Todo sobre “La mezcla” aire/combustible

Posted by ToB on Mar 25, 2013 

En un post anterior vimos como funcionaban los motores alternativos, les recomiendo leerlo antes de seguir. Funcionamiento motor alternativo

En el post de hoy vamos a ver el concepto de mezcla aire/combustible, la cantidad necesaria de mezcla, cuándo hay que recortar la mezcla etc..

¿Qué es eso de “La mezcla”?

Los motores alternativos funcionan quemando una mezcla de X partes de aire por X partes de combustible.

Pues bien a esa relación es a lo que denominamos “La mezcla”

¿Cuántas partes de aire y/o combustible hacen falta?

Para que la combustión se produzca, es necesario que la relación de mezcla se encuentre entre unos valores de 8/1 a 18/1.

Esta relación se da siempre poniendo en primer lugar la cantidad de aire y después la de combustible (relación aire/combustible)

Atención, la relación es en masa, no en volumen.

Quiere decir que el mínimo que necesitamos tener es, 8 partes de aire (en masa) por cada parte de combustible y como máximo 18 partes de aire (masa) por 1 parte de combustible.

Lo que podemos observar aquí es que vamos a necesitar muchísimo aire para quemar 1 sola parte de combustible.

¿Qué pasa si mi relación de mezcla no está entre 8/1 y 18/1?

Si la relación de mezcla está fuera de estos valores, la combustión no se produce, ya que o bien, tenemos poco aire para quemar el combustible, o nos sobra.

¿Qué es la relación estequiométrica?

Se habla de relación estequiométrica cuando se produce la combustión completa.

Esta relación va a depender del tipo de combustible utilizado.

Para gasolina de aviación la relación estequiométrica es de 14,7/1 se suele redondear y hablar de 15/1

Quiere decir que necesitamos 14,7 partes de aire por cada parte de combustible.

Como dato les diremos que para quemar 1L de combustible necesitamos 10.000L de aire aproximadamente (recordar que es una relación en peso)

¿Qué es la “Mezcla rica” y la “Mezcla pobre”?

Hablaremos de mezcla rica o mezcla pobre, en referencia al combustible, es decir, rica por tener un exceso de combustible y sobrarnos, o pobre por tener una falta de combustible.

Mezcla rica: Contiene más gasolina de la necesaria.

Está entre el 15/1 y 8/1. Estamos quitando partes de aire con respecto a la estequiométrica, por lo que tenemos un exceso de combustible, o lo que es lo mismo, nos falta aire.

Mezcla pobre: Contiene menos gasolina que la estequiométrica.

Está entre 18/1 y 15/1. En este caso tenemos un exceso de aire.

¿Qué efectos tiene la mezcla rica y la mezcla pobre?

La relación de mezcla va a condicionar el funcionamiento del motor.

Mezcla pobre: En el caso de la mezcla pobre tenemos más oxígeno del necesario entrando en la cámara de combustión. Pérdida de potencia en el motor, ya que el aire no deja mucho sitio a la entrada de combustible. 

Aumento de temperatura del motor. 

En torno al 5% de exceso de aire, obtenemos el consumo mínimo de combustible. 

Una mezcla excesivamente pobre perjudica a la propagación de la llama y puede producir detonación. 

Mezcla rica: En este caso nos sobra combustible que no va a ser quemado.

El combustible que no es quemado ayuda a refrigerar el motor. Obtenemos una mayor potencia. 

Una mezcla ligeramente rica es beneficiosa para el motor. 

¿Qué relación de mezcla me da la mayor potencia?

Una mezcla ligeramente rica nos da la mayor potencia del motor.

En torno a un 15 o un 20% de exceso de combustible, lo que estaríamos hablando es de una relación de mezcla en torno a 12,5/1

¿Qué relación de mezcla me da el menor consumo?

Una mezcla ligeramente pobre nos da el menor consumo.

En torno a un 5% de exceso de aire.

En el siguiente gráfico podemos ver como obtenemos la mayor potencia con una mezcla ligeramente rica (12:1) y como la mayor temperatura de los gases de escape o EGT (Exhaust Gas Temperature) la obtenemos con la mezcla estequiométrica 15:1

¿Por qué se ajusta la mezcla cuando ascendemos?

Cuanto más alto volamos menos denso es el aire y por lo tanto menos masa de aire y oxígeno le entra al motor.

Si nosotros despegamos con la mezcla rica y vamos ascendiendo sin tocar nada, lo que pasará es que cuanto más alto estemos más rica aún estará nuestra mezcla, ya que hemos dicho que al ascender hay menos aire por lo que le estamos metiendo la misma cantidad de combustible pero metemos menos aire, quiere decir que se enriquece la mezcla más aún.

Esto no es bueno, ya que una mezcla excesivamente rica nos quita potencia, enfría en exceso el motor, engrasa las bujías… y además estamos tirando combustible y no está barato precisamente.

Por ese motivo se recorta la mezcla al ascender, para mantener una relación de mezcla adecuada en todo momento.

La mezcla habrá que empobrecerla poco a poco mientras ascendemos.

¿Cómo se enriquece la mezcla al descender?

Estamos volando en crucero, con nuestra mezcla ajustada ligeramente pobre y llegamos al TOD, llega la hora del descenso. Leemos la “Descent” checklist y vemos que pone Mixture……Rich.

En algunas listas pone enriquecer poco a poco.

Evidentemente no tenemos que poner de golpe la mezcla rica, ya que no es lo que necesita el motor, si no que la vamos a ir enriqueciendo poco a poco mientras vamos descendiendo.

Si vuelas un Cessna, una referencia puede ser enriquecer una vuelta (del mando de mezcla) por cada 1.000ft.

De esta manera el motor funcionará siempre con su mejor relación de mezcla, consumiremos menos y alargaremos la vida al motor.

¿Cómo se ajusta la mezcla?

Para el ajuste de mezcla nos vamos a ayudar del indicador de EGT, que nos da la temperatura de salida de los gases.

En ascenso hemos visto que recortaremos poco a poco la mezcla, pero una vez en crucero haremos el ajuste más “fino” de la siguiente manera.

Método 1: Una vez que estemos en crucero con la potencia ajustada y la temperatura del motor estabilizada, vamos empobreciendo la mezcla poco a poco y vemos como va ascendiendo la EGT, hasta alcanzar un pick máximo, para luego descender.

Recordemos que el pick máximo lo alcanza en la relación estequiométrica, en este punto enriqueceremos la mezcla hasta que la EGT disminuya unos 10ºC o 50F.

Método 2: Si nuestro avión no está equipado con un medidor de EGT, lo haremos utilizando el tacómetro del avión.

Vamos recortando mezcla poco a poco y vemos como suben las RPM, cuando lleguen al pico máximo, recortamos un poco más hasta que caigan 25 o 30 rpm.

Al final del post os dejamos un vídeo con este sistema.

Este es un procedimiento genérico estándar, pero el que tienes que seguir es el que indique el manual de vuestra aeronave, ya que cada aeronave y motor tiene sus particularidades.

Por ejemplo el POH de Cessna no recomienda llevar mezcla pobre si llevamos menos de un 75% de potencia en crucero.

Las aeronaves de hoy en día cuentan con sistemas asistidos que nos ayudan al ajuste de la mezcla, logrando un ajuste mucho más fino, como por ejemplo el sistema Garmin G-1000 que cuenta con un asistente para el ajuste de mezcla que es de gran ayuda.

¿Se puede recortar la mezcla en rodaje?

Se puede y se debe.

No se el motivo, pero muchas escuelas enseñan a los alumnos a rodar siempre con la mezcla rica, puede ser que sea por miedo a que se les olvide enriquecer antes de despegar, no lo se, pero para esos están las listas de chequeo.

En rodaje necesitamos una potencia mínima, si tenemos la mezcla rica estaremos desperdiciando combustible y lo que es peor, estaremos engrasando las bujías y luego en la prueba de magnetos puede que tengamos que hacer una limpieza o a la larga cambiarlas antes de tiempo.

Por ello es recomendable siempre ajustar la mezcla también en rodaje.

El procedimiento que recomienda Cessna es el siguiente: Una vez arrancado el motor, encendidas las radios, sistemas etc, ponemos el motor a 1.200 rpm, ahora vamos recortando la mezcla poco a poco hasta que suban 50 revoluciones, es decir hasta tener 1.250 rpm.

Recuerda, recortar la mezcla en rodaje es bueno para el motor, el medio ambiente y para el bolsillo.

Hace unos días leí un artículo en AOPA que hablaban de otro procedimiento que llamaban algo así como “recorte de mezcla extrema” y es precisamente para lo que indicábamos antes, recortar la mezcla pero evitar que se pueda olvidar enriquecerla antes de despegar.

La técnica en este caso era recortar mucho en rodaje, de esta manera al hacer la prueba de motor y meter gases, el motor ratearía y nos daríamos cuenta de que estaba empobrecida.

Personalmente prefiero el procedimiento de Cessna, pero como hemos dicho, consultad primero el POH de vuestra aeronave.

¿Hay que despegar siempre con la mezcla rica?

No. En muchas listas “Before takeoff” pone Mixture……Rich ya que lo normal es que no volemos en campos con gran elevación y en ese caso despegamos con mezcla rica.

En otras listas colocas Mixture…..Best power. Es decir, si estamos despegando de un campo que está a 8.000ft y ponemos la mezcla rica, vamos a perder mucha potencia o incluso podemos tener problemas con el motor ya que le estamos introduciendo demasiado combustible para el poco oxígeno que entra.

O si tenemos una temperatura muy elevada, es decir lo que nos va a afectar es la altitud de densidad que tengamos.

Como decimos, no es muy común volar en campos con tanta elevación, pero hay que tenerlo presente por si algún día se nos presenta la ocasión.

¿Siempre se recorta a partir de 5.000ft?

No. Como hemos dicho incluso puede que tengamos que ajustar la mezcla para el despegue.

Se suele decir que a partir de 5.000 ft se recorta la mezcla, porque es una altitud a partir de la cual el motor ya tendría una mezcla bastante rica, lo que nos perjudicaría tanto en la potencia entregada como en su correcto funcionamiento, pero la mezcla la podemos ir empobreciendo poco desde que empezamos a ascender y una vez en crucero haremos el ajuste más fino.

¿Cómo se presenta el mando de mezcla?

Dependiendo del fabricante tendremos un sistema de mandos de motor u otro, pero la función es la misma.

El mando de mezcla suele ser de color rojo y estar a la derecha del todo.

Si el avión es bimotor tendremos un mando de mezcla para cada motor.

Tenemos el diseño de Cessna, en el que los controles de mando se deslizan introduciéndose más o menos. Para un ajuste más preciso de la mezcla, podemos girar el mando. Sentido horario se enriquece la mezcla y sentido anti horario se empobrece.

El sistema elegido por Piper es diferente en su presentación, pero la función es la misma.

Si empujamos la palanca enriquecemos la mezcla y si retrasamos la palanca empobrecemos.