Un sistema de arranque neumático es una fuente de energía utilizada para proporcionar la rotación inicial para arrancar grandes motores diésel y turbinas de gas .
En comparación con un motor de gasolina , un motor diésel tiene una relación de compresión muy alta , una característica de diseño esencial, ya que es el calor de la compresión lo que enciende el combustible. Un motor de arranque eléctrico con suficiente potencia para hacer girar un motor diésel grande sería tan grande que resultaría poco práctico, por lo que se necesita un sistema alternativo.
Un sistema de arranque neumático tiene tres componentes principales junto con varios componentes de seguridad, a saber, el inyector de arranque neumático, el distribuidor y los receptores de aire. Cuando se inicia el sistema, el aire de arranque de los receptores se distribuye por la unidad distribuidora a cada válvula de arranque neumática respectiva de acuerdo con el orden de encendido de los cilindros del motor. Los componentes de seguridad incluyen trampas de llama, para evitar explosiones en la línea de aire, un enclavamiento del mecanismo de giro que garantiza que el arranque neumático no se pueda iniciar cuando el mecanismo de giro está acoplado, válvulas de alivio y válvulas de aislamiento, así como válvulas de drenaje en ciertos puntos a lo largo del sistema. Los componentes de control incluyen las válvulas de control y las válvulas de arranque neumático remotas. [1] Un sistema de arranque directo como el que se usa en un diésel marino de baja velocidad debe tener hasta 12 arranques en un motor no reversible o 6 arranques en un motor reversible o con engranajes.
Al arrancar el motor, se introduce aire comprimido en el cilindro que tenga un pistón justo por encima del punto muerto superior , lo que lo obliga a bajar. [2] Cuando el motor empieza a girar, la válvula de arranque neumática del siguiente cilindro de la línea se abre para continuar la rotación. Después de varias rotaciones, se inyecta combustible en los cilindros, el motor empieza a funcionar y se corta el suministro de aire.
Para complicar aún más las cosas, un motor grande suele "volcarse" primero con la configuración de combustible cero y las válvulas indicadoras abiertas, para demostrar que el motor está libre de cualquier acumulación de agua y que todo puede girar libremente. Después de un soplado hacia adelante y un soplado hacia atrás con éxito, las válvulas indicadoras se cierran en todos los cilindros y luego se puede arrancar el motor con combustible. Se agrega una complejidad significativa al motor al usar un sistema de arranque neumático, ya que la culata debe tener una válvula adicional en cada cilindro para admitir el aire para el arranque, además de los sistemas de control necesarios. Esta complejidad y costo adicionales limitan el uso de arrancadores neumáticos a motores alternativos muy grandes y costosos.
Otro método para poner en marcha un motor de combustión interna con aire comprimido es utilizar aire comprimido o gas para accionar un motor de fluido en lugar de un motor eléctrico. [3] Se pueden utilizar para poner en marcha motores de entre 5 y 320 litros de capacidad y, si se necesita más potencia de arranque, se pueden utilizar dos o más motores. Los arrancadores de este tipo se utilizan en lugar de los motores eléctricos debido a su menor peso y mayor fiabilidad. También pueden durar tres veces más que un arrancador eléctrico y son más fáciles de reconstruir. Los motores que funcionan en actividades mineras subterráneas tienden a funcionar con este tipo de sistema de arranque para reducir el riesgo de que un sistema eléctrico encienda material inflamable.
Todos los arrancadores neumáticos de paletas deben tener un lubricador instalado para garantizar una larga vida útil y un rendimiento máximo. [4] Los lubricadores proporcionan a las piezas móviles una barrera de fricción necesaria, reducen la corrosión del metal y mantienen las paletas selladas correctamente contra las paredes del cilindro. Incluso los llamados arrancadores neumáticos sin lubricación requieren lubricación para prolongar la vida útil sin problemas. Normalmente se emplean dos dispositivos lubricadores básicos. Uno es un tipo en línea o de depósito que normalmente almacena hasta 2 cuartos de lubricante y se instala a lo largo de la línea de suministro de aire. El segundo estilo de lubricador es un pequeño dispositivo de un solo disparo que dispensa una cantidad medida de lubricante cada vez que se activa el arrancador. Instalados directamente en la entrada de aire del arrancador, los lubricadores en línea son bombas neumáticas autocebantes que requieren una línea de lubricación de 1/4″ conducida desde una distancia de hasta 4 pies. Los lubricadores de arranque neumáticos funcionan mejor con aceites no detergentes de tipo nebulizador, como combustible diésel o aceite Marvel Mystery. Si las emisiones son una preocupación, hay lubricantes de tipo ecológico disponibles en el mercado.
No todos los arrancadores neumáticos requieren lubricación. Los arrancadores neumáticos de turbina no requieren lubricación del motor neumático, aunque algunos de ellos utilizan una transmisión llena de aceite que puede requerir inspecciones y mantenimiento periódicos.
El aire comprimido se ha utilizado para arrancar motores de turbina de gas mediante el arranque por impacto de aire (en el que el aire se dirige a los álabes de la turbina del motor a través de toberas en la carcasa de la turbina, utilizado en los motores General Electric J79 de la Marina de los EE. UU .). Es mucho más eficiente utilizar un arrancador de turbina de aire (ATS), que normalmente se monta en una caja de cambios auxiliar. [5] Un turborreactor de compresor axial temprano tenía un ATS ubicado en el cono de la nariz del compresor (por ejemplo, variantes particulares del J79).
Después del F-4B, el A-5A [6] y el F-5, no se utilizó el arranque por impacto de aire en los aviones militares estadounidenses, ya que el requerimiento de energía neumática era varias veces mayor que cuando se utilizaba un arrancador de turbina de aire. El compresor de turbina de gas necesario para arrancar un J79 con arranque por impacto era suficiente para arrancar dos motores J79 simultáneamente en un B-58 cuando se utilizaban arrancadores de turbina de aire. [7]
Un ATS tiene su propia turbina y engranajes para cambiar su par bajo y alta velocidad a baja velocidad y par alto en la plataforma de montaje del motor. Otros engranajes en la caja de cambios del motor se conectan al eje del motor (carrete de alta presión en motores de carrete múltiple). El aire comprimido se envía a la turbina del ATS desde la unidad de potencia auxiliar de la aeronave ( aire purgado del generador de gas o desde un compresor de carga de turbina libre, por ejemplo, PW901 APU), desde un motor que ya está en funcionamiento (aire purgado) en una aeronave multimotor o, para los primeros aviones a reacción, desde un compresor de aire montado en el equipo de apoyo en tierra .
En comparación con los arrancadores eléctricos, los arrancadores neumáticos tienen una relación potencia-peso más alta , por lo que se utilizan en motores grandes, ya que un arrancador eléctrico sería demasiado grande y, con sus cables, demasiado pesado y costoso. Sin embargo, para motores más pequeños, que no necesitan tanta potencia de arranque, un arrancador eléctrico es más adecuado. Tiene una doble función como generador (se conoce como arrancador/generador) a velocidades por encima de las cuales el motor ya no requiere asistencia de arranque. [8]