Bomba de combustible para aeronaves: todos los conceptos que necesita saber y 5 clasificaciones importantes

Bomba de combustible para aviones

Créditos de imagen: Imagen de Aviavlad desde Pixabay

El tema de discusión: Bomba de combustible para aeronaves y sus diversos tipos.

Bomba de combustible para aviones

¿A quién no le encanta volar? Un viaje en un avión es una experiencia estimulante, más aún cuando tienes un ingeniero aeroespacial dentro de ti. El tema que discutiremos específicamente aquí es: ¿Qué es una bomba de combustible para aeronaves? Suena complicado, pero iremos paso a paso para que todos nuestros lectores lo comprendan. Póngase el cinturón de seguridad y comencemos nuestro viaje.

La bomba de combustible de la aeronave es un componente específico del sistema de combustible de la aeronave. Por lo tanto, primero aprendamos qué es un sistema de combustible de aeronave.

¿Qué es el sistema de combustible de la aeronave? | Diseño de sistemas de combustible de aeronaves

La tripulación puede utilizar un sistema de combustible de la aeronave para bombear, administrar y entregar combustible de aviación a las unidades de propulsión y potencia auxiliar (APU) de la aeronave. Debido al rendimiento variable de la aeronave en la que se colocan, los sistemas de combustible varían sustancialmente. Un avión de pistón monomotor tiene un sistema de combustible primario; un petrolero (como el KC-135) también puede distribuir gasolina a otras aeronaves además de administrar su propio combustible.

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Sistema de combustible de aeronaves; Créditos de imagen: Ryan Frost de Omaha, NE, EE. UU., Sistema de combustible de aeronaves en el Wings Over the Rockies Air and Space Museum (4282638817)CC BY 2.0

El combustible se envía a una válvula de control de combustible a través de las líneas de combustible (generalmente conocidas como selector de combustible). Esta válvula tiene varias funciones. La primera es que sirve como válvula de cierre de gasolina. El piloto puede elegir qué tanque alimenta el motor en la segunda función. El piloto puede elegir entre los tanques izquierdo y derecho en muchos aviones.

La función de cierre es una válvula separada situada después de la válvula de selección de combustible en algunos aviones. Un gascolador es un filtro de combustible que se puede abrir en el suelo y drenar los contaminantes de gasolina más pesados ​​que el petróleo, principalmente agua y sedimentos, siguiendo la válvula selectora, ubicada en una posición baja en la corriente de combustible.

Independientemente de las condiciones operativas de la aeronave, cada sistema de combustible de la aeronave debe almacenar y distribuir combustible limpio a los motores a una presión y un caudal capaces de mantener las operaciones. Debido al tamaño relativo y la complejidad de la aeronave en la que están instalados, los sistemas de combustible varían sustancialmente de una aeronave a otra.

Un sistema de combustible consta de un solo tanque de gasolina de alimentación por gravedad y la línea de combustible que lo conecta al motor de la aeronave en su forma más básica. Es probable que el sistema de combustible de un avión de pasajeros o de carga multimotor contemporáneo esté compuesto por muchos tanques de combustible situados en el ala, el fuselaje (o ambos) y, en algunas circunstancias, en el empange. Se instalarán bombas de combustible internas y las válvulas y tuberías correspondientes en cada tanque para alimentar los motores, permitir el reabastecimiento y el vaciado de combustible, aislar los diversos tanques y, en algunos casos, permitir el vertido de combustible o la optimización del centro de gravedad de la aeronave.

Así que volvamos a nuestra pregunta ...

¿Qué es una bomba de combustible para aviones?

Bomba de combustible del motor de avión

La bomba de combustible de la aeronave es el elemento de alimentación de combustible del sistema de combustible de la aeronave en el caso de diseños de aeronaves de ala baja, donde los tanques de combustible no se pueden montar lo suficientemente alto por encima del nivel del carburador y la gravedad no se puede utilizar para desarrollar una gravedad simple y eficiente. sistema de flujo.

bomba de combustible para aviones
Bomba de combustible para aviones: bomba de combustible NR-53B y regulador del motor del motor a reacción AL-21F-3; Créditos de imagen: LekseyNR53B 1967CC0 1.0

¿Cuál es el uso de la bomba de combustible en los aviones?

Los esfuerzos más ejemplares del hombre nunca podrán igualar la simplicidad y eficiencia de la naturaleza. Como resultado, no es inesperado que la instalación de una bomba de combustible para aviones solo resuelva parcialmente el problema de suministrar combustible a un motor sin la ayuda de la gravedad. La gravedad es impermeable a las fallas, pero las bombas de combustible de los aviones sí lo son. Como resultado, deberá agregar una bomba de respaldo de algún tipo para protegerse contra esa posibilidad.

Ahora tiene dos bombas, pero ¿cómo saber si funcionan correctamente? Para obtener esa información, deberá instalar un medidor de presión de combustible o un medidor de flujo de combustible (que es esencialmente lo mismo que un medidor de presión de gasolina). Eso es todo, sólo una pizca de la complejidad adicional que distingue a un sistema básico de bomba de combustible de aeronave de un sistema de gasolina de flujo por gravedad.

Aprenderemos sobre el manómetro de combustible en otras secciones por venir.

Sistema de bomba de combustible para aeronaves | ¿Cómo funciona una bomba de combustible para aviones?

El sistema de bomba de gasolina es bastante similar al sistema de flujo por gravedad en todos los sentidos. Los depósitos de combustible son el punto de partida de ambos sistemas. La distribución de combustible comienza cuando el combustible pasa a través de una salida cubierta por una rejilla en la parte inferior del tanque de combustible. El combustible fluye desde el tanque a una conveniente válvula de selección de combustible en la cabina a través de una línea de aluminio (al menos 3/8 ″ de diámetro).

Después de pasar por la válvula selectora del tanque, la gasolina se envía al filtro primario, también conocido como “gascolador”, que ya hemos comentado. El gascolator generalmente se encuentra en el cortafuegos y debe ser el componente más bajo del sistema de combustible. Siempre está equipado con una válvula de drenaje rápido, que permite drenar todo el sistema de combustible a la vez.

Durante el examen previo al vuelo, el gascolador también permite drenar algo de combustible para verificar la presencia de agua. Sin quitar ningún carenado o cubierta, el drenaje rápido debe ser inmediatamente accesible. Después de pasar por el gascolador, el combustible filtrado ingresa o pasa por alto una bomba de respaldo. Por lo general, se trata de una bomba eléctrica, aunque también puede ser una bomba de oscilación manual.

Finalmente, el combustible llega a la bomba impulsada por el motor, que es el corazón del sistema de bomba de combustible. Esta bomba mecánica impulsada por motor se sujeta directamente a una almohadilla auxiliar en el cárter del motor, desde donde suministra combustible al inyector de combustible o carburador bajo presión. Aunque la bomba impulsada por motor es la principal fuente de presión de combustible, las aeronaves producidas bajo un Certificado de tipo aprobado deben tener instalada una bomba de combustible auxiliar de respaldo.

Debido a que estas bombas de gasolina deben proporcionar suficiente presión para transportar combustible desde los tanques hasta el carburador o el inyector de combustible, debe tener alguna forma de determinar si se está produciendo la presión adecuada. Como se indicó anteriormente, este problema menor se resuelve con la instalación de un manómetro de combustible.

Instalación del medidor de presión de combustible

¿Los motores a reacción requieren bombas de combustible de alta presión y, de ser así, cuánta presión necesitan?

El manómetro de combustible que se instalará debe calibrarse para que se ajuste al rango de presión de combustible del sistema. Un inyector de combustible, por ejemplo, requiere una presión de combustible estándar de alrededor de 24 psi, mientras que un carburador de tipo presión no requiere más de 15 psi. Un medidor de presión de combustible capaz de informar presiones mucho mayores que las requeridas para la instalación, por otro lado, puede no ser tan preciso como uno calibrado para un rango de presión de combustible más pequeño.

Hay una cosa más en la que pensar. Los manómetros de combustible individuales son típicamente de 2-1 / 4 "o 2-1 / 16" de diámetro (tipo automotriz). Como parte de un "grupo de instrumentos", también se encuentran disponibles medidores de presión de combustible. Estos son extremadamente comunes y la mayoría de los constructores de aviones los emplean.

Después de instalar el medidor en el panel de instrumentos o en un lugar más accesible, si es necesario, un tubo de aluminio con accesorios AN estándar lo conecta al carburador o al inyector de combustible. Como resultado, una línea de aluminio de 14 ″ o incluso 3/16 ″ debería funcionar. Conecte la línea de presión de combustible al puerto en su inyector de combustible o carcasa del carburador usando un accesorio de estilo restrictor. La línea de presión de combustible dentro del compartimiento del motor debe ser una manguera de avión flexible construida con accesorios de metal convencionales, en lugar de una línea de aluminio desde el manómetro de combustible hasta el accesorio de mamparo del cortafuegos.

Bomba de combustible accionada por motor de avión | Bomba de combustible mecánica para aviones

Durante el funcionamiento normal del motor, la bomba de combustible de la aeronave impulsada por el motor (mecánica) distribuye automáticamente la cantidad correcta de combustible al inyector de combustible o carburador cercano. La conocida bomba de combustible de aviación de tipo diafragma de CA se considera el estándar de la industria para la mayoría de los motores de aviones pequeños. Es una bomba autocebante con diafragmas especialmente construidos que no parecen estar influenciados por las numerosas cualidades químicas únicas que componen los combustibles actuales.

Cuando se instala la bomba de combustible impulsada por el motor adecuada, debe poder entregar un flujo de combustible mínimo del 125% de lo que se necesita para la máxima potencia de despegue. Esta capacidad excedente no será un problema ya que una válvula de alivio interna evita el desarrollo de una presión de combustible excesiva. La válvula de alivio interna viene calibrada de fábrica para suministrar combustible a la presión de entrada de combustible correcta para una determinada instalación de carburador o inyector de combustible.

Las bombas de combustible impulsadas por motor tienen un historial fantástico de confiabilidad, aunque fallan. El diafragma generalmente se rompe, lo que hace que el combustible salga disparado de la línea de drenaje. Si ocurre tal falla, generalmente se cree que se debe a la vejez y no a la falta de recursos. Si el diafragma se rompe y el respiradero no está conectado a una línea que se aleja de los tubos de escape calientes hacia un área segura al agua, una bomba de combustible impulsada por motor defectuosa podría representar un riesgo de incendio significativo. Además, el motor no arrancará sin la ayuda de una bomba de combustible de respaldo.

Incluso si falla la bomba principal del motor, una bomba auxiliar puede mantener su máquina en funcionamiento. Esto es factible porque las bombas de combustible accionadas por motor de tipo AC cuentan con una válvula de derivación interna que permite que el combustible fluya a través de la bomba incluso después de que falle.

Bomba de combustible auxiliar para aeronaves | Bomba de refuerzo en el sistema de combustible de la aeronave | Bomba de combustible eléctrica para aviones

Una bomba auxiliar, una bomba de refuerzo, una bomba eléctrica o incluso una bomba oscilante son un respaldo con cualquier otro nombre. Todos tienen el mismo propósito: ayudar a la bomba impulsada por el motor o, en casos extremos, reemplazarla por completo. Un motor eléctrico autónomo alimenta la bomba de combustible auxiliar, un piloto controlado por un interruptor en el panel de instrumentos.

Propósito de la bomba de refuerzo en el sistema de combustible de la aeronave

Las bombas auxiliares o de refuerzo se pueden usar para una variedad de propósitos, que incluyen:

  1. Se utiliza en la aplicación de cebado de un motor con inyección de combustible antes de arrancar.
  2. Siempre que la bomba impulsada por el motor falla o no puede mantener un flujo de combustible suficiente, se utiliza para restablecer el suministro de combustible al motor.
  3. Se utiliza para combatir la formación de vapor, especialmente en altitudes superiores a los 10,000 pies.
  4. Ayudar en el reinicio del motor cuando el piloto de su jet ha dejado que uno de sus tanques de combustible se seque.
  5. Usar la bomba de impulso durante los despegues y aterrizajes como medida de seguridad.

Cuando está instalada, la bomba de respaldo generalmente se conecta en serie a la bomba impulsada por el motor. La bomba de impulso debe tener una válvula de derivación interna para permitir que la gasolina pase a través de ella, ya sea que esté encendida o no, para poder instalarse de esta manera. Si se conecta una bomba de impulso eléctrica a la bomba impulsada por el motor sin una válvula de derivación interna, cada vez que se apaga la bomba de impulso, todo el flujo de combustible a la bomba impulsada por el motor se bloquea porque no puede pasar gasolina a través de ella a menos que se cambie en.

Las válvulas de derivación internas no son estándar en las bombas eléctricas pequeñas de baja presión utilizadas por los fabricantes de motores equipados con carburador. Cuando se utilizan para aumentar una bomba impulsada por motor, estas bombas deben conectarse en serie con la bomba del motor. Un sistema paralelo puede requerir adicionalmente una o más válvulas de retención unidireccionales, dependiendo de la instalación, para garantizar que el combustible fluya solo hacia el motor y no de regreso al tanque mientras la bomba eléctrica está funcionando. En cualquier caso, un sistema paralelo siempre será más difícil de implementar que un sistema en línea.

La bomba de bamboleo

Los pilotos acrobáticos deportivos utilizan la bomba de bamboleo original como bomba de combustible de respaldo de la aeronave. Realiza servicios comparables a los de una bomba auxiliar eléctrica, como ayudar a arrancar el motor y mantener la presión del combustible a demanda. Sin embargo, es operado manualmente por el piloto y no requiere un sistema eléctrico. La instalación de una bomba oscilante es similar a la de cualquier otra bomba de refuerzo de derivación interna. Es decir, también se puede conectar en serie a la línea de combustible principal del motor.

La nueva bomba de gasolina manual Christen mejorada reemplaza a las obsoletas bombas oscilantes de la serie D excedentes de la Segunda Guerra Mundial, que se están volviendo escasas. La instalación de la bomba de combustible manual Christen es sustancialmente más liviana, con un solo dispositivo compacto que contiene una válvula de combustible, un filtro de combustible y una bomba de gasolina.

Tipos de bombas de combustible en aviones »Wiki Ùtil ¿Cuántos tipos de bombas de combustible para aviones existen?

Por lo general, hay 5 tipos diferentes de bombas de combustible para aeronaves en aeronaves, a saber: bombas de combustible accionadas manualmente, bombas impulsoras centrífugas, bombas eyectoras, bombas eléctricas pulsantes y bombas de combustible de tipo paleta; todos los cuales se han descrito a continuación:

Bombas de combustible manuales

Se instalaron bombas de combustible para aviones operadas manualmente en algunos aviones antiguos con motores alternativos. Se utilizan para complementar la bomba impulsada por el motor y para mover combustible de un tanque a otro. Básicamente, se trata de bombas oscilantes que son bombas de doble acción que proporcionan combustible con cada golpe de la manija de la bomba. Básicamente son bombas de tipo paleta con canales perforados en el centro, lo que permite un movimiento hacia adelante y hacia atrás para bombear la gasolina en lugar de una rotación completa de las paletas, como es habitual en las bombas de paleta accionadas eléctricamente o por motor.

Si bien es sencillo y con un margen mínimo de error, una bomba manual requiere la instalación de líneas de combustible desde la cabina hasta la bomba, lo que representa un riesgo que puede evitarse mediante el uso de una bomba accionada eléctricamente. Las aeronaves modernas con motores recíprocos ligeros suelen tener bombas auxiliares eléctricas. Sin embargo, para cebar el (los) motor (es) al arrancar, con frecuencia utilizan una bomba manual. Cuando la perilla de cebado se tira hacia atrás, estos dispositivos simples son bombas de pistón de acción simple que succionan combustible hacia el cilindro de la bomba. El combustible se bombea a través de las líneas hacia los cilindros del motor cuando se presiona la palanca hacia adelante.

Bombas centrífugas de impulso

La bomba centrífuga es el tipo más frecuente de bomba de combustible auxiliar que se encuentra en aviones, aviones masivos y de alto rendimiento. Está propulsado por un motor eléctrico y generalmente se sumerge en el tanque de gasolina o ligeramente fuera del fondo del tanque, con la entrada de la bomba extendiéndose hacia el tanque. A menudo se instala una válvula de extracción de la bomba si la bomba está situada fuera del tanque, lo que permite extraer la bomba sin agotar el tanque de gasolina.

Una bomba de caudal variable es una bomba de impulso centrífuga. A medida que el impulsor gira, toma combustible en el centro y lo expulsa al exterior. Una válvula de retención en la salida evita que el combustible regrese a la bomba. La salida de la bomba está conectada a una tubería de alimentación de combustible. Si la bomba de impulso no está funcionando, se puede colocar una válvula de derivación en el sistema de alimentación de combustible para permitir que la bomba impulsada por el motor extraiga combustible del tanque.

Dependiendo de la fase de operación de la aeronave, algunas bombas de combustible centrífugas funcionan a múltiples velocidades, según lo establecido por el piloto. También son frecuentes las bombas de combustible con una sola velocidad. Independientemente de la temperatura, la altitud o la actitud de vuelo, las bombas de combustible centrífugas en los tanques de combustible mantienen una presión positiva en todo el sistema de combustible, lo que elimina el bloqueo de vapor.

Debido a que el motor eléctrico está sumergido en el combustible, las bombas sumergidas cuentan con cubiertas a prueba de combustible. Las bombas centrífugas ubicadas fuera del tanque no necesitan esto, pero requieren algún tipo de entrada en el combustible. Este podría ser un tubo con una válvula de cierre que permita reemplazar la bomba sin vaciar el tanque. Una pantalla cubre la entrada de ambos tipos de bombas centrífugas para evitar la ingestión de desechos extraños.

Bombas eyectoras

Los tanques de combustible con bombas de combustible en el tanque, como las bombas centrífugas, están diseñados para mantener un suministro constante de combustible en la entrada de la bomba. Esto evita que la bomba se hunda y garantiza que el combustible la enfríe. Los deflectores, incluidas las válvulas de retención, también conocidas como válvulas de charnela, se pueden usar para dividir la sección del tanque de gasolina designada para la instalación de la bomba. Esto permite que la gasolina fluya hacia adentro de la bomba durante las maniobras, pero no puede fluir hacia afuera.

Las bombas eyectoras se utilizan en algunos aviones para garantizar que siempre haya combustible líquido en la entrada de la bomba. El flujo de salida de la bomba circula de regreso al área del tanque, donde la bomba se coloca a través de una tubería de pequeño diámetro. Un venturi, que forma parte del eyector, dirige el combustible. La baja presión se crea cuando el combustible pasa a través del venturi.

El combustible se puede aspirar en el conjunto eyector y bombear a la sección del tanque de la bomba de combustible a través de una entrada, o línea, que comienza fuera de la región de la bomba del tanque. Junto con las válvulas de retención del deflector, las bombas eyectoras mantienen una carga positiva de combustible en la entrada de la bomba.

Bombas eléctricas pulsantes

Bombas de combustible auxiliares más pequeñas y menos costosas se utilizan con frecuencia en aviones de aviación general. La bomba eléctrica pulsante, a menudo conocida como bomba de gasolina de tipo émbolo, se usa ampliamente. En aviones más grandes, normalmente se utiliza de la misma manera que una bomba de combustible centrífuga, excepto que se coloca aguas abajo de las salidas del tanque de combustible.

La bomba de combustible impulsada por el motor se encamina en paralelo con la bomba de combustible eléctrica pulsante. Proporciona combustible antes de que la bomba de combustible impulsada por el motor alcance la velocidad durante el arranque, y también se puede usar como respaldo durante el despegue. También se puede utilizar para evitar el bloqueo de vapor en altitudes elevadas. Un émbolo aspira combustible y empuja la gasolina fuera de la bomba eléctrica pulsante. El émbolo se mueve hacia adelante y hacia atrás en un movimiento pulsante por un solenoide que alterna entre estar electrificado y desenergizado.

La presión del combustible en la salida de la bomba controla la bomba de combustible eléctrica pulsante de acción simple. La bomba funciona rápidamente cuando se requiere gasolina, con baja presión en la salida de la bomba. La bomba se ralentiza a medida que aumenta la presión del combustible porque el resorte calibrado encuentra resistencia al intentar impulsar el pistón hacia arriba. El movimiento del émbolo es amortiguado por un resorte en el centro.

Bombas de combustible de tipo paleta

Los tipos más frecuentes de bombas de combustible que se ven en las aeronaves con motores alternativos son las bombas de combustible de tipo paleta. Se pueden utilizar como bombas de gasolina primarias, así como bombas auxiliares o de impulso. Por otro lado, la bomba de paletas es una bomba de desplazamiento constante que transporta un volumen continuo de combustible con cada revolución de la bomba. Un motor eléctrico hace girar el eje de la bomba cuando se utiliza como bomba auxiliar. La caja de cambios auxiliar a menudo opera la bomba de paletas en sistemas accionados por motor.

Bomba de combustible para aeronaves: tipo paleta giratoria; Créditos de imagen Rainer BielefeldBomba rotativa de paletasCC BY-SA 3.0

Un rotor excéntrico se impulsa dentro de un cilindro, como es el caso de todas las bombas de paletas. Las paletas se deslizan dentro y fuera de las ranuras del rotor, que se mantienen contra la pared del cilindro mediante un pasador espaciador flotante central. El espacio de volumen generado por la pared del cilindro, el rotor y las paletas aumenta y luego se reduce a medida que las paletas giran alrededor del rotor excéntrico.

La gasolina se lleva a la bomba a través de un puerto de entrada donde las paletas producen un espacio de volumen creciente. El espacio generado se vuelve más pequeño a medida que avanza la rotación. El combustible se bombea fuera del cilindro a través de un puerto de salida ubicado allí. El mecanismo de medición de combustible del motor suministra más gasolina de la que necesita para funcionar. El volumen constante de una bomba de paletas, por otro lado, puede ser excesivo.

La mayoría de las bombas de paletas contienen una función de alivio de presión que se puede ajustar para regular el flujo. Funciona utilizando la presión acumulada en la salida de la bomba para sacar una válvula de su asiento, permitiendo que el exceso de gasolina fluya de regreso al lado de entrada de la bomba. El volumen de combustible correcto se da colocando el alivio a una presión por encima de la presión de admisión de aire del dispositivo de medición de combustible del motor.

El combustible debe fluir a través de la bomba al dispositivo de medición de combustible mientras el motor está arrancando o si la bomba de paletas no está funcionando. Se utiliza una válvula de derivación dentro de la bomba para lograr esto. Cuando la presión de combustible de entrada de la bomba es más alta que la presión de combustible de salida, una placa de resorte débil debajo de la válvula de alivio supera la presión de resorte.

Cuando la bomba de paletas es la bomba de combustible primaria impulsada por el motor, se emplean bombas de combustible de tipo paleta compensada. A medida que la presión de entrada de aire del dispositivo de medición de combustible cambia debido a la altitud o la presión de salida del turbocompresor, el ajuste de la válvula de alivio se modula automáticamente para proporcionar el suministro correcto de combustible. La fuente de presión de aire de entrada está conectada a una cámara de ventilación por encima de un diafragma acoplado al mecanismo de alivio. El diafragma asiste o resiste la presión del resorte de la válvula de alivio cuando cambia la presión de aire, lo que resulta en un suministro de combustible adecuado para la condición actual en el dispositivo de medición de combustible.

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Sobre Esha Chakraborty

Tengo experiencia en Ingeniería Aeroespacial, actualmente trabajando en la aplicación de la Robótica en la Defensa y la Industria de las Ciencias Espaciales. Soy un aprendiz continuo y mi pasión por las artes creativas me mantiene inclinado hacia el diseño de conceptos novedosos de ingeniería.
Con los robots sustituyendo casi todas las acciones humanas en el futuro, me gusta llevar a mis lectores los aspectos fundamentales del tema de una manera fácil pero informativa. También me gusta mantenerme actualizado con los avances en la industria aeroespacial simultáneamente.

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