Sistemas funcionales.

En el capítulo dedicado al motor, se detallaba como el motor de combustión interna transforma la energía química contenida en el combustible en energía mecánica, gracias a la explosión violenta de la mezcla de aire-combustible en los cilindros. Esta explosión, se produce gracias a una chispa que salta entre los electrodos de las bujías en el momento adecuado (ciclo de explosión). La función del sistema de encendido consiste en generar y distribuir la energía de alta tensión necesaria para hacer saltar esa chispa en cada bujía y cada cilindro en el orden de encendido correcto.

Los sistemas de encendido se clasifican en sistemas de magneto y sistemas de batería y bobina. El encendido por magneto suele ser utilizado en motores aeronáuticos mientras que el encendido por batería y bobina es clásico en motores de automóvil, aunque en estos últimos está siendo desplazado por el encendido electrónico.

Aunque el funcionamiento de ambos sistemas es similar en sus principios básicos, la magneto es autosuficiente y requiere solo de las bujías y los cables conductores mientras que el sistema de batería y bobina requiere además otros componentes.

En la mayoría de los motores de los aviones se utiliza el sistema de encendido por magnetos, debido a que:

• Este sistema es autónomo, es decir no depende de ninguna fuente externa de energía, tal como el sistema eléctrico (batería, generador...). Esta autonomía posibilita que aunque el sistema eléctrico del avión sufra alguna avería en vuelo o incluso cuando se desconecte, el motor funcione con normalidad pues las magnetos continúan proveyendo la energía necesaria para la ignición.
• Las magnetos generan una chispa más potente que la generada por el sistema de batería y bobina de los automóviles, mejorando la combustión de la mezcla y con ello la eficiencia del motor.
• El sistema comienza a funcionar con las primeras vueltas del cigüeñal y (salvo averías) continuará funcionando mientras este último gire.

El sistema de encendido de los motores aeronáuticos se compone principalmente de magnetos, distribuidor, bujías, y los cables de conexión entre estos elementos.

3.5.1   Magnetos.

Una magneto es un generador diseñado para generar pulsos de corriente con un voltaje suficiente para hacer saltar una chispa en las bujías, provocando así la ignición de los gases comprimidos en los cilindros de un motor de combustión interna.

El principio de funcionamiento de una magneto se basa en la inducción electromagnética, proceso mediante el cual campos magnéticos generan impulsos eléctricos. Básicamente, se debe a que el movimiento de un imán entre los polos de una bobina, o viceversa, produce una corriente transitoria de baja tensión debida a la variación del campo magnético, corriente que transformada en alta tensión se deriva a las bujías.

Este dispositivo se compone esencialmente de una carcasa en forma de U entre cuyos extremos gira un imán multipolar. En la carcasa se encuentra un arrollamiento primario de unas pocas vueltas de hilo de cobre grueso y un arrollamiento secundario cuyo devanado tiene varios miles de vueltas de hilo de cobre fino. Además el conjunto incluye un ruptor de circuito con una leva que lo abre y lo cierra, y un condensador.

Cuando el imán gira accionado por el movimiento del motor, se crea un campo electromagnético en el circuito primario induciendo una corriente que carga el condensador; mediante una leva, cuando la corriente inducida alcanza su máximo valor el ruptor interrumpe el circuito del primario y el campo magnético alrededor del primario colapsa. El condensador entonces descarga la corriente almacenada en el primario induciendo un campo magnético inverso. Este colapso y la reversión del campo magnético produce una corriente de alto voltaje (puede llegar a 20.000 voltios) en el secundario que mediante un distribuidor es dirigido por un cable a la bujía adecuada para la ignición de la mezcla. El proceso entero toma sólo fracciones de segundo.

El distribuidor es similar al de los automóviles; un elemento central con forma de pipa recibe la corriente que por su brazo sobresaliente la transmite al contacto al cual está acoplado el cable que va a la bujía.

Como es comprensible, el conjunto funciona de forma sincronizada con el giro del cigüeñal para hacer saltar la chispa en el cilindro correspondiente (el que está en la fase de combustión) y en el momento adecuado.

Las magnetos están situadas en la parte trasera del motor, una a cada lado recibiendo por ello el nombre de magneto izquierda o derecha.

En algunos casos es el imán el que gira entre los polos de la bobina, pero el principio de funcionamiento es el mismo; en el tipo conocido como magneto de inducido, una bobina de alambre gira entre los polos de un imán; en el tipo magneto de inductor es el imán el que gira y la bobina permanece estacionaria.

En principio las magnetos eran de baja tensión y la corriente de alto voltaje se generaba en una bobina aparte y cercana a los cilindros para evitar fugas por los cables; hoy en día y gracias a los materiales actuales las magnetos son de alta tensión y la bobina está inserta en la propia magneto.

Existen las magnetos duales en las cuales dos magnetos, cada una con todos sus elementos, ocupan la misma carcasa estando accionadas por un único engranaje al motor.

3.5.2   Encendido redundante.

En prácticamente todos los motores aeronáuticos se montan sistemas de encendido redundantes e independientes para evitar en lo posible paradas de motor por fallo en la ignición; cada conjunto tiene su propia magneto, distribuidor, cables y bujías, de manera que cada cilindro dispone de 2 bujías, cada una de las cuales es alimentada por un conjunto distinto. Esta redundancia incrementa la fiabilidad del sistema de encendido.

• Si falla un sistema de magnetos, el otro sigue suministrando la energía necesaria para hacer saltar la chispa en las bujías con lo que el motor sigue funcionando hasta que pueda realizar un aterrizaje seguro.
• Dos bujías en cada cilindro no solo dan mayor seguridad sino que además mejoran la combustión de la mezcla, permiten un mayor rendimiento y reducen el efecto de autodetonación.
• Si una bujía falla la otra puede seguir produciendo la ignición de la mezcla.

La numeración de los cilindros, al contrario de los que sucede con los automóviles, y el orden en que se produce el encendido no sigue una norma establecida sino que cada fabricante sigue su mejor criterio para conseguir un giro del motor suave y constante, evitando vibraciones y fatigas del metal innecesarias.

Por ejemplo, Lycoming, cuyos motores se montan en muchos de los aviones de entrenamiento, enumera los cilindros de sus motores desde la hélice hacia la cabina, números impares los del lado derecho visto desde la cabina y números pares los del lado izquierdo. Sin embargo Continental enumera los cilindros desde la cabina hacia la hélice aunque sigue la misma pauta de impares a la derecha y pares a la izquierda. El orden de encendido de los motores boxer de cuatro cilindros es normalmente 1-3-2-4.

3.5.3   Operación de encendido.

En el panel de instrumentos, hay un interruptor de encendido/starter accionado por llave, el cual tiene cinco posiciones:

• OFF (Apagado).
• R (Right = Derecha) en la cual solo una magneto suministra corriente a su juego de bujías.
• L (Left = Izquierda) lo mismo con la otra magneto y su juego de bujías.
• BOTH (Ambos), ambas magnetos suministran corriente, cada una a su juego de bujías, y
• START (Arranque) que acciona el starter que arranca el motor y que tiende a volver a Both una vez se suelta la llave.

Para generar electricidad las magnetos deben girar, así que para poner en marcha el motor el piloto acciona el arranque (llave en START), alimentado por la batería, con lo cual se hace girar al cigüeñal y este a su vez las magnetos.

Una vez comienzan a girar, las magnetos producen corriente y hacen saltar en las bujías la chispa que inflama la mezcla de aire y combustible en los cilindros. En el momento en que el motor comienza a girar por su propios medios (explosiones en los cilindros), el piloto suelta la llave, la cual vuelve automáticamente a su posición de BOTH quedando desactivado el sistema de arranque.

El motor sigue su ciclo de trabajo, con el sistema de encendido alimentado por la corriente generada en las magnetos gracias al giro del motor, así que la batería ya no juega ningún papel en el funcionamiento del motor. Esta autonomía de las magnetos posibilita que en vuelo el motor siga funcionando aún con el sistema eléctrico averiado o desconectado por avería.

Para asegurar que el sistema dual de encendido funciona correctamente, se debe comprobar este en la Antes de despegar previa al despegue. El procedimiento consiste en:

1 - Ajustar la potencia al régimen indicado por el fabricante (entre 1700 y 2000 r.p.m. dependiendo del avión); entonces se mueve la llave de encendido desde la posición BOTH hasta la posición L (Left) chequeando en el tacómetro que la caída de r.p.m. no excede de las indicadas por el fabricante (normalmente entre 75 y 100 r.p.m.).
2 - seguidamente se vuelve a la posición BOTH y se repite el mismo procedimiento llevando la llave esta vez a la posición R (Right) y comprobando en el tacómetro la caída de r.p.m. La diferencia en la caída de r.p.m. con la llave en L y con la llave en R tampoco debe superar las indicadas por el fabricante (unas 50 r.p.m.).
3 - Llevar la llave de nuevo a BOTH.

Antes de realizar este procedimiento conviene asegurarse de que la temperatura y la presión del aceite tengan valores normales (indicadores en verde).

Para apagar el motor de un automóvil, basta con girar la llave de encendido y extraerla, pero el peculiar sistema de encendido del motor de un avión hace esto algo diferente. En primer lugar, se mueve la palanca de la mezcla de combustible a la posición de mínima para interrumpir la alimentación al motor; una vez que el motor se para, es cuando se lleva la llave de encendido a la posición OFF. De esta manera se garantiza que no queda combustible en los cilindros lo cual podría hacer que el motor se pusiera en marcha si alguien mueve accidentalmente la hélice con la llave de encendido puesta, aun cuando el interruptor eléctrico principal (master) esté apagado. Considere siempre que la hélice está "viva".

3.5.4   Otros elementos.

Además de las magnetos, el sistema de encendido consta de las bujías y los cables que llevan la corriente desde las magnetos hasta la bujías. Las bujías de los motores de avión no son muy diferentes de la empleadas en los automóviles, y sus cuidados los mismos: mantenerlas limpias de carbonilla y desengrasadas, calibrar la separación entre sus electrodos, etc. En cuando a los cables, vigilar que no estén cortados o pelados, que están bien conectados, etc.