¶ Motores e Indicaciones (Engines & Indications)
El B737-800 está propulsado por dos motores turbofán CFM56-7B. Es un motor de doble eje, lo que significa que tiene dos secciones mecánicas que giran de forma independiente pero coaxial. En otras palabras, el fan y el compresor de alta presión están conectados a ejes diferentes y rotan libremente.
Un turbofan es un turbojet con un fan de mayor diámetro que mueve más aire del que pasa por la parte “turbojet”. El ratio entre aire que no pasa por el compresor (el aire de bypass) y el que sí se llama bypass ratio. A mayor bypass ratio, mejor eficiencia (menos combustible) y mayor empuje. ¿Por qué entonces no hay motores con un bypass gigante? La respuesta está en la fuerza centrífuga y en las ondas de choque (entre muchos otros factores). A mayor diámetro del fan, mayor es la fuerza centrífuga. Por otro lado, a mayor diámetro, mayor es la velocidad “lineal” de la punta del álabe, resultando en velocidades supersónicas y en ondas de choque que causan grandes pérdidas de eficiencia.
El motor GE9X (B777) es el motor con mayor bypass ratio creado (10:1). Ver imagen.
¶ Partes del motor
Los principales componentes del motor son:
- N1 (Eje de Baja Presión): Consiste en el gran ventilador frontal (Fan) que ves desde fuera del avión, un compresor de baja presión y las turbinas traseras de baja presión. Si queremos saber el empuje que está generando el motor en algún momento dado, miraremos principalmente el valor de N1 (velocidad de N1) ya que el fan es la parte que genera la mayor parte del empuje.
- N2 (Eje de Alta Presión): Consiste en el compresor de alta presión y su turbina correspondiente. Esta parte comprime el aire antes de la combustión y extrae parte de la energía en la turbina de alta presión para alimentar accesorios como los IDGs, las bombas hidráulicas o las bombas de combustible que están acopladas mecánicamente a este eje a través de la caja de cambio de accesorios.
- Starter: El starter es una turbina conectada mecánicamente al eje N2 a través de la caja de cambios del motor y un embrague que desconecta el starter una vez el motor se ha arrancado. La turbina gira con aire a presión (bleed air).
- Igniters: A diferencia de los motores de pistón de aeronaves, los turbojet no llevan magnetos. Llevan algo más similar a las bujías de un coche/moto. Sin embargo, contrario a estos, los igniters no sueltan una chispa contínuamente (una vez el motor se ha arrancado) ya que la combustión no va por ciclos si no que es contínua en la cámara de combustión. Cada motor lleva dos igniters por redundancia.
¶ Funcionamiento del compresor
Cada etapa del compresor está formada por dos tipos de álabes:
- Álabes rotativos (rotor): aceleran el aire aumentando su energía.
- Álabes fijos (stator): convierten parte de esa velocidad en presión y redirigen el flujo con el ángulo adecuado para la siguiente etapa.
Cada etapa aumenta ligeramente la presión, de forma que al final del compresor el aire ha multiplicado su presión varias decenas de veces. El problema es que el compresor no trabaja siempre al mismo régimen. Durante un arranque, al ralentí, a nivel del mar, o con una aceleración rápida el caudal de aire cambia mucho y las condiciones del motor también.
Los estatores están diseñados con mucho cuidado para que el aire que sale de ellos llegue a los rotores con el ángulo de ataque perfecto, pero este valor cambia dependiendo de la velocidad a la que giran los rotores y el flujo de aire que le entra al motor. Si todos los estatores fueran fijos, el aire llegaría con un ángulo incorrecto a los rotores, igual que un ala de avión entrando con demasiado ángulo de ataque. Para evitar que esto ocurra, los motores del B737 tienen VSV (Variable Stator Vanes). Estos álabes pueden girar unos grados modificando el ángulo con el que el aire entra en las siguientes etapas del compresor. Esto permite al motor funcionar de forma mucho más óptima en todas las condiciones.
¶ ¿Qué es un Compressor Stall?
Un compressor stall ocurre cuando una o varias etapas del compresor dejan de producir el aumento normal de presión porque el aire se separa de los álabes. Es exactamente el mismo fenómeno aerodinámico que una pérdida (stall) en un ala. Normalmente el stall afecta únicamente a unas pocas etapas y puede durar una fracción de segundo.
Se puede dar por aceleraciones demasiado rápidas, ingestión de agua o granizo, turbulencia intensa,
FOD (Foreign Object Damage), hielo entre muchas otras cosas... Cuando ocurre un compressor stall se escuchas explosiones, se sienten vibraciones, el EGT fluctúa considerablemente y se pierde empuje. Se pueden ver también llamas en la salida del motor.
¶ ¿Qué es un Compressor Surge?
Un surge es la forma más grave de compressor stall. En lugar de afectar únicamente a unas pocas etapas, todo el compresor pierde estabilidad. La presión generada deja de ser suficiente para empujar el aire hacia la cámara de combustión y el flujo de aire se mueve en sentido contrario (de la cámara de combustión al compresor). Durante un surge es típico sentir lo mismo que durante un stall pero con más intensidad y ver llamas también por la admisión. Un compressor stall se puede solucionar sólo o empeorar y convertirse en un compressor surge.
En caso de darse alguna de las condiciones anteriores, lo más importante es identificarlo y NO cortar la potencia de ese motor de forma repentina. Primero: Vuela (mantén el avión estable), después si no se corrige solo (suelen ser condiciones transitorias y se resuelven solas) retrasar la palanca de gases muy despacio hasta que se corrija.
¶ Indicadores de los Motores
Las indicaciones de los motores se muestran de forma digital en las pantallas centrales (Display Units - DU). Normalmente, las indicaciones primarias están en la pantalla superior y las secundarias en la inferior aunque se pueden compactar o apagar usando el botón ENG situados próximos a las pantallas. También se pueden mover a los displays de PFD y navegación si se requiere con los siguientes selectores.
¶ Indicadores primarios
- N1: Velocidad del eje conectado al fan en porcentaje (%)
- EGT: Temperatura de gases de escape después de la turbina en ºC
- FF: Flujo de combustible en toneladas/h
Ya que los motores están controlados por las EECs y que además son sistemas con mucha inercia, es común que el motor vaya con “retraso” con respecto a lo que solicita el piloto desde la palanca de gases. En los indicadores podemos ver el comando y la situación actual del motor con el arco blanco (el final es lo comandado y la aguja siempre apunta a la situación actual del motor).
Las líneas rojas son los límites máximos y las naranjas/ámbar son el máximo de operación continua. La flecha verde y el número verde que sale encima del indicador de N1 son el N1 reference bug y el N1 reference readout. Si se supera los límites, el indicador cambia al color correspondiente y una vez se apague el motor, la caja quedará del color rojo si se ha excedido en algún momento el límite para informar. Saltará un error de ENG FAIL en el indicador de EGT si el valor de N2 es inferior al 50% cuando el fuel cutoff valve/start lever está en la posición IDLE.
Usando el switch de Fuel Flow podemos cambiar lo que nos indica el DU respecto al combustible. En modo Rate, se muestra el flujo de combustible por segundo en toneladas/h. Si seleccionamos USED, veremos el combustible consumido desde el último reset en toneladas y volverá a Rate pasados 10 segundos. Si seleccionamos reset, se reseteará a cero el contador y empezará de nuevo a contar.
¶ Indicadores secundarios
- N2: Velocidad del eje N2 conectado al compresor y turbina de alta presión. Medido en porcentaje (%).
- FF: Igual que el FF de los indicadores primarios.
- OIL PRESS: Presión del aceite del motor en PSI
- OIL TEMP: Temperatura del aceite en ºC
- OIL QTY: Cantidad de aceite del motor en cuartas (quarts).
- VIB: Indica las vibraciones del motor en una escala de 0-10. A partir de 4 salta un aviso. Un motor nuevo suele tener vibraciones < 2.
Los indicadores secundarios tienen también un indicador vertical al lado de los dígitos con rangos de operación normal (blanco), warning (amarillo/ambar), y límite (rojo). Estos límites pueden variar dependiendo de las condiciones del motor. Por ejemplo, el límite de warning de presión del motor varía con N2.
La presión de aceite no está regulada y varía con N2 como acabamos de comentar. Por eso, si durante un despegue salta un aviso (amarillo) por baja presión de aceite, debemos cancelar el despegue ya que no es normal que la presión caiga con potencia de despegue y volver al estacionamiento. Si salta el error de presión baja (rojo), debemos parar el motor inmediatamente (si ocurre cuando estamos en el suelo). El aviso se verá reflejado también en la pantalla de indicadores primarios.
Si la temperatura de aceite está en ámbar, debemos empezar el cronómetro y cronometrar 45 minutos ya que es el máximo tiempo que podemos operar con esta condición antes de tener que apagar el motor obligatoriamente. Si supera el límite rojo, se debe apagar el motor aunque estemos en el aire.
En el indicador de N2, podrá saltar un aviso de X-BLD START si perdemos un motor en vuelo avisándonos que para realizar un rearranque de ese motor, debemos utilizar el crossbleed del motor contrario.
¶ Valores de Referencia
La referencia de N1 (el número verde y flecha verde en el indicador de N1) se pueden controlar desde el selector de N1 en el Engine Display Control Panel. El selector de N1 tiene dos partes. La exterior tiene 4 posiciones ( 2, 1, AUTO y BOTH). En modo AUTO, la FMC elige el N1 Bug. En la posición 1, 2 o BOTH, la posición del bug y del readout se controlan con el selector interior. Las posiciones 1,2 o BOTH se usa para elegir sobre que motor mostrar la referencia.
A la derecha del TAT sale un texto en verde (normalmente) que es el modo de empuje seleccionado por la FMC. Esto se usa para el auto throttle. En caso de fallo de la FMC, saldrá un modo A/T LIM, y tendrá un límite menor de autothrottle para la sección afectada.
¶ El Cerebro del Motor: EEC (Electronic Engine Control)
Cada motor está gestionado por una centralita doble redundante llamada EEC. El EEC es como la ECU de los coches, coge el input de la palanca de gases, las condiciones ambientales (presión, temperatura…) y las condiciones del motor para decidir si inyectar combustible, si activar los módulos de ignición, etc. Es importante tener en cuenta cómo el sistema interpreta la palanca de gases. En modo normal, poner la palanca al 100% no significa que el motor gire al 100% y poner la palanca al 0% no significa que el motor se pare. A qué valor de velocidad de rotación corresponde cada posición de la palanca lo elige la EEC y varía durante el vuelo. Poner la palanca al ralentí en vuelo puede hacer que el N1 sea un 30% pero en el suelo sea un 21%.
El EEC protege N1 y N2 para evitar que el motor gire demasiado rápido, pero no tiene protección ante EGTs muy elevados. Además, las EECs automáticamente encienden los igniters si detectan una caída repentina de N2 que podría suponer un Flameout.
Las EECs se pueden comandar desde el overhead aft panel. Están protegidas y deben estar en modo ON. Tienen dos/tres modos de funcionamiento:
- Modo Normal (Normal Mode): El EEC calcula un comando de N1 basándose en la posición de la palanca de gases y las condiciones ambientales. El EEC compara este valor (comandado) con el valor actual de N1 y ajusta el flujo de combustible para que los valores de N1 sean iguales.
- Modo Alternativo Blando (Soft Alternate Mode): Si el EEC pierde datos que necesita para calcular el comando de N1, se pasa a modo alternativo “blando” y se enciende la luz ALTN y se mantiene la luz ON. En este modo, el EEC guarda los últimos datos que tenía para calcular un N1 máximo. Cuando se entra en este modo, la potencia del motor no varía.
- Modo Alternativo Duro (Hard Alternate Mode): Entra en este modo si se dan las condiciones para SOFT ALTN y se baja la palanca de gases al ralentí, o se le da al botón EEC manualmente. En este modo, se deja de intentar estimar un N1 máximo óptimo y se fija únicamente en la palanca de gases. Cuando se entra en este modo, es probable que la potencia varíe ya que los límites ya no serán los mismos.
Si un EEC está en modo ALTN, se debe poner el otro en modo ALTN también para que operen igual.
Las EECs calculan también un valor de ralentí diferente para cada fase de vuelo. Por ejemplo, el ralentí en vuelo no es igual al ralentí en tierra o al ralentí en aproximación, el cual es más alto para que el motor acelere más rápido en caso de Go Around. En caso de un fallo de la EEC, saltará la luz de ENGINE CONTROL y deben ser reparadas por los técnicos de mantenimiento.
¶ Actuación
¶ Controles
¶ Igniter Selector (Overhead Panel)
Con este switch podemos elegir si usar el igniter derecho o izquierdo de los dos motores. Los motores únicamente necesitan uno para funcionar por lo que al principio del vuelo el piloto debe seleccionar el igniter contrario al que se usó en el vuelo previo para alternar y tener un desgaste más equilibrado.
¶ Engine Start Switches (Overhead Panel)
Tienen cuatro posiciones operativas:
- GRD (Ground): Se usa para arrancar el motor en tierra. Abre la válvula de arranque neumática (Starter) usando el Bleed Air para hacer girar el eje N2 y cierra automáticamente el bleed air valve de ese motor. Vuelve automáticamente a OFF cuando el motor alcance aproximadamente el 56% de N2. Cuando la válvula está abierta se ilumina un letrero en el display de los motores con las palabra START VALVE OPEN.
- OFF: Posición normal en vuelo. El motor utiliza un solo canal de ignición de forma automática si detecta un posible “flameout” (apagado), pero por lo general, no tienen que estar funcionando continuamente ya que la combustión se auto-sustenta en un motor turbojet/turbofan.
- CONT (Continuous): Aplica ignición continua a los motores. Se selecciona manualmente para fases críticas del vuelo como despegues, aterrizajes, lluvia intensa o turbulencia severa. Asegura que si el motor sufre un flameout en estas fases, se reencienda lo antes posible.
- FLT (Flight): Aplica ignición continua utilizando ambos igniters a la vez (da igual cuál haya seleccionado el piloto). Está diseñado para reencender el motor en pleno vuelo si se ha apagado el motor.
¶ 3. Engine Start Levers (Pedestal)
Situadas justo debajo de las palancas de gases. Tienen dos posiciones: CUTOFF (corta por completo el suministro de combustible y la chispa eléctrica) e IDLE (abre el paso de combustible y activa los igniters para el encendido durante la secuencia de arranque).
¶ Secuencia de Arranque
Veremos en más detalle el procedimiento en SOPs y Normal Procedures, pero aquí tenéis un resumen de lo que hacemos para arrancar el motor. El comandante anuncia la secuencia de arranque. Generalmente será el número 2 primero y después el 1, aunque esto puede variar si por ejemplo se va a arrancar usando una ASU.
La presión mínima para poder arrancar un motor es de 30 psi, sea con APU, ASU o crossbleed. Repasar clases de sistema neumático
¶ Arranque en tierra (normal)
- Seleccionar el igniter contrario al del vuelo anterior (si estaba en L, pasar a R, y viceversa).
- Tener presión neumática en el starter del motor que se va a arrancar (usando APU por ejemplo).
- Mueve el Engine Start Switch a GRD y monitorea los indicadores del motor.
- Se iluminará START VALVE OPEN y N2 empieza a subir.
- Una vez N2 se estabiliza a un valor >20% o supera el 25%, comprobar N1.
- Si N1 está girando, mueve la Engine Start Lever a la posición IDLE para introducir el combustible y comenzar la ignición.
- Sigue monitoreando los indicadores del motor. Debería subir el FF del motor.
- Vigila el EGT. Debe subir rápidamente antes de que pasen 10 segundos desde que se puso el Engine Start Lever en IDLE.
- Al llegar al 56% de N2, el switch del Overhead saltará físicamente a OFF con un "clac" audible.
- Se cerrará la Starter Valve y la luz asociada, y se abrirá la válvula de bleed que se había cerrado automáticamente (aunque sin indicación en cabina).
- Antes de que se estabilicen todos los valores, debe haber una lectura de presión de aceite (distinta de cero).
- Una vez se estabilicen todos los valores, se puede arrancar el motor contrario.
¶ Apagar los motores
- Es tan sencillo como tener una fuente de electricidad distinta a los motores activa (APU por ejemplo)
- Pasar la Engine Start Lever a OFF
¶ Situaciones anómalas en tierra
- Hot Start (Arranque Caliente): Si la mezcla de combustible y aire no es óptima, la combustión se puede descontrolar y el EGT dispararse (subir muy rápido o acercarse a la línea de límite). En estos casos, el EEC detecta el fallo y hace parpadear la caja de EGT. Si la EGT supera el límite, el EEC cortará combustible y chispa automáticamente además de poner el indicador de EGT en rojo. La caja de EGT se mantendrá en roja después de apagar el motor.
- Wet Start (Arranque Húmedo): Los parámetros N2 y FF suben normales, pero la EGT no sube pasados 10 segundos desde que se puso la palanca en IDLE (no hay ignición). La EEC cortará el combustible a los 15 segundos si no lo ha hecho ya el piloto
¶ Actuación ante situaciones anómalas
- Ante Hot Start, Wet Start o N1 no sube pasados 10 segundos de que suba EGT, pasar el Engine Start Lever a CUTOFF y mantener el motor girando en GRD durante 60 segundos para disipar el exceso de queroseno que puede causar una explosión al intentar un segundo arranque y enfriar el motor. Después pasar el modo a OFF
- Si cuando el motor está estabilizado al ralentí no hay presión de aceite, pasar el Engine Start Lever a OFF. Cuando N2 caiga del 20%, pasar ENGINE START switch a GRD durante 60 segundos para prevenir daños al starter. Después pasar el modo a OFF
- Si una vez estabilizado, el starter valve sigue abierta, se debe aislar ese motor completamente del resto del sistema neumático y pasar el Start Lever a CUTOFF.
¶ Arranques no-normales
- Arrancar usando la ASU. Como se ha comentado anteriormente, se debe encender primero el 1 y después el 2 porque el carrito de ASU se sitúa en el lado derecho. El carrito se debe quitar antes de arrancar el motor 2, el cuál se arrancará usando el bleed air del 1 siguiendo el procedimiento de cross-bleed.
- Cross bleed. Los switches de engine bleeds deben estar en ON y el de APU en OFF (para evitar dañarlo). La ISOLATION VALVE debe estar en AUTO. Con un motor encendido, acelerar el motor suavemente (asegurándose antes que no haya equipamiento cerca del motor en tierra) hasta alcanzar el mínimo de 30 psi requerido. En estas condiciones, continuar con la checklist normal para arrancar un motor y una vez arrancado, disminuir la potencia de los motores a IDLE.
- Rearranques en el aire. Dependiendo de la velocidad y altitud de la aeronave se debe arrancar el motor usando cross bleed del otro motor o utilizando el propio efecto molinillo que tienen los motores por el impacto del aire. Cuál se debe realizar lo determina la FMC y lo muestra en los indicadores del motor
- Windmill: No sale el indicador de X-BLD en N2. Se debe pasar el motor a FLT.
- Cross bleed: Con el indicador de X-BLD encima de N2, poner el motor en GRD (el sistema neumático debería estar ya configurado para que sea posible arrancar el motor sin ningún cambio más)
¶ Reversa
Los motores tienen una función de empuje de reversa para despegues abortados y aterrizajes normales. Para ello, se desliza la cubierta del motor hacia atrás y se bloquea el paso del aire de bypass. El aire acelerado por el fan escapa por el hueco que queda entre la parte fija y la parte móvil de la cubierta y unas aletas redirigen el flujo hacia delante.
Para poder utilizar el sistema de reversa, la palanca de gases debe estar al ralentí y la aeronave debe estar en el suelo. Esto se mide con el sensor aire/tierra o si un radioaltímetro mide menos de 10ft sobre el terreno. Para saber que estamos en modo reversa hay dos indicadores. Uno en el overhead aft panel al lado de los botones de EEC, y el segundo es un texto verde REV que aparece encima del indicador de N1. La reversa tiene un sistema de auto recogida que hace que se recoja si no se está usando.
La luz de REVERSER en el panel aft over head se ilumina también si hay algún error en el sistema. Si se ilumina el indicador de reversa en vuelo, se puede tratar de un error en el indicador o que se ha quedado “desbloqueada” la reversa. En ese caso es posible que la palanca de gases se quede bloqueada y requerirá apagar el motor correspondiente.