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 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 1-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental MON 100 SON 130 TB-001-03R2R2 Página: 2-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 3-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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. 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 4-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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). 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 5-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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: 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 6-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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. 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 7-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 8-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 9-10 A V I A T I O N BOLETÍN TÉCNICO 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 [email protected] 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. 21/07/2011 EOLUS AVIATION Aviación Ultraliviana y Experimental TB-001-03R2R2 Página: 10-10