Arranque de motores mediante cartucho

Entre los años 30 y 50 del siglo XX, para el arranque de los motores de aviación, tanto de pistón, como turborreactores, se utilizó un metodo curioso, el llamado de cartucho. Dentro de una cámara adecuada se disparaba un cartucho de pólvora y los gases producidos se hacían llegar a un motor neumático que accionaba el motor para ponerlo en marcha.

A continuación se describe uno de estos sistemas de arranque tal como aparece en un manual de aviación de los años 40.

"Aunque los arranques de puesta en marcha directa eléctrica y de inercia son los más comúnmente usados, el de arranque a combustión llamado de cartucho, tiene ventajas de peso en la aviación militar, en que las exigencias de baterías y generadores deben reducirse a un mínimo.
El arranque a cartucho, diseñado en principio para instalarse en aviones militares, es útil para hacer arrancar motores de más de 2.000 caballos de potencia. Consiste esencialmente en el arranque básico (figs. 221 y 222). Montado sobre el motor y una recámara (figs. 223 y 224), controlada manualmente. La recámara está unida al arranque por medio de una tubería de acero inoxidable. En la carlinga hay un conmutador eléctrico de control.



El arranque de cartucho tipo III, consiste esencialmente en un acoplamiento, un cilindro con rebordes de montura, tanque hermético de aceite, y embrague. El sistema de acoplamiento tiene válvulas: la de toma y la de escape, junto con una válvula de seguridad que funciona cuando se alcanzan presiones excesivas dentro del cilindro y de la tubería. El cilindro contiene el mecanismo principal, consistente en un pistón que mueve un vastago roscado con ranuras exteriores y filetes interiores. Estos filetes mueven un eje, uno de cuyos extremos encaja en el enganche del arranque. Las ranuras externas encajan en un collar intermediario ranurado por dentro.

La recámara del arranque a cartucho es del tipo único y funciona por carga explosiva, consiste de una carga de pólvora, cilindro, recámara de la carga y detonadores de contacto, que completan el circuito eléctrico para hacer explotar el cartucho. Un contacto es fijo y conecta el circuito externo cuando la recámara se cierra. El otro contacto, colocado en el centro del block, funciona por medio de una corona y su cremallera. Cuando se abre la recámara el vastago movible, retrocede dentro del block y no llega a su máxima posición de contacto con el cartucho hasta que se cierra y fija la recámara, evitando de esta manera un encendido prematuro o accidental del mismo. Un mecanismo automático de reducción de presión provee un medio de evacuar el gas a presión que hubiera llegado a la recámara y tubería antes de que se abriera a consecuencia de la explosión. El mecanismo de evacuación consiste en un vastago con resorte de carga, que funciona a modo de válvula.


El arranque (fig. 225) funciona colocando un cartucho en la recámara y cerrándola manualmente; el circuito eléctrico de descarga se cierra por medio del conmutador de control, que provoca la explosión del cartucho en la recámara. La fuerza de la combustión envía el gas a presión al arranque, por la tubería de distribución y el gas penetra en el cilindro, empujando el pistón hacia adelante. A medida que el pistón se mueve hacia adelante el enganche de arranque presiona el eje de arrastre, ajustándolo en su rosca y transformando el movimiento rectilíneo del pistón en un movimiento giratorio y dando vuelta el cigüeñal.
Cuando el pistón se ha movido una distancia predeterminada de su carrera, se abre la válvula de escape y permite que el gas quemado pase a la atmósfera por la tubería de escape. El pistón aliviado en esta forma de la presión del gas, vuelve a su posición original por la acción de un fuerte resorte espiral, cerrando de esta manera la válvula de escape y al mismo tiempo retrayendo el enganche del arranque.

Después de hacer arrancar el motor, el cartucho vacío debe inmediatamente sacarse de la recámara. Para abrir ésta, la palanca se alza a la mitad, permitiendo que la presión existente se reduzca por la válvula de escape antes de que aquélla se abra por completo. La recámara debe mantenerse cerrada en todo momento y no cargarse antes que esté lista para el uso. Aunque el arranque puede usar de la corriente suministrada por dos pequeñas baterías, normalmente se lo conecta al sistema de baterías de a bordo.


El uso creciente del arranque a cartucho se limita a instalaciones en que la longitud máxima de la tubería de toma entre la recámara de carga y el arranque, no pase de 32". Por esta razón no es conveniente la instalación del arranque a cartuchos en aviones multi-motores, ya que la distancia entre el arranque y el compartimiento del piloto, en que se coloca la recámara es generalmente como mayor de 32". La atención para arranques a disparador, requiere el uso de herramientas especiales y la remoción de la unidad del aeroplano para su desmontaje parcial. Los períodos de inspección para arranques a cartucho dependen del número de cartuchos usados, esto es 50, 100 ó 300.
Después que se han disparado 50 cartuchos, la superficie de la recámara (fig. 226) debe limpiarse con un estropajo de algodón, unido a una vaqueta y con una solución solvente del carbón, consistente en 25 % de bencina, 25 % de trementina, 25 % de acetato de amilo, 12,5 % de aceite lubricante y 12,5 % de acetona. Después de limpiarse, la superficie deberá lavarse completamente con kerosene o gasolina. Además es necesario limpiar los agujeros del mecanismo de escape de presión a través de los cuales escapan los gases cuando el vastago de cierre se abre. Para esto último debe sacarse. Los dos agujeros y la válvula de escape (que se extiende desde la tuerca en la superficie del cilindro) se limpian con un cepillo duro de alambre para remover cualquier depósito de carbón acumulado, y luego todas las partes se lavarán completamente con kerosene o gasolina. Después de limpiar la superficie de la recámara y el mecanismo de presión, todas las partes externas movibles, a excepción de la leva de cierre, se lubricarán con aceite liviano. En la leva de cierre se usará albayalde. Luego se examinará el ajuste de todas las conexiones de la tubería.


Después que han sido explotados 100 cartuchos debe seguirse el procedimiento descripto de inspección para los 50 tiros y además la cámara de explosión puede separarse de la recámara (ver la fig. 227). La pantalla para el explosivo, la empaquetadura y el cierre deben entonces sacarse y limpiarse con la solución especificada para la inspección de 50 tiros, luego de lo cual todas las partes deben lavarse con kerosene o gasolina. En el mecanismo compensador de la presión es también necesario rectificar el asiento de la válvula y el extremo del vastago. Todos los contactos del circuito eléctrico (fig. 226) deben limpiarse con papel de lija 0000, y luego frotarse ligeramente con un paño humedecido en gasolina; después de su limpieza todas las partes externas movibles se lubrican y la recámara se montará y reinstalará en el avión, controlando finalmente su perfecto funcionamiento.


Después que han sido disparados 300 cartuchos, el arranque debe sacarse del avión y desmontarse (fig. 228) suficientemente como para permitir la remoción de todos los depósitos de carbón del pistón, cilindro, válvula de escape, etc. El asiento de esta última debe ser reparado después de lo cual se lavará completamente con gasolina. Después de limpiar las paredes de los cilindros, el vastago de la válvula y la válvula de escape, el pistón, el resorte de retorno del mismo y el collar de engranaje, se lubricarán de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. Luego de la limpieza y lubricación, el arranque debe instalarse en el avión. El mismo procedimiento que se describe para la inspección de 100 cartuchos debe seguirse en lo que respecta a la recámara. Después que se han disparado 500 cartuchos, el arranque, la recámara y la tubería, deben retirarse del avión y desmontarse completamente para su limpieza, inspección (lubricación, y reemplazo de cualquier parte gastada o defectuosa.

El diseño de la unidad es tal que se requieren varias herramientas especiales. Después del desmontado, el plato de retén de aceite debe examinarse. Si está gastado al punto de permitir juego en el diámetro exterior del enganche del arranque, o si está pegado al punto de quedar atascado contra la empaquetadura del cuero, cuando está recogido, deberá cambiarse toda la junta. El aceite del vastago engranado debe reemplazarse en cada revisación. El pistón y resorte de retorno, el resorte del vastago engranado, y el resorte del vastago de la válvula deben reemplazarse si la tensión no es suficiente.

El resorte y los topes esféricos del extremo del vastago del engranaje, en la parte de la válvula de escape se comprobarán para ver si dan la fuerza requerida para comprimir el fluido entre ambas esferas. Si es preciso deberán cambiarse. La válvula de escape y su asiento deben examinarse en el caso de estar excesivamente gastados y reemplazados si están rayados. Si la válvula y el asiento no están excesivamente gastados, la superficie de éste deberá rectificarse. Después que se ha quitado todo el carbón, el engranaje del arranque deberá inspeccionarse y examinarse cuidadosamente por si hubiera grietas. Si el borde de ataque de los dientes del enganche está gastado, deberá reemplazarse. Todos los cojinetes de bolas del arranque deben reemplazarse en el caso de ser defectuosos. El eje roscado, la corona y el intermediario o corona de tracción deben revisarse atentamente por si existieran grietas. Si las muescas o ranuras están picadas, ralladas, agrietadas o corroídas deberán reemplazarse. Después de la limpieza, el cojinete de bolas de tracción deberá revisarse y cambiarse en caso de que las cubetas estén gastadas, rayadas o picadas. Se observará si gira ásperamente, insertando anillos en el cilindro o midiendo el agujero con una medida cónica. Los prensa-estopas deberán revisarse bien y cambiarse en caso de estar deshilachados en los bordes. Además, si se notaran filtraciones se los cambiará. Examínense todas las piezas por si están muy gastadas, de acuerdo con las especificaciones de tolerancias del fabricante. Además todas las piezas deben lubricarse usándose los lubricantes especificados. Después de completar la inspección debe montarse el arranque. Téngase el mayor cuidado en la selección y adaptación de cojinetes de bolas para montaje. Después que el arranque se ha montado, debe verificarse el buen funcionamiento de la válvula de compensación de la presión. Si la presión es menor que la requerida, el espesor colocado entre el retén del resorte y el asiento de la válvula de compensación deberá bajarse, retirando un número conveniente de aros hasta obtener la presión adecuada. Si la presión es excesiva, de acuerdo a las especificaciones, deberán agregarse aros y prensa-estopas hasta que se alcance la presión adecuada. En ciertos casos, puede ser necesario reemplazar el resorte de compensación de la presión para obtener la presión especificada de la válvula.

Después que el arranque ha sido completamente montado, debe colocárselo sobre un banco de ensayo con embrague de arranque similar al ilustrado en la figura 229. Debe aplicarse aire comprimido a 15 libras-pulgada cuadrada a la lumbrera de toma para probar si hay pérdida de aire a través de la válvula de escape. El arranque deberá hacerse por lo menos 20 veces, usando cartuchos de la medida adecuada para permitir regular el ajuste."

"Potencia y vuelo", Assen Jordanoff, Editorial HASA, Buenos Aires 1945.

A continuación se muestra un esquema de un arranque a cartucho del sistema Coffman.

En la película "El vuelo del Fenix" se muestra el funcionamiento de uno de estos sistemas de arranque de motores.