Un sistema de arranque neumático es una fuente de energía que se utiliza 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 el que enciende el combustible. Un arrancador eléctrico con potencia suficiente para hacer girar un motor diésel grande sería en sí mismo 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, la unidad distribuidora distribuye el aire de arranque de los receptores a cada válvula de arranque de aire respectiva de acuerdo con el orden de encendido de los cilindros del motor. Los componentes de seguridad incluyen trampas de llamas para evitar explosiones en las líneas de aire, un dispositivo de bloqueo del engranaje giratorio que garantiza que no se pueda iniciar el arranque por aire cuando el engranaje giratorio está activado, 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 remotas de arranque neumático. [1] Se requiere que un sistema de arranque directo como el que se usa en un diésel marino de baja velocidad tenga hasta 12 arranques en un motor sin inversión o 6 arranques en un motor reversible o con engranajes.
Al arrancar el motor, se admite aire comprimido en cualquier cilindro que tenga un pistón justo por encima del punto muerto superior , obligándolo a descender. [2] Cuando el motor comienza a girar, la válvula de arranque neumático del siguiente cilindro en línea se abre para continuar la rotación. Después de varias vueltas, se inyecta combustible en los cilindros, el motor arranca y se corta el aire.
Para complicar aún más las cosas, un motor grande generalmente se "vuelca" primero con la configuración de combustible cero y las llaves indicadoras abiertas, para demostrar que el motor está libre de acumulación de agua y que todo puede girar libremente. Después de un golpe exitoso hacia adelante y hacia atrás, las llaves indicadoras se cierran en todos los cilindros y luego se puede arrancar el motor con combustible. Se añade una complejidad significativa al motor mediante el uso de 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 en motores alternativos muy grandes y costosos.
Otro método para arrancar con aire un motor de combustión interna es utilizar aire comprimido o gas para impulsar un motor de fluido en lugar de un motor eléctrico. [3] Se pueden utilizar para arrancar motores de 5 a 320 litros 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 motores eléctricos debido a su menor peso y mayor confiabilidad. También pueden durar más que un arrancador eléctrico por un factor de tres y son más fáciles de reconstruir. Los motores que operan en actividades mineras subterráneas tienden a operar 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 asegurar una larga vida útil y un rendimiento máximo. [4] Los lubricadores brindan a las piezas móviles una barrera de fricción necesaria, reducen la corrosión del metal y mantienen las paletas selladas adecuadamente contra las paredes del cilindro. Incluso los llamados arrancadores neumáticos sin lubricante requieren lubricación para prolongar su vida útil sin problemas. Normalmente se emplean dos dispositivos lubricadores básicos. Uno es del 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 motor de arranque. Instalado directamente en la entrada de aire del motor de arranque, los lubricadores en línea son bombas neumáticas autocebantes que requieren una línea de lubricación de 1/4 ″ conectada desde una distancia de hasta 4 pies. Los lubricadores Air Starter funcionan mejor utilizando aceites no detergentes de tipo nebulizador, como combustible diésel o aceite Marvel Mystery. Si las emisiones son una preocupación, existen lubricantes ecológicos disponibles en el mercado.
No todos los arrancadores neumáticos requieren lubricación. Los arrancadores de aire tipo turbina no requieren lubricación del motor neumático, aunque algunos arrancadores de aire de turbina 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 arranque por impacto de aire (en el que el aire se dirige a las palas de la turbina del motor a través de boquillas en la carcasa de la turbina, utilizadas 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 está montado en una caja de cambios accesoria. [5] Uno de los primeros turborreactores con compresor axial tenía un ATS ubicado en el cono de la nariz del compresor (por ejemplo, variantes particulares del J79).
El arranque por impacto de aire no se utilizó en los aviones militares estadounidenses después del F-4B, A-5A [6] y F-5, ya que el requerimiento de energía neumática era varias veces mayor que cuando se usaba 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 alto par 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 múltiples carretes). El aire comprimido se envía a la turbina ATS desde la unidad de potencia auxiliar de la aeronave ( purga de aire del generador de gas o de un compresor de carga libre de turbina, por ejemplo, PW901 APU), desde un motor que ya está en funcionamiento (purga de aire) en un multimotor. aviones o, en el caso de los primeros aviones a reacción, desde un compresor de aire montado en un equipo de apoyo en tierra .
En comparación con los arrancadores eléctricos, los arrancadores neumáticos tienen una mayor relación potencia-peso, por lo que se utilizan en motores grandes, ya que un arrancador eléctrico sería demasiado grande y, con sus cables, demasiado pesado y caro. Sin embargo, para motores más pequeños, que no necesitan tanta potencia de arranque, es más adecuado un arranque eléctrico. Tiene una doble función como generador (se conoce como motor de arranque/generador) a velocidades por encima de las cuales el motor ya no requiere asistencia de arranque. [8]