SISTEMAS NEUMATICOS Y SUS A P L I C A C I O N E S EN EN AERONAUTICA
Pablo L. Ringegni
A - Intr oducc ión: Descripción general del sistema y sus componentes En la mecánica de las aeronaves, el término neumática designa al mecanismo o los dispositivos actuados por aire a presión. Es decir que se define como sistema neumático a aquel sistema mecánico que es actuado por aire a presión u otros gases. Así en aeronáutica, con el objeto de disminuir peso, se ha reconocido al aire a presión como una fuente confiable de potencia para el funcionamiento de varios sistemas y unidades de las aeronaves. Así del mismo modo los sistemas neumáticos poseen ciertas cualidades y ventajas sobre otros sistemas, aunque también tiene sus limitaciones, los cuales se verán más adelante. En cuanto a los componentes se refiere, se debe indicar que los sistemas neumáticos no utilizan acumulador, bombas de mano, reguladores, etc. Sin embargo existe alguna similitud en el objetivo que han de cumplir algunos elementos que aparecen simultáneamente en ambos diseños. Por supuesto que la construcción de estos elementos es muy distinta aun cuando su forma de trabajo es parecida. Un sistema básico, como se muestra en la figura, esta compuesto por los siguientes elementos. • • • • • •
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Fuente de aire (por ejemplo compresor, bomba): suministra aire a presión. Filtro Válvula de retención Válvula de alivio o desahogo Medidor de presión Botellas de almacenamiento (este elemento aparece dependiendo que tipo de sistema se quiere actuar) Válvula de control Tuberías Restrictotes
A - Intr oducc ión: Descripción general del sistema y sus componentes En la mecánica de las aeronaves, el término neumática designa al mecanismo o los dispositivos actuados por aire a presión. Es decir que se define como sistema neumático a aquel sistema mecánico que es actuado por aire a presión u otros gases. Así en aeronáutica, con el objeto de disminuir peso, se ha reconocido al aire a presión como una fuente confiable de potencia para el funcionamiento de varios sistemas y unidades de las aeronaves. Así del mismo modo los sistemas neumáticos poseen ciertas cualidades y ventajas sobre otros sistemas, aunque también tiene sus limitaciones, los cuales se verán más adelante. En cuanto a los componentes se refiere, se debe indicar que los sistemas neumáticos no utilizan acumulador, bombas de mano, reguladores, etc. Sin embargo existe alguna similitud en el objetivo que han de cumplir algunos elementos que aparecen simultáneamente en ambos diseños. Por supuesto que la construcción de estos elementos es muy distinta aun cuando su forma de trabajo es parecida. Un sistema básico, como se muestra en la figura, esta compuesto por los siguientes elementos. • • • • • •
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Fuente de aire (por ejemplo compresor, bomba): suministra aire a presión. Filtro Válvula de retención Válvula de alivio o desahogo Medidor de presión Botellas de almacenamiento (este elemento aparece dependiendo que tipo de sistema se quiere actuar) Válvula de control Tuberías Restrictotes
Breve descripción de cada uno de los elementos: • •
Fuentes de aire: Se vera la descripción mas adelante Filtros: Se emplean para eliminar residuos y evitar que estos se depositen en los conductos y válvulas haciendo menos eficaz el sistema. Filtran partículas mayores de 0.001 pulgada. Básicamente funcionan haciendo pasar aire a través de la malla filtrante o cartucho reteniendo las partículas. Los residuos se depositan en el fondo y si el filtro estuviese muy sucio, se abre una válvula de alivio que deja pasar el aire sin filtrar. El cartucho debe ser reemplazado con regularidad para evitar estas situaciones.
El aire además debe ser seco. •
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Válvulas de retención: Estas válvulas impiden que el flujo regrese a través de la tubería de carga.
Válvula de alivio o desahogo: Se instalan para proteger el sistema de una presión excesiva. Impiden la sobrecarga del botellón o del sistema.
La figura siguiente muestra el funcionamiento de la misma. La válvula puede ser regulada a través de un resorte para tarar la presión máxima de alivio.
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Medidor de presión: Registrar o verificar la presión del circuito (puede ser usado en la realimentación del sistema, por ejemplo actuar una válvula de alivio ante una sobrepresión) Botellón de aire: Puede fabricarse de materiales compuestos, acero inoxidable, titanio o aleaciones de alta resistencia. Estos botellones pueden ser cargados en tierra para todo el vuelo o ser recargados en vuelo por los compresores. Su tamaño dependerá de su utilización y tipo de aeronave. Pueden ser de tipo esfera o globular o cilíndrico.
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Válvulas de control: Se utilizan para dirigir el aire a presión a determinados elementos cuando son necesarios. Un ejemplo son las válvulas de control que se utilizan en algunas aeronaves para actuar sobre los frenos de emergencia.
Tuberías: Suelen ser de metal o de goma y aptos para altas presiones. Uno de los puntos más débiles de los sistemas neumáticos es la estanqueidad del sistema debido a la unión de las tuberías con los distintos sistemas. Restrictotes: Estos reducen el flujo de aire cuando debe aplicarse a ciertos elementos. Estos pueden ser de paso fijo o paso variable como se muestra en la figura.
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Regulador de presión: Adaptan la presión a los requerimientos de cada sistema.
Finalmente se expone un esquema con botellones en el cual se puede ver la posición de cada uno de los elementos.
1. 2. 3. 4.
Medidor de presión o manómetro Filtro Deposito de aire Deposito de aire de prioridad
5. Válvula de llenado del sistema 6. Válvula de aire de funcionamiento manual del dispositivo de arranque de la combustión 7. Interruptor de presión 8. Regulador de presión y válvula de desahogo 1100 psi 9. Flujo e combustible a 1500 psi reajuste a 1400 psi 10. Manivela de control del cerrojo de la cubierta corrediza (cabina) 11. Interruptor selector del armamento 12. Pedal del timón de dirección 13. Manivela de control de potencia hidráulica de emergencia 14. Manivela de control del paracaídas de retardo o freno 15. Manivela de control de extensión de emergencia del tren de aterrizaje 16. Regulador de presión y válvula de cierre, 300 psi 17. Luz de alarma 18. Hacia el freno de la rueda derecha 19. Motor de arranque de combustión 20. Regulador de presión y válvula de desahogo de 1500 psi 21. Sistema de armamento 22. Acumulador del montante de retardo 23. Válvula selectora del paracaídas de freno o retardo 24. Válvula selectora de la cubierta corrediza 25. Hacia la válvula selectora delantera del armamento 26. Hacia la válvula selectora posterior del armamento 27. Filtro de aire 28. Cilindro principal hidráulico del freno de la rueda 29. Válvula de freno de velocidad neumática de emergencia 30. Válvula de prioridad. Flujo total a 850 psi. Reajuste a 700 psi. 31. Válvula de relé de los frenos 32. Cilindro impulsor de la cubierta corrediza 33. Sistema de desplazamiento del armamento 34. Sistema de las portezuelas del compartimiento de armamentos 35. Sistema del servomotor del timón de dirección 36. Freno de la rueda izquierda 37. Turbina de aire bajo presión dinámica 38. Frenos de velocidad 39. Indicador de sobrepaso de barrera protectora 40. Paracaídas de retardo o freno 41. Portezuela de alojamiento de la rueda de proa 42. Tren de aterrizaje de la rueda de proa 43. Portezuela del tren de aterrizaje principal (2) 44. Tren de aterrizaje principal (2) A. Válvula de retención limitadora (La flecha grande muestra la dirección del flujo libre, la flecha pequeña muestra la dirección del flujo limitado) B. Válvula de retención (La flecha muestra la dirección del flujo libre) C. Válvula de prioridad (Libre flujo en ambas direcciones mayor que las presiones indicadas. Actúa como válvula de retención a presiones menores que la indicada) D. Válvula de lanzadera
B – Los sistemas neumáticos en las aeronaves Algunas aeronaves están equipadas con sistemas neumáticos para lograr distintas funciones, entre ellas algunos fines similares a los previstos con los sistemas hidráulicos. Así un sistema neumático puede operar: • • • • • • • • • • • • • •
Frenos y dirección Abrir y cerrar compuertas Operar ciertos elementos en situación de emergencia Mover bombas de agua y alternadores Puesta en marcha de los motores Presurización de la aeronave Sistema de aire acondicionado del avión Sistema anti hielo Sistema anti incendio Mandos de vuelo (sistema de potencia) Sistema de presurización de depósitos de agua potable Sistema de desecho de desperdicios Sistema de dispersión de lluvia en los parabrisas Sistema para obtener velocidad y altitud por medio de sondas de presión
Además se utiliza dentro del sistema hidráulico para: •
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Accionar bombas (caso del B-747. Las bombas hidráulicas movidas por aire como sistema auxiliar para proporcionar potencia hidráulica) Presurizar acumuladores
Básicamente el sistema neumático funciona con los mismos principios de trabajo que el sistema hidráulico, nada más que utiliza un fluido compresible (aire) en vez de utilizar un líquido hidráulico (“incompresible”). Esta característica le da ciertas ventajas y desventajas respecto a los sistemas hidráulicos.
Ventajas e inconvenientes específicos Análisis comparativo entre S. N. y S. H. 1- Ventajas especificas: • •
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Muy limpio de operación Incombustible (Aunque los fluidos hidráulicos desarrollados son no inflamables, los base petróleo son elegidos por sus características anticorrosivos, buena lubricidad y bajo costo)(Vapor generado por una perdida hidráulica a presión puede provocar una nube explosiva) Máxima adaptabilidad
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Componentes relativamente baratos La transmisión neumática conviene para un avión liviano ya que es simple y no tiene tubos de retorno (menor peso, complejidad y costo) y es menos pesado (cañerías menos pesadas, fluido (aire) menos pesado que el fluido hidráulico) Facilidad de mantenimiento (En hidráulicos el fluido debe ser drenado)
2- Inconvenientes específicos: •
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No aplicables a grandes cargas por peso y tamaño (El compresor tomaría dimensiones muy grandes) Peor fiabilidad y rigidez de operación que los sistemas hidráulicos (compresibilidad del gas) Transmisión mas lenta de la señal Calentamiento (compresibilidad) La lubricación de los componentes debe ser cuidadosamente considerada y controlada Mayor trabajo es requerido para bombear un fluido compresible hasta una dada presión que para un fluido “no compresible” (fluido hidráulico) Peligro de explosión si algún recipiente acumulador o tanque es pinchado
3- Comparación entre sistemas neumáticos y sistemas hidráulicos: •
Limitaciones en el diseño del compresor: Sistema Presión Neumático 15 atm Hidráulico 650 atm
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Los sistemas neumáticos manejan menores fuerzas y menores potencias Dado que los líquidos tiene mayor inercia que los gases tenemos que los sistemas hidráulicos tienen problemas acelerando y desacelerando actuadotes mientras que los sistemas neumáticos requieren menor fuerza para cambiar la velocidad del cilindro. Un sistema hidráulico es más ruidoso que un sistema neumático (es S. H. funciona en forma permanente, el S. N. no (tiene tiempos de parada)) En el sistema neumático las fugas son menos detectables (desventaja) Costo de operación: μaceite >> μaire entonces en un sistema hidráulico tendremos mayores perdidas de presión y potencia por efectos viscosos, pero un sistema neumático tiene gran disipación de calor por compresibilidad. En general un sistema hidráulico es más eficiente. Si en el S. H. las perdidas son muy pocas la eficacia es casi del 100%. Los sistemas neumáticos son más difíciles de controlar. Los sistemas neumáticos pueden trabajar a temperaturas más altas debido a la incombustibilidad del aire. Las relaciones de compresión que se obtienen de una turbina de gas son del orden de los 30 – 35 bares. Estas presiones están lejos de los 200 bares necesarios para su utilización como sistema de potencia sin incurrir en penalización de peso significativas. Los sistemas neumáticos como fuente de
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potencia, están en general en retroceso, salvo para aplicaciones muy especificas. La compresibilidad del aire hace que los sistemas neumáticos sean relativamente poco utilizados para sistemas primarios en los aviones. Menor relación Potencia / Peso que los sistemas hidráulicos para trabajar con altas potencias En los sistemas neumáticos los efectos de la temperatura en la viscosidad del aire son mucho menores que los efectos de la temperatura en la viscosidad del fluido en los sistemas hidráulicos. En los sistemas neumáticos la compresibilidad del fluido agrega “resortes equivalentes” en los distintos tramos lo que genera demoras y constantes de tiempo en el sistema. Esta es una limitación que tienen los sistemas neumáticos para la alta velocidad de respuesta (hay casos comparativos que dan una respuesta de los sistemas neumáticos hasta 45 veces mas rápido que los sistemas hidráulicos).
C – Fuentes de aire a presión Los sistemas neumáticos varían de unos a otros básicamente en el procedimiento diseñado para lograr aire a presión en el sistema. Así las fuentes disponibles son: • • • • •
Aire a presión del motor Aire de compresores accionados por el motor Fuentes auxiliares de tierra Fuente auxiliar de potencia (APU) Bombas de aire Aire a presión del motor:
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Caso de motores alternativos: El aire se extrae del turbocompresor del motor. Caso de turbinas de gas: Se sangra el compresor (“sangrado”). No se extrae de la turbina ya que el aire esta más caliente y contaminado por los productos de combustión.
Utilización: • • • •
Acondicionamiento de la cabina Sistema anti hielo Presurización de acumuladores y sistema de agua potable Fuente de aire caliente para dispersión de lluvia
Los sistemas que utilizan el sangrado de aire del compresor se denominan sistemas neumáticos de presión media. A continuación se muestra la distribución de presión y temperaturas en el sistema de compresión de una turbina. Los que la convierte además de su principal objetivo en una fuente de potencia de aire a presión para sangrado.
Así una presión de 300 Kpa es suficiente para realizar todas las tareas (utilizaciones) descriptas anteriormente (a excepción de uso como sistema de potencia) con lo que satisface este requerimiento. Por otro lado también conviene adecuar el suministro de aire a la demanda, por lo que se sangra tanto desde el compresor de baja (LPC) como del de alta (HPC). A continuación se expone un esquema simplificado del sistema neumático por sangrado.
Explicación de la figura: -
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El sistema de sangrado del LPC siempre esta conectado al sistema neumático a través de una válvula antiretorno. El HPC se conecta al sistema neumático a través de una válvula que se abre cuando se detecta baja presión en el circuito. Ambas salidas están unidas a un colector común donde se regula la presión de descarga al sistema neumático mediante una válvula. Esta válvula puede también ser accionada y cerrar el sangrado del motor. El aire del fan va al pre enfriador para enfriar el aire comprimido caliente. Ingresa aire al arrancador. Salida: es servicios de aire. Ingreso de aire al sistema por APU o suministro de tierra (tienen válvulas de retención)
Aire de compresores accionados por el motor: -
Los compresores movidos por derivaciones mecánicas del motor principal (ya sean turbinas de gas o motores alternativos) son los que generan el aire a presión. - Estos también pueden llevar botellones que se utilizan a requerimiento. Estos botellones poseen una válvula de carga y una válvula de control que puede ser on – off y / o reguladora. Utilización: -
Usado en turbohélices y reactores regionales europeos (las compañías americanas prefieren sistemas hidráulicos o eléctricos). Freno de la hélice. Dirección rueda de nariz. Tren (operación normal). Puerta de pasajeros.
Estos sistemas que utilizan compresores accionados por motor se denominan Sistemas de alta presión o sistemas de potencia. El uso del sistema neumático requiere para el movimiento de las superficies de mando presiones muy altas (≈ 250 bares). Esto implica el uso de grupos de compresión enteramente dedicados para alimentar el sistema. Estos grupos son compresores de 2 o 4 etapas de compresión en serie. Como el caudal que pueden producir estos compresores es limitado, se los utiliza para el llenado de botellones (acumuladores) desde donde se produce el servicio de aire.
A continuación se expone el esquema de un sistema neumático de potencia.
Fuentes auxiliares de tierra: •
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Normalmente este procedimiento se utiliza para la refrigeración de aviones en tierra propulsados por turbinas de gas. También se utiliza para la fase de arranque de los motores. Fuente auxiliar de potencia (APU):
Es una pequeña turbina (auxiliar) montada en la parte trasera de la aeronave que es muy utilizada como fuente eléctrica y neumática para servir a los sistemas del avión en tierra y en vuelo. La APU: La APU puede arrancar hasta altitudes de 40000 pies aproximadamente y la potencia neumática esta disponible hasta los 17000 pies. Esta compuesta por: -
Un compresor centrífugo (suministra aire a la cámara de combustión) Turbina axial de 2 etapas Compresor de carga centrifuga (suministra aire al sistema correspondiente del avión)
neumático
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Caja accesoria de engranaje (mueve el generador y otros componentes) Cámara de combustión
El eje mueve el compresor de carga y la caja de engranajes de accesorios.
Utilización: -
Aire para sistemas de calefacción y A. A. Aire para arranque de motores principales: Las turbinas de gas arrancan mediante ayuda externa a través de: - APU - Uso de equipos de tierra. - Motores que han sido arrancados (no se usa en tierra ya que hay que acelerarlos y es muy peligroso en aparcamiento).
Normalmente se conduce desde la APU aire a presión hasta una turbina de arranque (se usan estos dado que tiene una alta relación: Potencia / Peso. Gasto másico: 1 kg/seg) que gira solidaria al eje del motor. Existen también arrancadores eléctricos (C. C.) que luego pasan a ser utilizados como generadores.
Descripción de las figuras: Cuando el motor se acelera hasta un 15 a 20 % de las rpm de crucero se produce la ignición. El arrancador se desembraga automáticamente debido a la fuerza centrifuga y el motor se estabiliza en ralenti. Durante este momento el sistema de sangrado permanece cerrado para favorecer el arranque. Bombas de aire: El aire se logra con una bomba de baja presión, por ejemplo por una bomba de paletas como se ve en la figura y como se describe a continuación. Valores de presión: de 1 a 10 psi.
Utilización: Alimentación de algunos instrumentos por ejemplo giróscopos, por lo general utilizado en aviones con motor alternativo. Estos sistemas que utilizan bombas de baja presión se denominan sistemas neumáticos de baja presión.
D - De s c r i p c i ó n d e o t r o s s i s t e m a s n e u m á t i c o s D – 1) Sistema antihielo: El congelamiento de algunas partes de la aeronave se debe al choque de gotas de agua súper frías contra los puntos de remanso de las superficies del fuselaje o motor como por ejemplo: • • • • • •
Bordes de ataque del ala y estabilizadores Tomas de aire del avión Hélices (disminuye su rendimiento) Alabes guía del motor (disminuye su empuje) Parabrisas Tubos pitot (pueden obstruirse) y antenas apantalladas)
(pueden
quedar
También se puede formar hielo cuando esta ligeramente por encima del punto de congelación. Las gotas de agua resbalan por las superficies, congelándose y formándose hielo durante ese tiempo de deslizamiento. Otro caso de congelamiento por ejemplo se puede tener en el cuello de entrada de algunos carburadores, aun en condiciones sin humedad visible y temperatura superior al punto de congelación del agua, debido a la aceleración del aire en esa zona, produciendo la parada del motor. Zona del avión Borde de ataque del ala Borde de ataque de los estabilizadores de cola Cristales y morro del avión Entradas de aire al motor y a los conductos de presurización Avisadores de pérdida Tomas de aire (presión dinámica y estática) Mandos de vuelo Bordes de ataque de las hélices Carburador Drenaje de agua de los lavabos
Tipo de protección Neumática Térmica Neumática Térmica Eléctrica Alcohol Eléctrica Neumática Eléctrica Eléctrica Neumática Térmica Eléctrica Alcohol Térmicas Alcohol Eléctrica
No todos los sistemas anti hielo son neumáticos. Por ejemplo: -
Resistencias eléctricas: usados en parabrisas, tubos pitot y antenas, sondas de presión estáticas. - Zapata mecánicas actuadas neumáticamente (en aviones pequeños) que ayudan a desprender el hielo en los borde de ataque. - Aditivos depresores del punto de congelación. D – 1.1) Sistema anti hielo del ala: Capas de hielo de 0.15 a 0.7 mm pueden causar perdidas de sustentación del 20 al 40% en algunas situaciones. Por esto el uso de sistemas neumáticos es imperativo en aviones comerciales. En aviones a reacción que superan los 300 nudos se utilizan sistemas anti hielo eléctricos o térmicos. Este sistema térmico se concentra en la eliminación de hielo de los bordes de ataque de las superficies aerodinámicas (alas, timones y alerones, etc.) por medio de la utilización de aire caliente procedentes del compresor del motor que hace que el ala se mantenga seca o en condiciones poco favorables para que se forme hielo.
El mecanismo se ilustra en la figura siguiente:
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El aire procede de la línea neumática a una presión entre 1.3 y 1.7 bar. Se distribuye a lo largo del ala y se pone en contacto con el revestimiento de esta calentándola y a veces para disminuir el caudal de sangrado, no cubre toda la envergadura de esta. El aire sale por un orificio en la parte inferior del ala. En caso de falla de un motor se contempla la posibilidad de alimentación cruzada para evitar el congelamiento del plano que queda sin suministro de aire. El calentamiento de flaps y slats del borde de ataque requiere del uso de tubos neumáticos telescópicos. Con el objeto de prevenir sobrecalentamiento del ala debido a sobrepresión y/o sobre temperatura se colocan detectores de temperatura sobre el ala.
Este mecanismo puede usarse como: Anti hielo: El aire caliente se mantiene permanentemente en el conducto a calentar cuando el sistema trabaja. Deshielo: El aire se dirige a mucha mayor T de forma cíclica a las zonas que se quieren proteger.
Otra forma de protección contra el hielo (más antiguo, pero muy eficaz) es el empleado en aviones cuyas velocidades no son excesivas (hasta 300 nudos).
La forma de trabajo es desprender el hielo una vez que este se ha formado. Este método consiste en inflar alternativamente unas gomas que se colocan en el borde de ataque de las alas a través de conducto de aire dentro de ellas usando aire a presión. Posteriormente estos conductos se desinflan. La secuencia es la siguiente:
Estos conductos de inflado pueden trabajar con aire proveniente de una bomba de presión o con aire obtenido del compresor del motor en el caso de los turbohélices. Los sistemas trabajan simétricamente por secciones en las alas para que afecte lo menos posible la sustentación producida. Los componentes de este tipo de sistemas son: -
Gomas de deshielo. Fuentes de aire a presión. Válvulas de alivio de presión. Regulador de presión. Dispositivo de secuencia de inflado. Válvula de distribución y control. Indicadores en la cabina
A continuación se exponen 2 fotografías de un Fokker 27 donde se muestra el sistema aplicado en otras zonas (hélices y estabilizador horizontal y vertical).
D – 1.2) Sistema antihielo del motor: La protección anti hielo comprende: -
Bordes de ataque de la góndolas. Alabes guía de entrada (si existen, dado que no existen ya en los turbofans civiles modernos).
En este caso como mencionamos anteriormente también se hace circular aire por el borde de ataque y parte interior de la góndola y por el interior de los alabes guía que son huecos. El accionamiento del sistema anti hielo supone un aumento substancial del aire de sangrado del motor por lo que debe tenerse en cuenta un aumento del empuje del motor. Esta operación se realiza con corriente en las bujías de encendido del motor por una eventual ingestión de agua proveniente del deshielo.
En la figura siguiente se puede observar el sangrado un motor JT9D de un B-747. El aire se sangra de una zona muy caliente y se dirige hacia el conducto de entrada.
En la figura siguiente se indica el sistema de aire caliente de protección contra el hielo en el motor del B-747.
Las válvulas de sangrado están a la salida de las etapas 8 y 13 del motor JT9D y suministran aire a distintas presiones y temperaturas para las distintas zonas de protección del hielo. En ralenti por ejemplo se toma de la etapa 13 (aire a más presión y
más caliente). Los conductos y tuberías están aislados y el aire circulante llega a los 350 ºF. Las tuberías son de titanio, aluminio o fibra de vidrio. El borde de ataque esta a 185 ºF aproximadamente y tiene sensores para evitar el sobrecalentamiento o el bajo calentamiento (temperatura insuficiente). Normalmente el anti hielo se aplica a los motores y el deshielo a los bordes de ataque. Protección del carburador: (solo aplicable a motores a explosión) La protección se realiza para evitar la formación de hielo y se utilizan medios térmicos o químicos. En el primero se dirige aire caliente al cuello del carburador de modo que el aire de entrada no sea tan frío que pueda formar hielo en la mariposa o las paredes del cuello. Hay que tener en cuenta que de este modo el motor perderá potencia lo que se traducirá en una disminución de las revoluciones del motor. El aire caliente deberá utilizarse siempre que se detecte humedad en el ambiente o cuando la temperatura exterior este por debajo de los 5 ºC. La protección por medios químicos consiste en inyectar alcohol en el cuello del carburador. Esto hace bajar el punto de congelación y deshacer el hielo en caso que se haya formado. D – 1.3) Sistema de detección de hielo: El sistema anti hielo se activa manual o automáticamente cuando se detecta presencia de hielo a través de un sensor diseñado para tal efecto. El sensor es de 5 mm de diámetro y 25 mm de largo montado en un sector lateral del fuselaje y libre de perturbación. La forma cilíndrica garantiza la formación de hielo más rápida que en otros sectores de la aeronave. D – 2) Sistema de protección usando los gases de escape: En algunos motores a explosión se utiliza el calor generado en los gases de escape del motor para calentar aire y mandarlo a los bordes de ataque de las alas y empenaje de cola. En la figura siguiente se puede observar que el aire caliente se obtiene en el conducto que rodea al tubo o colector de escape en el que además hay instalada una válvula restrictota con el fin de obtener el aire más o menos caliente.
El sistema se complementa con indicadores de temperatura y palancas de alimentación cruzada que permiten calentar un ala con el aire caliente procedente de otros motores en el caso que el motor correspondiente hubiera quedado inoperativo.
D – 3) Sistema relacionado con la instrumentación neumática: Los instrumentos de vuelo, especialmente aquellos que funcionan midiendo la presión estática y dinámica del aire pueden quedar afectados por la acumulación de hielo, o anularse y dar información errónea para el vuelo. -
Sondas de presión dinámica: Pitot. Sondas de presión estática: Agujeros en la pared del fuselaje.
Aplicación de protección contra hielo: En la siguiente figura se pueden ver los sistemas anti hielo y de protector de lluvia típico de un Boeing del tipo BBJ 737 (Boeing Bussnes jet)
Breve descripción de los sistemas: -
Sistema anti hielo del ala: Remueve el hielo en los bordes de ataque a través de aire caliente proveniente del sangrado del motor.
La WTAI valve (wing termal anti – ice valve) controla el flujo de aire a los bordes de ataque. El aire caliente desde la válvula WTAI fluye a través del tubo de suministro del
borde de ataque hacia tres tubos telescópicos. Estos tubos telescópicos envían el aire a los spray tube (tubos perforados) ubicados en las cavidades de los slats. También existe una válvula de corte por sobre temperatura. -
Sistema anti hielo del motor: Este sistema previene el hielo en la entrada del motor durante el vuelo y en tierra.
El sistema utiliza aire del múltiple de distribución del aire sangrado del motor. El aire fluye a la WTAI valve que lo controla y luego se dirige a la cavidad del borde de ataque calentándola y sale por unos agujeros que están debajo. -
Calentamiento de la ventanilla (parabrisa y ventanillas laterales deslizantes de cabina): Estos son multicapa y una de las capas internas es conductora eléctrica. Ventanillas de pasajeros son de construcción con capa de aire. D – 4) Sistemas STOL / VTOL:
En las aeronaves de despegue vertical se utiliza el sistema neumático para el control del avión a baja velocidad cuando las superficies aerodinámicas no trabajan. El sistema usual es conducir aire de sangrado al motor a unas toberas colocadas en el extremo de las alas para controlar el balanceo. En la figura siguiente se muestra el control de altitud de un Harrier que puede controlar los tres giros mediante aire a presión inyectado en las puntas de ala. El empuje es logrado por el motor a través de toberas vectoriales.
D – 5) Interacción con el sistema hidráulico: •
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El sistema neumático es utilizado en los aviones Boeing de fuselaje ancho como fuente de potencia de bombas hidráulicas auxiliares. La operación de estas bombas se limita a casos de emergencia o fases criticas de vuelo. El sistema neumático también trabaja en la presurización de los acumuladores de líquido hidráulico.
D – 6) Sistema dispersor de agua de los parabrisas: Cuando la lluvia es muy intensa los limpiaparabrisas de accionamiento eléctrico o hidráulico presentan dos problemas: -
Ante lluvia muy intensa no logran barrer el agua con suficiente velocidad. Las fuerzas aerodinámicas sobre el cristal, en algunos casos, impiden que el limpiaparabrisas no se pueda apoyar adecuadamente.
Ante esta situación es que en los aviones de gran porte equipados con turborreactores, se utilizan sistemas de soplado de aire a presión sobre el cristal evitando que se forme una barrera de agua sobre el mismo impidiendo la visión. Este aire a alta presión y temperatura se obtiene desde la etapa de alta presión del compresor del motor. Un ejemplo es el del BBjet – 737 formado por dos limpiaparabrisas accionados por motores eléctricos y por un revestimiento repelente de agua en las 2 ventanas delanteras, el cual, hace que las gotas de lluvia se redondeen y rueden por el parabrisa, haciendo que la visibilidad sea mejor en condiciones de lluvia copiosa.
