de llevar el aceite a los sitios necesarios, se comunican con el interior de la mayoría de los ejes giratorios (cigüeñal, árbol de levas, etc.) permitiendo tanto su lubricación como la de los elementos acoplados a ellos (bielas, válvulas, balancines, etc.). Este sistema se denomina “lubricación por presión”. Otros elementos que no pueden lubricarse de dicha manera (pistón, bulones, engranajes, etc.) se lubrican por “salpicadura”. Una vez cumplida su función, el aceite vuelve al depósito o sumidero por gravedad.

Esquema de un sistema de lubricación

Carter seco. Este sistema es muy similar al anterior con la diferencia que el aceite está contenido en un depósito separado del motor. Cómo en el caso anterior, una bomba extrae el aceite de ese depósito y lo suministra a presión al motor, que se lubrica de la forma mencionada. Este aceite cae a una especie de carter inferior del cual otra bomba de barrido lo devuelve al tanque exterior. En muchas ocasiones, en su camino de vuelta pasa por un radiador que lo enfría.

Ambos sistemas tienen sus ventajas e inconvenientes, pero el uso del carter húmedo se debe sobre todo a su sencillez y a que la ausencia de conexiones externas impide fugas de aceite que puedan averiar gravemente el motor.

Válvula reguladora. Regulada de fábrica, esta válvula sirve para mantener la presión constante y para evitar que un exceso de presión dañe algún conducto o pieza. Por encima de una cierta presión, la válvula se abre para que el aceite causante de la sobrepresión vuelva al carter en lugar de integrarse en el sistema de lubricación; una vez la presión tiene valores normales la válvula se cierra permitiendo al aceite circular por el sistema.

Filtro de aceite. Su función es la de eliminar las posibles impurezas que pudiera arrastrar el aceite y que pudieran, llegado el caso, obstruir alguno de los conductos de lubricación con lo que ello supone de grave problema.

3.8.2   Monitorizando la lubricación.

Debido a la importancia de la lubricación en los motores, es de suma importancia chequear tres valores del aceite: cantidad, presión y temperatura.

Si la presión del aceite es baja, este no llegará a todos los elementos a lubricar pudiendo dar lugar a gripajes; por el contrario si la presión es alta, puede haber fugas por roturas en las conducciones o un exceso de consumo y en consecuencia dar lugar a gripajes por falta de aceite.

En cuanto a la temperatura del aceite, si es baja este no tendrá la fluidez suficiente y dificultará su distribución así como el movimiento entre las piezas; pero si es alta el aceite se vuelve demasiado fluido, pierde parte de su capacidad de lubricación y disminuye la presión del sistema afectando a su distribución.

Obviamente, salvo que se quiera realizar un número de circo, la cantidad de aceite solo se puede chequear en tierra, disponiéndose para ello, igual que en los automóviles, de una varilla graduada que se mete o saca a rosca del conducto en que está contenida, el mismo por el cual se echa aceite al motor. Esta varilla, así como el tapón de llenado de aceite, generalmente son accesibles a través de una trampilla en la cubierta del motor; si la cantidad es inferior a los niveles de operación recomendados por el fabricante, se debe agregar aceite.

Comprobando el nivel de aceite en el motor

La monitorización de la presión y la temperatura se realiza por medio de los correspondiente indicadores en el cuadro de mandos. Cada uno de ellos consiste en un dial, graduado a veces, consistente en un arco con unas marcas de colores, sobre el cual una aguja muestra el valor de la medición. La aguja en el arco blanco indica que el aceite está por debajo de los valores normales de operación; el arco verde corresponde al rango de valores normales; en el arco amarillo los valores están por encima de los normales (precaución), y el arco rojo indica peligro en el sistema de lubricación.

Indicadores de presión y temperatura del aceite

En algunos aviones, se cuenta además con un testigo luminoso en el cuadro de mandos (OIL) el cual se enciende en caso de problemas en el sistema.

Al arrancar el motor debe haber una indicación de presión de aceite en el breve plazo de unos segundos; de no ser así ha de apagarse el motor.

La presión del aceite varía con la temperatura del mismo; si esta es baja el aceite será más viscoso y tendrá mayor presión; por el contrario, si la temperatura del aceite es alta este será más fluido y tendrá menos presión.

A diferencia de la presión del aceite, los cambios en su temperatura ocurren más lentamente, sobre todo tras arrancar un motor frío, cuando puede tomar varios minutos o más para que el medidor muestre cualquier aumento en la temperatura del aceite.

El piloto debe verificar la temperatura del aceite periódicamente durante el vuelo, especialmente cuando se encuentre con temperatura ambiente alta o baja. Las indicaciones de alta temperatura del aceite sugieren una línea de aceite obstruida, baja cantidad de aceite, un enfriador de aceite bloqueado o un indicador de temperatura defectuoso. Las indicaciones de baja temperatura pueden indicar una viscosidad incorrecta del aceite durante las operaciones en climas fríos.

3.8.3   Refrigeración.

Debido a la incapacidad del motor para convertir en trabajo útil toda la energía liberada por la combustión, existe una gran cantidad de calor residual producto de dicha combustión, parte de la cual se elimina con los gases, quedando una parte que debe ser disipada para evitar un calentamiento excesivo del motor. De esa parte, una pequeña cantidad se transfiere al lubricante y la restante (hasta cierto límite) se disipa gracias al sistema de refrigeración.

Si no se produjera este hecho las altas temperaturas que alcanza el motor podrían dar lugar a pérdida de potencia, excesivo consumo de aceite, graves daños en el motor llegando incluso a su inutilización (“gripaje”).

Mientras que en casi todos los automóviles el exceso de temperatura se elimina gracias a un líquido refrigerante que circula a través del motor y se enfría en un radiador, la mayoría de los motores de los aviones ligeros están refrigerados por aire, porque esto evita cargar con el peso del radiador y el refrigerante, y que un fallo del sistema de refrigeración o la pérdida del líquido refrigerante provoquen una avería general del motor.

Ventajas de la refrigeración por aire:

En el proceso de refrigeración por aire, este penetra en el compartimento del motor a través de aberturas en la parte frontal del avión junto al cono de la hélice. Este aire no circula de forma aleatoria sino que gracias a unos deflectores y a la disposición del compartimento, es forzado a fluir rápidamente, sobre todo hacia los cilindros que es donde más calor existe; en estos, unas finas aletas exteriores de metal aumentan la transferencia de calor al aire en circulación exponiéndole mayor superficie metálica; cumplida su función, el aire caliente sale de nuevo a la atmósfera a través de una o más aberturas en la parte inferior y trasera del carenado. Las aleaciones ligeras utilizadas en la construcción de los motores modernos aportan una buena ayuda en el proceso de refrigeración.

Refrigeración del motor por aire

Es muy importante revisar en el chequeo prevuelo, especialmente si el aeroplano lleva un tiempo estacionado, que las entradas de aire están libres y sin obstrucciones; se han dado casos de encontrar nidos de aves en el carenado del motor.

Algunos aeroplanos tienen unos dispositivos conocidos como aletas de refrigeración (cowl flaps), que suelen estar en la parte baja del compartimento del motor, mediante las cuales el piloto controla de forma manual la temperatura del motor en las distintas fases de vuelo. Si la temperatura es baja, el piloto puede cerrar las aletas restringiendo la circulación de aire; si por el contrario es alta, puede abrirlas para incrementar el flujo de aire de refrigeración. Lo habitual es que en operaciones a baja velocidad y mucha potencia, tales como despegues y ascensos, las aletas se abran mientras que con alta velocidad y baja potencia, tal como en vuelo de crucero o descensos, las aletas se cierren.

Aleta de refrigeración (cowl flap)

3.8.4   Controlando la temperatura.

Ya hemos visto los efectos negativos de volar con una temperatura más alta de la normal, pero aunque el problema principal proviene de un exceso de temperatura tampoco es conveniente que se mantenga por debajo de la adecuada porque resta eficiencia al motor.

Si el avión tiene un indicador de temperatura de los cilindros, el piloto dispondrá de forma directa e inmediata de información respecto a cambios de temperatura en el motor. En caso contrario, habrá de servirse del indicador de temperatura de aceite, el cual proporciona esta información de forma indirecta y con retraso. El indicador de temperatura de aceite se debe usar para determinar la temperatura del motor, solo si es el único medio disponible.

Debido a las características del sistema de refrigeración por aire, es lógico deducir que a mayor velocidad mayor flujo de aire “capturado” por las abertura frontales y que menor potencia en el motor supone menor cantidad de calor a disipar. Esto nos lleva a concluir que durante operaciones en tierra o baja velocidad (despegues, ascensos, etc.) este sistema pierda efectividad. Por regla general todas las operaciones con alta potencia y baja velocidad influyen negativamente en el enfriamiento del motor mientras que baja potencia y alta velocidad (por ejemplo descensos) incrementan la capacidad de refrigeración. Conviene recordar los efectos de la mezcla sobre la temperatura del motor.

El piloto puede influir sobre la temperatura de las siguientes maneras:

En un ascenso prolongado vigilaremos que la temperatura no exceda los límites permitidos, mientras que en descensos debemos chequear que la temperatura no caiga por debajo de los límites establecidos.

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Copyright Miguel Angel Muñoz Navarro