Calidad de los combustibles disponibles - AOPA

A V I A T I O N
BOLETÍN TÉCNICO
CALIDAD DE LOS COMBUSTIBLES DISPONIBLES,
GASOLINAS OXIGENADAS
TB-001-03 R2
ATENCION
REF: Revisión de la calidad de los combustibles usados especialmente en
motores ROTAX 912 ULS y 914 ULS
1. AERONAVES / USUARIOS AFECTADOS:
Toda aeronave equipada con motor ROTAX especialmente serie 912 ULS y
914 ULS (100 y 115 hp).
2. INFORMACIÓN CONCURRENTE:
Operator’s manual for all versions of ROTAX 912 p.n. 899370
Operator’s manual for all versions of ROTAX 914 p.n. 899641
Boletín Eolus SB-001-05 (Svc de 25Hrs) del 05.08.2005
3. RAZON:
Se han venido presentando desde hace ya varios años en el pais a raiz de la
introducción del ROTAX 914 y el nuevo 100 hp ROTAX 912 ULS una serie
de daños ocasionados generalmente por la baja calidad del combustible
disponible (Octanaje inferior al requerido) Lo cual crea un ambiente propicio
para la detonación. Tenemos información de por lo menos 7 casos que han
sido registrados en el país, dos de los cuales están documentados con
pruebas de laboratorio que dictaminan el daño por octanaje bajo de
combustible usado en cada caso.
4. ACCION:
Se debe prestar atención a la calidad del combustible usado, en caso de
dificultad para establecer el octanaje de la gasolina a usar, escoja siempre la
de mas alto octanaje disponible. Recuerde considerar las desventajas del
uso de combustibles con alto contenido de plomo, tenga en cuenta la
información de servicio ROTAX SB-912-033 parágrafos 1.1 al 1.6
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En caso de no disponer de gasolina Extra se puede mejorar el octanaje
de la gasolina corriente oxigenada para el motor Rotax 912 (80 hp),
mezclando en una proporción por volumen del 30% de AVGAS 100-130
con 70% de gasolina oxigenada corriente para asi obtener un índice de
octano de MON 84,6.
Para los motores 912ULS y 914UL se puede mejorar el octanaje de la
gasolina corriente oxigenada con una mezcla del 40% por volumen de
AVGAS 100/130 con 60% de gasolina corriente oxigenada para asi
obtener un indice de octano de MON 86,8.
5. INFORMACIÓN ADICIONAL:
La siguiente información adicional es traducida y adaptada directamente del
“ROTAX 914 SERVICE SCHOOL”, de los manuales de operador Rotax con
números de parte 899370 y 899641, de las fichas técnicas de combustibles
de ECOPETROL y ayuda a entender el criterio de los combustibles
requeridos.
COMBUSTIBLES REQUERIDOS MOTORES ROTAX 4 TIEMPOS
OCTANAJE MINIMO
OCTANAJE MINIMO
INDICE OCTANO MIN.
912 UL/A
912 ULS/S
914 UL/F
RON 90
MON 83
AKI* 87
RON 95
MON 85
AKI* 91
RON 95
MON 85
AKI* 91
* AKI: Anti Knock Index (Indice antidetonacion), (RON + MON) /2.
COMBUSTIBLES NACIONALES (ECOPETROL-COLOMBIA)
GASOLINA
CORRIENTE
GASOLINA
EXTRA
AVIACION
100/130
GRADO
REGULAR
EXTRA
100
INDICE OCTANO
MINIMO
NUMERO OCTANO
MOTOR
NUMERO OCTANO
SUPERCARGA
AKI 81
AKI 87
MON 76
MON 82.5
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MON 100
SON 130
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COMBUSTIBLES NACIONALES OXIGENADOS (ECOPETROL)
GASOLINA
CORRIENTE
GASOLINA
EXTRA
GRADO
Corriente
Extra
INDICE OCTANO
MINIMO
NUMERO OCTANO
MOTOR
PORCENTAJE DE
ETANOL x VOLUMEN
AKI 84
AKI 89
MON 78
MON 85
PORCENTAJE AGUA
x VOLUMEN MAXIMO
10
10
0.2
0.2
Mezclando AVGAS con Gasolina Automotriz
En caso de no disponer de combustible de la calidad adecuada para los
motores Rotax 912/914 Series las gasolinas AVGAS, Extra y Corriente
pueden ser mezcladas en cualquier proporción para mejorar la calidad de las
gasolinas automotrices.
METODO:
Para obtener un índice de octano aceptable multiplique el octanaje en MON
por el porcentaje de ese combustible en la mezcla.
EJEMPLO:
50% de AVGAS y 50% de gasolina Corriente
(100 x 0.5) + (78 x 0.5) = 89 MON
TENGA EN CUENTA:
AVGAS 100/130:
CORRIENTE OXIGENADA:
EXTRA OXIGENADA:
MON 100
MON 78
MON 85
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COMBUSTIBLES APROPIADOS:
Las gasolinas son generalmente catalogadas con base en su índice de
antidetonacion (Antinock index, AKI), una medida de la calidad del octanaje.
AKI es una medida de la capacidad de la gasolina para resistir la detonación
en el motor (ping).
El AKI de la gasolina es el promedio del “Research octane number (RON)” y
el “Motor octane number (MON)”, o (R+M)/2. Este es el número que exhiben
las bombas en sus surtidores indicando el octanaje del combustible en
muchos países como EE.UU., entre otros.
El mejor rendimiento y economía de la gasolina se obtienen cuando el AKI de
la misma (octanaje) es el adecuado para el motor en el cual sé esta
combustiendo.
El RON y el MON de las gasolinas son medidos por reconocidos métodos
con motores de prueba en el laboratorio.
Los resultados de estas pruebas generalmente pueden ser aplicados con un
rendimiento real muy aproximado.
En general, el RON afecta la detonación a baja y media velocidad (RPM) y el
preencendido del motor; Si el RON es demasiado bajo el piloto podrá
experimentar detonación a bajas velocidades y preencendido al apagar su
motor. El MON afecta la detonación a alta velocidad y acelerador
parcialmente accionado.
Si el MON es muy bajo, el piloto podrá experimentar detonación durante los
periodos de uso de potencia como al momento de despegar o ascender. El
rendimiento antidetonatorio del combustible, en el caso 914, es establecido
por ROTAX usando el RON.
Cuando la temperatura del airbox esta por debajo de 60º C (140º F), durante
todas las condiciones de vuelo, podrá usarse una gasolina normal sin plomo
mínimo de 89 octanos (RON 95).
Por encima de 60º C (140º F) de temperatura de airbox, deberá usarse una
gasolina premiun sin plomo calificada mínimo en 92 octanos (RON 98).
Si hay dificultad para establecer el nivel de octanaje de un combustible,
escoja siempre el de mas alto octanaje, siendo 100/130 AVGAS, una buena
opción. De todas maneras, considere las desventajas del uso de combustible
con alto contenido de plomo como el AVGAS, como son el aumento de
depósitos de plomo en el sistema de lubricación, en culatas y el alto desgaste
de los asientos de válvulas.
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Como dato importante cabe anotar que la “calidad” de nuestro combustible,
teniendo en cuenta la información de ECOPETROL, para la gasolina extra,
con un indice de octano de 87, cumple con el requerimiento para el ROTAX
912 (80 Hp).Ahora esta gasolina sumada a condiciones de operación con
altas temperaturas del aire aspirado y del combustible para motores 912ULS
y 914UL disminuye el margen de seguridad para la detonación.
6. CUMPLIMIENTO:
Antes del siguiente vuelo.
PARA AQUELLOS QUE DESEEN AMPLIAR SUS CONOCIMIENTOS:
ANEXO 1.
DETONACIÓN:
Es un fenómeno que puede aparecer en los motores de explosión interna,
caracterizado por golpes intermitentes como de tipo metálico(cascabeleo).
La detonación da origen a una combustión tan rápida que es imposible
transformar en trabajo útil la energía tan rápidamente generada, de tal
manera que los repetidos choques transmitidos a los pistones, bielas,
bulones, etc., Conducen al fallo de tales piezas por fatiga. La detonación es
muy difícil de detectar, sin embargo, si ocurre en un cilindro provisto de
termopar, podría detectarse por un rápido incremento de la temperatura. En
general, si afecta a todo el motor, se caracteriza por una fuerte trepidación.
Las principales variables que afectan al posible régimen detonante son:
a. Índice de octano: La detonación tiene un campo mas propicio cuanto
menor es el índice de octano de la gasolina.
b. Temperatura de admisión del aire: Cuanta más alta la temperatura del
aire en él manifold de admisión, mas disminuye el margen de
seguridad entre la combustión normal y la detonación.
c. Temperatura de culatas (CHT) : Este fenómeno es similar al anterior,
puesto que la mezcla absorberá mas calor de las culatas, y el efecto
es el mismo que el de una carga caliente (aire de admisión caliente).
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d. Riqueza de mezcla: La relación combustible/aire tiene un efecto
definido en la detonación, pudiendo decirse que el margen mínimo
entre la combustión normal y la detonación ocurre en la zona
comprendida entre la máxima economía y mezcla estequiometrica.
Esto es, la detonación es más probable operando con mezcla pobre.
Es de buena practica el aumentar la riqueza de mezcla.
e. Presión de admisión: Una excesiva presión de admisión (Turbo)
produce una presión en los cilindros aumentada disminuyendo el
margen de seguridad para el régimen detonante.
ANEXO 2.
PLENUM 912 ULS Y 914 UL.
Es normal encontrar en la gran mayoría de instalaciones en general sin
importar modelo y marca de aeronave en aire entrante calentado al pasar a
travez de radiadores y / o el motor caliente, y luego aspirado por el motor con
la consecuente perdida de potencia y aumento del riesgo de incurrir en
detonación.
Enrutar la entrada de aire para que llegue a un plenum el cual alimente
directamente los carburadores asegura que el aire mas frió posible sea
usado todo tiempo.
A continuación dos ejemplos prácticos para 912 serie y 914 serie:
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Figura 1. Detalle en sección lateral plenum 912 serie alimentad
o por NACA, similar a un Airbox ROTAX.
Figura 2. Detalle fotográfico plenum 914 serie en Urraco GS-501, alimentado por
NACA fabricada en el cowling inferior. Diseño y fabricación EOLUS AVIATION.
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ANEXO 3.
NOTA HISTORICA SOBRE EL INDICE DE OCTANO
La historia de la gasolina de aviación es, en gran parte, la historia por la
obtención del máximo poder antidetonante de las gasolinas. Como se sabe
por la experiencia cotidiana del sector automotor, el poder antidetonante de
una gasolina se mide por el índice de octano, (Numeral 5, información
adicional).
El índice de octano fue una creación de Graham Edgar, un investigador que
trabajaba en Ethyl Gasoline Corporation, y que propuso, en 1927, la
introducción de dos hidrocarburos “puros” para referenciar las propiedades
antidetonantes de las gasolinas.
Se había descubierto que las gasolinas ricas en heptano (un hidrocarburo
que pertenece al grupo químico de las parafinas y que tiene siete átomos de
carbono) eran muy detonantes, prácticamente detonaba en cualquier tipo o
condición de funcionamiento del motor y que las gasolinas ricas en isoctano
eran muy poco detonantes.
Ya que Edgar había observado que el heptano detonaba en cualquier
condición de funcionamiento del motor, le asignó el valor 0 en una escala de
100. También encontró que el combustible que mejores propiedades tenía
frente a la detonación, de los que había ensayado, fue el isoctano, de
manera que le asigno el valor de 100. En medio de esta escala, pensó Edgar,
se situarían las mezclas de combustible que se hicieran con uno y otros. Así
surgió el índice de Octano (en realidad, índice de isoctano, puesto que el
isoctano es el hidrocarburo que señala la escala superior de medida), escala
que se ha aceptado de forma universal.
Al mismo tiempo que establecía el índice de Octano, Edgar observó que las
gasolinas tendían a comportarse de forma distinta en diferentes motores,
esto es, que su comportamiento antidetonante en un motor no era igual al
que exhibía en otro diferente; Fue consciente, entonces, del fracaso que
supondría desarrollar un índice de Octano que no estuviera basado en un
motor de referencia. Seria imposible la comparación de las gasolinas.
El primer motor de referencia para normalizar el índice antidetonante de las
gasolinas se obtuvo, lógicamente, de la gama de productos entonces al uso.
Se trataba de un monocilindro refrigerado por glicol. Las pruebas mostraron
pronto que las características antidetonantes de la gasolina variaban también
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con la temperatura del liquido refrigerante, de forma que no solo variaban de
motor a motor sino, también, con la temperatura del glicol, o sea, con la
temperatura del refrigerante.
La situación fue tan confusa que originó la creación de un comité de
investigación (Cooperate Fuel Research) que se ha hecho famoso en el
tiempo por sus siglas CFR.
La tarea era construir un motor de referencia que fuera la base de ensayos
del índice de Octano, y que tuviera además un mecanismo para poder variar
la relación de compresión. Así se podría ensayar la gasolina con distintos
valores de compresión.
Arthur Pope, un ingeniero que trabajaba en Waukeska Motor, fue el
diseñador del motor. Se empezaron los ensayos en 1929 y a partir de 1932 el
motor CFR fue adoptado por la totalidad de las compañías fabricantes de
gasolina. Esto abrió el camino de Abaratamiento de las gasolinas por que se
pudieron ensayar combustibles secundarios, más baratos, mezclados con los
primarios de referencia.
Con el tiempo, el índice de Octano se quedo pequeño al fabricarse gasolinas,
muy refinadas, muy elaboradas, en las refinerías y plantas químicas, que
superaban el poder antidetonante del isoctano. Para ello se definió él numero
de potencia mecánica o numero de rendimiento, muy utilizado en la aviación
a partir de la segunda Guerra Mundial. Este número indica el porcentaje de
potencia máxima que se podía obtener de un motor con dicho combustible,
comparada con la potencia que se obtendría con isoctano (Índice de Octano
= 100).
El numero de potencia mecánica se expresa con dos índices separados por
una barra vertical (por ejemplo 100/130). El primer numero indica el Numero
de potencia que se puede obtener funcionando el motor con mezcla pobre, y
el segundo funcionando con mezcla rica. La capacidad antidetonante de una
gasolina es mayor con mezcla rica porque el combustible en exceso actúa
como refrigerante de la cámara de combustión y disminuye la temperatura
del gas en esta y con ello el peligro de detonación.
Hoy en día se usan dos motores con diferentes características, ambos
monocilindricos, para medir el Octanaje de la gasolina automotriz, y están
diseñados para dar él mas bajo número de octano usando la mezcla más
pobre posible. El RON (Research octane number) se determina con un
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motor, (Research Engine) Simulando un automóvil en condiciones de manejo
en ciudad: 600 RPM con temperatura de entrada de aire (Manifold) de 125º
F. (50º C).
El MON (Motor Octane Number) se determina con un motor (Motor Engine)
simulando un automóvil en condiciones de manejo en una autopista: 900
RPM con una entrada de aire a 300º F (150º c).
Ahora para aviación como ejemplo y para el número de potencia mecánica
100/130, 100 que es el menor valor esta calificado MON (Número Octano
Motor) el cual significa la capacidad antidetonante requerida por los motores
de los aviones una vez alcanzada la velocidad de crucero (Mezcla pobre) y
130 (Numero Octanos Supercarga) indica el octanaje con mezcla rica que
representa la capacidad antidetonante requerida para el despegue que es
cuando los motores desarrollan la máxima potencia, la cual se deriva de otro
motor que se diseñó específicamente para determinar el octanaje en
combustibles de aviación llamado “ Método de aviación supercargado”
(SUPERCHARGED AVIATION METHOD). Este motor tiene una relación de
compresión de 7 a 1 y opera a 1800 RPM con una temperatura de entrada de
aire de 225º F (110º C) Lo cual se aproxima a un motor radial bajo
condiciones de supercarga.
Francisco Jiménez De Mendoza
Gerente Tecnico
Ingenieria@eolusaviation.com
NOTA: Estos Boletines son emitidos por iniciativa propia de EOLUS AVIATION. Son
tomados en algunos casos de los boletines y manuales de ROTAX, Refleja criterios
adquiridos y basados en años de experiencia en el medio de la aviación ultraliviana y
experimental, y en los respectivos estándares reglamentarios en aviación.
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