¿Por qué el combustible contaminado con agua es malo, pero la inyección de agua no lo es?

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Un despegue "húmedo" de un KC-135 con motores J57: por fotógrafo de la USAF (foto de la USAF) [Dominio público], a través de Wikimedia Commons

¿Por qué el combustible contaminado con agua es malo, pero la inyección de agua no lo es?

Tal como lo entiendo, la inyección de agua reduce la temperatura de combustión, lo cual es bueno y malo, bueno para enfriar pero aumenta la potencia de salida / flujo de masa, malo para desperdiciar combustible [sin quemar].

¿Por qué entonces el agua es peligrosa cuando se encuentra una pequeña cantidad en el combustible? ¿Qué es lo peor que puede pasar además de un escape negro y una mayor potencia?

La inyección de agua en motores a reacción y motores de pistón se mezcla con combustible antes de que ingrese a la cámara de combustión, por lo que creo que el combustible ya mezclado con agua no debería ser diferente. Por supuesto que estoy equivocado. ¿Pero por qué?

Echa un vistazo a accidentes como el BA38 en 2008
La inyección de agua también se utiliza como parte de los sistemas de inyección antidetonación (ADI).
La inyección de agua es intencional en un punto determinado del vuelo, generalmente en el despegue. Es por un corto período de tiempo y no contamina el combustible en el tanque. La contaminación del agua, por otro lado, siempre es involuntaria.
No estoy seguro de cuán diferente es un inyector de un motor de turbina de un pistón (continuo versus cíclico...), pero en los motores diésel, si una gota de agua (no solo trazas de agua disuelta) ingresa a un inyector caliente, puede convertirse en vapor, explotar y romper la punta.
Estoy bastante seguro de que en la foto de arriba el agua se inyecta en los gases de escape calientes.
Será menos malo si sabe cuánta agua hay en el combustible y ajusta el motor en consecuencia.

Respuestas (6)

Por la cantidad de agua en el combustible, en contraposición a una cuidadosa introducción de agua en el proceso de combustión. La contaminación típica del agua es mala en los tanques de combustible, ya que el agua es más densa que los combustibles de aviación y se deposita en el fondo de los tanques. Los combustibles de aviación también son hidrófobos (no polares) y, por lo tanto, no se mezclan fácilmente con el agua. Por lo tanto, el agua se asentará sin mezclar en el fondo de los tanques, en los sumideros de combustible o en las tolvas de alimentación y, cuando ingrese al motor, lo privará de combustible y hará que se apague. El agua en las líneas de combustible también puede congelarse allí durante el clima frío, lo que también provoca la falta de combustible.

Siempre se deben tomar muestras de combustible del gas cuando esté almacenado y antes de volar la aeronave, especialmente después de tormentas o si la aeronave ha permanecido en tierra durante largos períodos con poco combustible en los tanques en un ambiente húmedo. También se deben tomar muestras de combustible aproximadamente 30 minutos después de repostar y dejar que el gas se asiente en los tanques. Aquí se puede ver una muestra previa al vuelo de la contaminación del agua tomada de los sumideros del tanque de combustible de un avión GA.

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La inyección de agua, sin embargo, controla cuidadosamente la cantidad de agua que ingresa al motor junto con el combustible en el punto de combustión, lo que permite que el motor siga funcionando.

+1. El agua y el combustible se separarán, dejando solo agua en el fondo del tanque, que suele ser la parte del tanque que alimenta el motor. Una cantidad pequeña y controlada de agua que ingresa al motor puede estar bien, pero el 100 % de agua no se quemará muy bien (ni se comprimirá bien en los cilindros de los motores de pistón, lo que puede dañar el motor).
@reirab La separación de combustible/agua ocurre en los combustibles de gasolina, pero no necesariamente en los combustibles para aviones.
@JonathanWalters Cierto. Me refería especialmente a los aviones con motor de pistón. Las tuberías de combustible llenas de agua hacen que los ascensos sean muy desafiantes.
@reirab Nuevamente, la diferencia son los sistemas de combustible de gasolina. Los motores de pistón diésel utilizan combustibles diésel o queroseno.
@JonathanWalters Cierto otra vez. Estaba equiparando pistón con gasolina, ya que la gran mayoría de los aviones de pistón usan gasolina, pero es cierto que puedes diseñarlos para usar otros combustibles.
@reirab: ¿no son el agua y la gasolina casi igualmente incompresibles? Solo tendría un problema de sobrepresión en la carrera de compresión si parte del aire fuera reemplazado por agua, ¿verdad? (Sé física pero no mucho sobre motores, ¿tal vez me estoy perdiendo algo?)
Otro punto es que el combustible contaminado libera una cantidad desconocida e incontrolable de agua en la cámara de combustión. La inyección de agua, por otro lado, entrega una cantidad controlada de agua.
¿El combustible no es líquido, no gas?
Esta respuesta solo es aplicable a los motores de gasolina. El combustible para aviones se mezcla con agua, por lo que la capa de agua solo se formaría si hubiera mucha. El principal riesgo del combustible para aviones es que el agua se congele en pequeños copos y obstruya el filtro de combustible (o la bomba o cualquier otra parte del sistema de combustible).
@CJDennis: En los tanques de combustible, sí, el combustible es líquido. En el motor, sin embargo, se rocía como una niebla muy fina; la gran mayoría del volumen del contenido del motor es aire. Esto es cierto sin importar de qué tipo de motor de avión esté hablando.

La inyección de agua en los motores a reacción y de pistón se mezcla con el combustible antes de entrar en la combustión.

En realidad, esto es algo incorrecto (o al menos impreciso) y creo que se suma al malentendido. El agua y el combustible nunca se "mezclan" en el sentido tradicional como líquidos. Se inyecta un aerosol de combustible... También se inyecta un aerosol de agua. La intención es tener una combustión de combustible típica que también esté en presencia de agua para enfriar la combustión. Esta es una distinción bastante importante desde una perspectiva física.

En realidad, el enfriamiento se realiza mejor en la entrada para aumentar la densidad del aire que ingresa al compresor. La temperatura más baja ayuda a quemar más combustible, por lo que el empuje aumenta debido a un mayor flujo de masa de aire y un mayor flujo de combustible.
Veo que tiene experiencia aquí, pero FWIW, la inyección de agua se usa para que se pueda usar una mezcla de combustible más pobre (que se acerque a la estequiométrica) mientras se mantiene la combustión lo suficientemente fría para evitar dañar el motor y/o causar una combustión prematura. Entonces, en realidad está quemando menos combustible por masa de flujo de aire, ya que una quema estequiométrica es más eficiente. Aunque sí, el rendimiento general del aire aumenta, por lo que tal vez estemos cantando la misma canción.

Sin ayuda, el agua generalmente no se mezcla con el combustible restante, pero puede combinarse para formar gotas más grandes o incluso charcos en el fondo del tanque.

  • Si existen grandes cantidades, el motor puede ingerirlo y provocar una pérdida de potencia o un estancamiento.
  • El agua que no se retira del tanque favorece el crecimiento microbiano.
  • El agua en el sistema puede congelarse y causar problemas a los filtros y otros componentes.
  • Escuché que el agua en el combustible causa lecturas erráticas de la cantidad de combustible debido a un cortocircuito en el sensor (no estoy seguro de qué tan común es eso).

El agua en el combustible se congelará, obstruyendo los filtros y las boquillas, lo que provocará que el motor se incendie. Es por eso que se agrega un aditivo antihielo al combustible para aviones, para que el agua no se convierta en hielo.

El agua en los tanques de combustible se puede congelar, lo que posiblemente bloquee las líneas o los filtros de combustible. Esto puede hacer que los motores produzcan un empuje insuficiente o incluso que se apaguen. Incluso si el hielo se adhiere a las superficies internas del sistema de combustible en una capa delgada durante el crucero y no restringe apreciablemente el flujo de combustible, puede ser desalojado por un aumento repentino en el flujo de combustible ( por ejemplo, durante la secuencia de aterrizaje ), y crear un bloqueo aguas abajo.

El agua utilizada para la inyección de agua no causa este problema, ya que el único lugar donde se encuentran tanto el combustible como el agua es en los propios motores, que tienden a estar un poco calientes para la formación de hielo. Además, el agua tiene una capacidad calorífica extremadamente alta (lo que significa que se necesita sumar o restar mucho más calor para cambiar la temperatura de una cantidad determinada de agua en una cantidad determinada que lo que se necesita para cambiar la temperatura de la misma cantidad de agua). mucho cualquier otro líquido por la misma cantidad), lo que hace que se enfríe durante el vuelo mucho más lentamente que el combustible; la proporción de agua en el combustible contaminado con agua no es suficiente para cambiar mucho su capacidad calorífica en comparación con el combustible puro, pero el agua pura es otra cuestión completamente diferente.

"en los propios motores, que tienden a estar un poco calientes para la formación de hielo" Eso debe ser la subestimación del día :)

La inyección de agua se introduce en la cámara de combustión para enfriar la temperatura, lo que permite que las rpm del motor sean más altas, lo que le brinda más empuje. Esto ocurre después de que el combustible se haya encendido. La contaminación del agua significa una ignición deficiente donde el agua y el combustible intentan quemarse, lo que resulta en un posible apagado.

¡Bienvenido a aviación.SE!
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