MÓDULO I SISTEMAS Y GENERALIDADES Generalidades.
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Manual de Propulcion Pagina 1 de 76 Pagina 1 de 76 MODULO 1 PROPULSIÓN MÓDULO I SISTEMAS Y GENERALIDADES Generalidades. Motor aeronáutico Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de arrastre. Existen distintos tipos de motores de aviación, aunque se dividen en dos clases básicas: motores recíprocos —o de pistón— y de turbina de gas. Recientemente y gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado también la producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar fotovoltaica. Gracias al ciclo Otto se inventó el motor de combustión interna, que sería aplicado a la incipiente aeronáutica de finales del siglo XIX. Estos motores, enfriados por agua, generaban potencia por medio de una hélice. La hélice, debido a sus palas alabeadas, propulsaba la masa de aire circundante, arrastrando al aeroplano hacia adelante, produciendo el vuelo. En 1903, los hermanos Wright lograron realizar el sueño casi imposible de hacer volar un artefacto más denso que el aire. Los motores se perfeccionaron con el tiempo, logrando aprovechar su potencia para luego ser montados en los primeros aviones de transporte y militares, como los de la Primera Guerra Mundial. De los descubrimientos en la física y la mecánica de fluidos, se tomó el principio de Bernoulli, teorema en el que se fundarían las bases para la invención de los cohetes
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MODULO 1 PROPULSIÓN
MÓDULO I SISTEMAS Y GENERALIDADES
Generalidades.
Motor aeronáutico
Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión
de aeronaves mediante la generación de una fuerza de arrastre.
Existen distintos tipos de motores de aviación, aunque se dividen en dos clases
básicas: motores recíprocos —o de pistón— y de turbina de gas. Recientemente y
gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado también la
producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar
fotovoltaica.
Gracias al ciclo Otto se inventó el motor de combustión interna, que sería aplicado
a la incipiente aeronáutica de finales del siglo XIX. Estos motores, enfriados por
agua, generaban potencia por medio de una hélice. La hélice, debido a sus palas
alabeadas, propulsaba la masa de aire circundante, arrastrando al aeroplano hacia
adelante, produciendo el vuelo. En 1903, los hermanos Wright lograron realizar el
sueño casi imposible de hacer volar un artefacto más denso que el aire.
Los motores se perfeccionaron con el tiempo, logrando aprovechar su potencia para
luego ser montados en los primeros aviones de transporte y militares, como los de
la Primera Guerra Mundial.
De los descubrimientos en la física y la mecánica de fluidos, se tomó el principio de
Bernoulli, teorema en el que se fundarían las bases para la invención de los cohetes
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bélicos y de los motores de reacción, cuyo principio se basa en leyes físicas como
el principio de acción y reacción. Entre los años 1940 y 1942 se crearon los primeros
motores a reacción a ser utilizados en los aviones de combate en la Segunda Guerra
Mundial.
Más tarde, vendría el gran cambio a los motores a reacción, que en un inicio fueron
motores Straight Jet, es decir, de flujo de aire directo, (no poseían fan) y desplazaron
por completo a finales de los años 50's el desarrollo de grandes aviones con motor
a pistón por aviones a reacción con gran autonomía y velocidad.
La industria del motor de aviación ha dado un gran salto tecnológico; hoy se
emplean los motores turbofanes en aviones comerciales. Para los aviones de
combate se ha mejorado su rendimiento, con motores turbofán de baja derivación y
postcombustión (postquemador), aumentando el empuje de los motores durante
situaciones específicas mediante la aspersión de combustible al aire caliente entre
la turbina y la tobera de escape.
En la aviación moderna se emplean básicamente dos tipos de motores, los de
turbofán y los de turbohélice. Si bien, en la aeronáutica también se emplean motores
con combustibles sólidos, los montados en aviones, tanto comerciales como
militares, emplean combustibles líquidos.
En la aviación civil, dentro de la categoría de aviación general que abarca aviones
que no superan ciertas dimensiones o configuraciones de potencia, son usuales los
motores de combustión interna que no se basan en el principio de las turbinas de
gas sino en el movimiento alternativo de pistones, que han tenido una evolución
relativamente lenta desde que el motor a pistón perdió su protagonismo como
sistema propulsor principal de todo tipo de aviones a comienzos de la década de
1960.
En la categoría de aviación privada y de negocios conviven aviones propulsados
por turbohélice y turbofán, que no llegan a las dimensiones de los aviones
comerciales (con excepciones como el Boeing BBJ) y se ubican como intermedio
entre la aviación general y la de grandes aviones de pasajeros; en esta categoría
se proyectan motores turbofán cada vez más compactos que permitan mejorar el
rendimiento aerodinámico y la eficiencia de combustible (para aumentar la velocidad
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y autonomía) mientras que los turbohélice se han diversificado en innumerables
soluciones de aviones utilitarios e incluso de entrenamiento militar (por ej.
monomotores de Embraer y Pilatus)
Muchos de los primeros aviones turbohélice de aviación general nacieron como un
salto natural al sustituir el motor a pistón por el motor a reacción, así que no es
extraño que existan métodos de conversión o que compañías como Cessna y Piper
hayan ofrecido modelos con dicha evolución; sin embargo este cambio o aumento
en sus prestaciones representa también un aumento en el costo operativo y uso de
combustible, así que muchos de los aviones desarrollados con turbohélice para
aviación general desde mediados de la década de 1970 hasta mediados de 1980
desaparecieron rápidamente, mientras que en aplicaciones comerciales de mayor
tamaño el relativo menor costo operativo de un turbohélice frente a un
turboventilador ha permitido el florecimiento de aviones utilitarios de pequeño y
mediano tamaño (como la longeva familia de Beechcraft King Air, el exitoso
Lockheed C-130 Hercules o el reciente transporte militar Airbus A400M) y de
aerolíneas regionales que ofrecen vuelos cortos y de conexión a bajo costo, un
mercado que cada vez se hace más grande y cuenta con mayores desarrollos de
potencia y capacidad (como el reciente Bombardier Q series) en la que también
compiten aviones derivados de la aviación privada que, con motores turbofán más
potentes, han podido diseñarse para transportar una cantidad intermedia de
pasajeros en jets relativamente pequeños y distancias cortas.
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Código ATA.
ATA 100
La ATA 100 contiene la referencia al sistema de numeración ATA, que es un
estándar de referencia común para la documentación de aeronaves comerciales.
Este aspecto común permite una mayor facilidad de aprendizaje y comprensión para
pilotos, técnicos de mantenimiento de aeronaves e ingenieros. El sistema de
numeración estándar fue publicado por la Asociación de Transporte Aéreo el 1 de
junio de 1956. A pesar de que el sistema de numeración de la ATA 100 ha sido
reemplazado, continuó siendo ampliamente utilizado hasta que quedó desfasado en
2015, especialmente en documentación para aeronaves de aviación general, en
mensajes de fallas de aeronaves (para la resolución de problemas y reparaciones
post-vuelo) y electrónica y en manuales impresos.
La Tabla de Códigos del Conjunto Sistema/Componente de la Aeronave (Joint
Aircraft System/Component – JASC) era una versión modificada del código de la
Especificación 100 de la Asociación de Transporte Aéreo de América (Air Transport
Association of America – ATA). Fue desarrollado por la División de Apoyo
Regulatorio (AFS-600) de la FAA. Esta tabla de códigos fue construida mediante el
uso del nuevo formato de cuatro dígitos del código JASC, así como con el uso de
un título de código abreviado. Los títulos abreviados han sido modificados en
algunos casos para clarificar el uso previsto del código adjunto. La versión final del
código JASC/ATA 100 fue publicado por la FAA en 1999.
En el 2000, el Comité de Información Técnica y Comunicaciones de la ATA (TICC)
desarrolló una nueva especificación consolidada para la industria de la aviación
comercial, la ATA iSpec 2200. Dicha especificación incluye un enfoque de toda la
industria para el sistema de numeración de aeronaves, así como el formato y los
estándares de contenidos de información para la emisión de documentos. Los
objetivos principales de la nueva especificación son la minimización de costos y
esfuerzo invertidos por operadores y fabricantes, la mejora de la calidad y la
puntualidad relativas a la información y la facilitación de la entrega de datos por
parte de los fabricantes que satisfagan las necesidades operacionales de las
aerolíneas. Recientemente, la comunidad aeronáutica internacional desarrolló el
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estándar S1000D, una especificación XML para la preparación, la gestión y el uso
del mantenimiento de los equipos y de la información de operaciones.
El aspecto único de los números de los capítulos reside en su relevancia para toda
aeronave. Por lo tanto, un número de referencia de capítulo para un Boeing 747
será el mismo que para cualquier otra aeronave Boeing, un BAe 125 y una aeronave
de Airbus. Ejemplos de esto incluyen Oxígeno (Capítulo 35), la Potencia Eléctrica
(Capítulo 24) y Puertas (Capítulo 52).
El nombre del código nace de la asociación del transporte aéreo, quien en 1999 lo
público para crear el estándar en los datos técnicos de las aeronaves, y el numero
100 va en base a los capítulos con los que cuenta, aunque no son 100 son 95.
la razón de que se le llame código ATA 100 es que existe otro código ATA, el ATA
iSpec 2200 que engloba las normas de Información para los manuales de aviación.
La diferencia entre uno y otro es sencilla, el ATA 100 es básicamente un índice de
sistemas y procedimientos, y el ATA iSpec 2200 es un listado de los datos que
deben contener los manuales.
El código está dividido en capítulos, cada capítulo es un sistema o algún
procedimiento especifico:
00: Generalidades
02: Peso y balance
03: Equipo mínimo
04: Airworthiness Limitations
05: Límites de tiempo
06: Dimensiones y áreas
07: Levantamiento y anclaje
08: Nivelación y peso
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09: Remolque y rodaje
10: Estacionamiento y anclaje
11: Letreros y señalamientos
12: Servicios
14: Herramientas
15: Entrenamientos Externos
16: Equipo de soporte en tierra
17: Equipo auxiliar
18: Vibración y ruido
19: Reparación estructural
20: Prácticas estándar
21: Aire acondicionado
22: Piloto automático
23: Comunicaciones
24: Sistema eléctrico
25: Equipo y accesorios
26: Protección contra fuego
27: Controles de vuelo
28: Combustible
29: Sistema hidráulico
30: Protección contra hielo y lluvia
31: Sistema de indicaciones e instrumentos de grabación
32: Tren de aterrizaje
33: Luces
34: Navegación
35: Oxigeno
36: Sistema Neumático
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37: Presión y vacío
38: Aguas y desechos
39: Electrical/electronic panel
41: Water ballast
45: Central main system
46: Información del sistema
49: Unidad de potencia auxiliar (UPA)
50: Aire
51: Estructuras
52: Puertas
53: Fuselaje
54: Pilones y barquillas
55: Estabilizadores
56: Ventanas
57: Alas
60: Practicas Estándar de hélices y rotores
61: Hélices y propulsores
62: Rotores
63: Impulsor del rotor
64: Rotor de cola
65: Impulsor de rotor de cola
66: Palas plegables y pilones
67: Controles de vuelo del rotor
70: Prácticas estándar del motor
71: Planta motriz
72: Turbinas y turbo hélices(motor)
73: Sistema de combustible de motor
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74: Encendido
75: Purga de aire
76: Controles de motor
77: Indicadores de motor
78: Escape
79: Lubricación
80: Arranque
81: Turbina de motor recíproco
82: Inyección de agua
83: cajas de engranes de accesorios
84: Incremento de la propulsión
91: Gráficos y diagramas
95: Equipamiento especial
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1.3 FUNDAMENTO DE LOS MOTORES
RECÍPROCOS
Figura 1. Motor reciproco como propulsor de aeronaves
Desde los inicios de la aviación los motores recíprocos también conocidos como
motores alternativos (por su forma de trabajo), son la base para el impulso de las
aeronaves. En tiempos, más actuales el motor turborreactor a desplazado a este
elemento propulsor pero se sigue utilizando en aeronaves pequeñas; tales como
ultraligeros; así mismo, otras compañías se dedican a la construcción de motores
recíprocos más grandes utilizados para aeronaves de gran envergadura, entre los
constructores de este tipo de motores esta: Arrow, Avco Lycoming, Avia, Catic,
Cuyuna entre otros.
La figura 1 muestra el uso del motor reciproco como propulsor en una aeronave.
El dibujo de la figura 2 se aprecia un motor de seis cilindros tipo opuesto utilizado
en la industria aeronáutica.
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Figura 2. Motor reciproco utilizado en aviones
Dada la importancia del estudio para el mantenimiento de las aeronaves y
esencialmente de los motores, podemos definir a un motor como toda máquina
capaz de transformar energía de cualquier tipo, ya sea química, neumática,
hidráulica, eléctrica o térmica, en trabajo mecánico.
Como los motores térmicos o de combustión interna son los que se emplean en el
uso de las aeronaves y de algunos otros medios de transporte, se puede determinar
que un motor térmico, es aquel que provoca y utiliza la energía liberada por la
combustión, de una sustancia (combustible) para transformarla mecánicamente en
un trabajo dinámico aprovechable.
Existen diferentes clasificaciones para motores de los cuales definiremos dos; los
cuales son:
Motores de combustión externa
Es el tipo de motor en el cual la combustión es llevada a cabo fuera del cilindro de
trabajo, citando como ejemplo una caldera, en la cual el combustible se consume
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para calentar agua y obtener de esta forma vapor a presión para la realización de
un trabajo en un cilindro de trabajo.
Motor de combustión interna
En este tipo de motor el combustible es mezclado con el aire y es consumido dentro
del cilindro de trabajo. El empuje que produce genera el incremento de la presión al
quemarse el combustible en el cilindro, empujando el émbolo o pistón, que transmite
ese movimiento por medio de una biela al cigüeñal, que transforma el movimiento
rectilíneo del embolo en un movimiento circular.
El motor más utilizado en aviación es el de combustión interna del cual tenemos
diferentes ciclos termodinámicos de trabajo tales como el ciclo Otto, el cual se
caracteriza por ser un proceso en que la combustión se produce por la mezcla
aire/combustible a una presión aproximadamente constante (expansión adiabática)
dado que el pistón se desplaza hacia abajo mientras se realiza el ciclo de trabajo.
Hay dos tipos de motores Otto, los motores de dos tiempos y los motores de cuatro
tiempos. Este, junto con el motor Diesel, es el más utilizado en los automóviles ya
que tiene un buen rendimiento y contamina mucho menos que el motor de dos
tiempos.
Los motores de aviación han fijado el uso de materiales ligeros enfriados por aire
colocando los cilindros opuestos a la acción directa del aire de impacto.
Logrando con esto que el sistema de enfriamiento por líquidos quede en desuso en
estos motores. En la actualidad se ha logrado que los motores de aviación tengan
un peso de 1.2 lb (544 gr.) por cada caballo de fuerza desarrollado.
CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES RECÍPROCOS
Los motores recíprocos se clasifican por:
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1. Tipo de motor. 2. Tipo de enfriamiento. 3. Ciclo de trabajo. 4. Numero de cilindros y tipo de encendido. 5. Según el combustible empleado. 6. Según la carrera del pistón. 7. Según el sistema de alimentación.
1. Por el tipo de motor
Los motores se dividen en radiales, opuestos (en Tándem), en V, X, W y lineales,
en las siguientes figuras tenemos un ejemplo de los motores más utilizados.
Figura 3. Motor radial
Figura 4. Motor en línea
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Figura 5. Motor en V
Figura 6. Motor de cilindros opuestos
2. Tipo de enfriamiento
El enfriamiento de los motores recíprocos en las aeronaves está dado por medio del
aire de impacto utilizando aletas de enfriamiento ya que la hélice empuja el flujo de
aire hacia el motor. Otro tipo de enfriamiento menos utilizado en este ramo es
utilizando agua que pasa a través de un radiador; este tipo de enfriamiento es más
utilizado en los automóviles.
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3. Ciclo de trabajo
Existen diferentes ciclos de trabajo para los motores de embolo los más comunes
son el de cuatro tiempos y de dos tiempos conocidos como ciclo Otto (encendido
por chispa) y el Diesel (encendido por compresión) de los cuales explicaremos el
funcionamiento más adelante.
4. Numero de cilindros y tipo de encendido
El número de cilindros que tiene un motor varía desde: 1, 2, 4, 6, 8 que se
encuentran colocados en línea, en V y opuestos, del tipo radial se tienen 7, 9,12 y
14 cilindros.
El tipo de encendido viene dado según la configuración del motor como se muestra
en la figura 7 el tiempo de encendido esta dado por el número de cilindros y el
proceso en el cual se encuentre.
Figura 7. Tiempos de encendido con respecto a su proceso realizado.
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Figura 8. Tiempo de encendido
5. Según el combustible empleado
Podría ser líquido, o gaseoso
6. Según la carrera del pistón.
De dos tiempos (realizando en un solo giro del cigüeñal los cuatro procesos del ciclo
Otto)
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De cuatro tiempos (realizando en dos vueltas del cigüeñal los cuatro procesos del
ciclo Otto)
7. Según el sistema de alimentación.
Motores de aspiración normal (atmosféricos).
Motores sobrealimentados (turbo, compresor).
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1.4 PARTES PRINCIPALES DE LOS MOTORES
RECÍPROCOS.
Figura 9. Partes principales del motor reciproco
La siguiente figura muestra las partes principales de un motor de combustión
interna; en este caso observamos los componentes de un motor de 6 cilindros
opuesto, uno de los motores más utilizados en aviación.
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Figura 10. Componentes internos del motor reciproco
Cilindro
El cilindro es la parte del motor en donde se efectúa la transformación de energía
calorífica en trabajo mecánico y por lo tanto su fabricación debe de ser de gran
precisión y materiales de calidad.
El cilindro consiste en dos partes principales que son la cabeza (fabricada de
aluminio) y el barril o cuerpo (fabricado de acero) estas dos partes son maquinadas
con aletas que forman parte integral de la cabeza y el cilindro para disipar más
rápidamente el calor generado dentro del cilindro.
En la parte superior del cilindro se encuentran instaladas las válvulas de admisión y
escape, sus guías, balancines, y pernos. En la mayoría de los cilindros se puede
reconocer la localización de las válvulas de escape por tener una mayor cantidad
de aletas de enfriamiento.
Cada cilindro lleva dos bujes para insertar las bujías dos cajas donde van instalados
los balancines, uno para la válvula de admisión y otro para la válvula de escape y el
cilindro en forma general queda sujetado al Carter por medio de Birlos y tuercas por
su brida.
Culata
Es la parte superior de la cámara de combustión del cilindro de un motor alternativo.
Las culatas deben soportar relaciones de compresión elevadas, debido a la
conductividad térmica del aluminio, son de este material o de cobre.
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Válvulas de admisión y escape
Dichas válvulas son diferentes en su fabricación, la válvula de admisión tiene una
base con mayor diámetro que la de escape, las válvulas internamente tienen un
núcleo de sodio para mejor disipación del calor, algunas válvulas son huecas; los
fabricantes advierten que estas válvulas no deben tratar de abrirse o de cortarse
debido ala explosión que ocurre al mezclarse la sal de sodio con el aire.
Figura 11. Partes de las válvulas
Pistón o Embolo
El pistón es la parte del motor que efectúa el movimiento reciproco necesario para
el ciclo de trabajo. Son fabricados de aluminio con ranuras para recibir los anillos (la
función de los anillos es hacer un cierre hermético de la cámara de combustión y
son fabricados de hierro dulce) los anillos o segmentos, se dividen en:
• Anillo de compresión
• Anillo de control de aceite
• Anillo raspador
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Anillo de compresión:
Tiene la finalidad de evitar que la combustión de la mezcla de aire-combustible se
pierda yéndose hacia el interior del motor.
Anillo de control de aceite o lubricación:
Viene acanalado y con orificios, dentro del canal se encuentra un resorte que tiene
la función de expandir el anillo asía las paredes del cilindro. La función específica
de este anillo es dejar una capa de aceite lubricante en las paredes del cilindro
Anillo raspador:
Tiene como objetivo quitar el exceso de aceite que se pueda encontrar en las
mismas paredes del cilindro.
Figura 12. Partes del embolo
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Cámara de combustión
Es la zona superior del cilindro comprendida entre el punto muerto superior y el
interior de la culata, en donde tiene lugar la combustión de la mezcla aire
combustible.
La forma de la cámara de combustión tiene relación con el rendimiento del motor.
Bujía
La bujía es el componente que, por medio de una chispa eléctrica, inflama los
gases, cuya rápida combustión impulsa el pistón hacia abajo.
Perno de pistón
El perno del pistón está construido de acero y es la parte que une al pistón con la
biela.
Biela
Esta transmite el empuje del pistón al cigüeñal y en su trabajo combinado,
transforma el movimiento reciproco del pistón en movimiento circular en el cigüeñal
y que será transmitido a la hélice. Deben ser de un a construcción lo suficientemente
resistente para soportar todos los esfuerzos a que se somete y al mismo tiempo ser
ligeras como para conservar un bajo peso por caballo desarrollado.
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Figura13. Partes del cilindro
Cigüeñal
Es la parte estructural del motor que soporta mayores esfuerzos. Trasforma por
acción de pistones y bielas el movimiento reciproco de estos en movimiento circular
que transmite el movimiento a la hélice.
El cigüeñal puede ser de una o más partes, según el tipo de fabricación. Cuando el
cigüeñal no es desarmable como en el caso de algunos motores radiales, la biela
maestra debe ser desarmable.
Carter
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Las partes que forman el carter se utilizan para soportar las piezas del motor fijas o
móviles y que a la vez sirven como cubierta para el polvo y forma un receptáculo
cerrado para mantener el aceite sin contaminación. Esta sección del carter es ligera
de peso, debe ser lo suficientemente resistente para soportar al cigüeñal con los
esfuerzos que sufre y soporta en su trabajo, a los cilindros, el jalón de la hélice así
como transmitir este jalón al fuselaje.
Generalmente las secciones del carter se construyen de aluminio, de acero y de
aleaciones de magnesio
Figura 14. Partes internas del motor reciproco
Árbol de levas
El cigüeñal está conectado mediante engranajes u otros sistemas al llamado árbol de levas, que abre y cierra las válvulas de cada cilindro en el momento oportuno.
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Figura 15. Árbol de levas y cigüeñal
Balancines
Son los dispositivos intermedios entre la leva y el extremo del vástago de la válvula para accionamiento de esta.
Figura 16. Balancín, varilla y leva
Reductor de velocidad de la hélice
Es el conjunto de engranes entre el cigüeñal y la hélice, que tiene por objeto reducir la velocidad de ésta respecto al cigüeñal. Tiene la función de mantener altas revoluciones en el cigüeñal, aumenta la potencia y, la reducción de velocidad de la hélice además, evita la disminución del rendimiento del motor.
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Figura 17. Caja reductora
Hélice
La potencia necesaria para hacer girar la hélice es proporcionada por el motor. La
hélice está fijada directamente al cigüeñal en motores de poca potencia, pero en
motores de alta potencia, está fijada al árbol de la hélice el cual por lo general es
engranado al cigüeñal a través del sistema de reducción.
El aspa de una hélice aérea tiene una sección en cruz similar a la de un ala desde
el punto de vista aerodinámico y, al impulsarse en el aire, produce un movimiento
de ascenso y arrastre, perpendicular y paralelo a la velocidad del aire relativa a la
sección del aspa
Figura 18. Secciones de la Hélice
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Carburador
Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los motores Otto. En los
motores de varios cilindros el combustible vaporizado se conduce a los cilindros a
través de un tubo ramificado llamado colector de admisión. Muchos motores
cuentan con un colector de escape o de expulsión, que transporta los gases
producidos en la combustión.
Figura 19. Partes principales del carburador
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1.5 FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES
RECIPROCOS
El ciclo más utilizado para motores de aviación tipo reciproco es el ciclo de encendido por chispa o ciclo Otto.
Figura 20. Cámara de combustión
Consideremos una cámara de combustión constituida por un cilindro cerrado, de un
lado, por una culata y del otro por un pistón. Introduzcamos en el cilindro, a través
de una válvula de admisión en la culata, una mezcla gaseosa altamente explosiva
de aire y combustible que es aspirada por un movimiento del pistón hacia abajo.
Ejerzamos seguidamente una presión sobre la mezcla, haciendo que el pistón suba
hacia la culata, la mezcla comprimida sufrirá no solo un aumento de presión sino
que también experimentara un aumento en su temperatura; enseguida un poco
antes de que el pistón alcance su punto más alto de acercamiento con la culata,
hagamos saltar en el interior de la mezcla una chispa eléctrica, producida por una
bujía de encendido, esta chispa inflama primariamente la mezcla antes de que esta
explote y se consuma de forma instantánea; la explosión de la mezcla produce un
aumento de volumen y presión, de los gases resultados de la combustión cuya
fuerza rechaza violentamente al pistón moviéndolo hacia abajo; después los gases
de la combustión son liberados del interior del cilindro por medio de una válvula de
escape en la culata, y por un movimiento nuevamente ascendente del pistón, debido
a la inercia o por el movimiento de uno o más pistones secundarios unidos a este
que sen encuentren en una fase de explosión.
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Figura 21. Partes del motor reciproco
Ciclo de trabajo de un motor reciproco
El motor de 4 tiempos necesita de un movimiento de dos vueltas del cigüeñal (720
grados) para completar un ciclo de trabajo. El embolo tiene dentro del cilindro un
movimiento alternativo de la parte superior a la parte inferior que corresponde a 180
grados del cigüeñal.
El recorrido del embolo del punto muerto alto al punto muerto bajo o viceversa se
llama carrera y cada tiempo del ciclo teórico corresponde a 180 grados del giro del
cigüeñal.
Para explicar el ciclo de 4 tiempos se considera:
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El tiempo de admisión
Como el inicio del trabajo del motor. La válvula de admisión se ha abierto mientras
el embolo inicia su carrera del punto muerto alto al punto muerto inferior estando la
válvula de escape cerrada. El movimiento descendente del embolo provoca una
presión negativa dentro del cilindro que al estar abierta la válvula de admisión
succiona la mezcla del inyector (combustible y del múltiple de admisión la masa de
aire) al llegar el pistón al punto muerto bajo se cierra la válvula de admisión
completando así los primeros 180 grados y la válvula de escape permanece
cerrada.
Tiempo de compresión
El pistón inicia ahora su recorrido ascendente del punto muerto bajo a su punto
muerto alto con ambas válvulas cerradas resultando la mezcla comprimida al ir
subiendo el pistón.
Este tiempo de compresión termina al llegar el embolo a su punto muerto alto con
un giro total de 360 grados del cigüeñal completando así su primera vuelta.
El evento de encendido en la carrera de compresión y pocos grados antes de que
esta termine se enciende la bujía produciendo una chispa de intensidad suficiente
que provoca la inflamación de la mezcla comprimida.
Tiempo de explosión
El tiempo de explosión también llamado tiempo de fuerza o tiempo motor y estando
el pistón en su punto muerto superior con ambas válvulas cerradas y la mezcla ya
encendida se produce en el interior del cilindro un gran aumento de temperatura y
presión por la explosión de la mezcla de combustible. Esta alta presión se ejerce
tanto en el cilindró como sobre el embolo empujándolo con fuerza asía a bajo. El
movimiento rectilíneo del embolo es trasmitido por la biela al cigüeñal
transformándose así en movimiento circular.
Teóricamente el tiempo de explosión termina al llegar el embolo al punto muerto
bajo para entonces el cigüeñal a completado 540 grados (1 ½ vuelta)
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Tiempo de escape
Para iniciar un nuevo ciclo abra que desalojar la mezcla quemada del cilindro
estando el embolo en su punto muerto bajo se abre la válvula de escape y el embolo
inicia su movimiento asía el punto muerto alto forzando a los gases a salir por la
válvula de escape o por la lumbrera de la válvula de escape.
El tiempo de escape termina al cerrarse la válvula de escape y estando el embolo
en su punto muerto alto habiendo recorrido para entonces el cigüeñal 720 grados o
dos vueltas.
Ciclo Otto para motores recíprocos
El ciclo Otto tiene dos tipos de motores el primero y más conocido es el de cuatro tiempos y el segundo, de dos tiempos.
Motor de dos tiempos
Este ciclo cuenta con los cuatro pasos efectuados en dos tiempos:
1. (Admisión - Compresión) Cuando el pistón alcanza el PMI (Punto Muerto Inferior) empieza a desplazarse hasta el PMS (Punto Muerto Superior), creando una diferencia de presión que aspira la mezcla de aire y gasolina por la lumbrera de admisión. Cuando el pistón tapa la lumbrera, deja de entrar mezcla, y durante el resto del recorrido el pistón la comprime.
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Figura 22. Motor de dos tiempos en admisión-compresión
2. (Expansión - Escape de Gases) Una vez que el pistón alcanza el PMS y la mezcla está comprimida, se enciende por una chispa entre los dos electrodos de la bujía, liberando energía y alcanzando altas presiones y temperaturas en el cilindro. El pistón se desplaza hacia abajo, realizando trabajo hasta que se descubre la lumbrera de escape. Al estar a altas presiones, los gases quemados salen por ese orificio.
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Figura 23. Motor de dos tiempos en expansión-escape
El rendimiento de este motor es inferior respecto al motor de 4 tiempos, ya que tiene un rendimiento volumétrico menor y el escape de gases es menos eficaz.
También son más contaminantes. Por otro lado, suelen dar más potencia para la misma cilindrada, ya que este hace una explosión en cada revolución, mientras el motor de 4 tiempos hace una explosión por cada 2 revoluciones, y cuenta con más partes móviles.
Éste tipo de motores se utilizan mayoritariamente en motores de poca cilindrada (motocicletas, cortacésped, motosierras, etc.), ya que es más barato y sencillo de construir.
Motor de cuatro tiempos
El motor de cuatro tiempos es el motor más usado en la aviación, cuenta con los
procesos de admisión, compresión, combustión (también llamado como proceso
de potencia) y escape; los cuales se llevan a cabo independientemente. Los
procesos se describen a continuación.
1. Durante la primera fase el pistón se desplaza hasta el PMI (Punto Muerto Inferior) y la válvula de admisión permanece abierta, permitiendo que se aspire la mezcla de combustible y aire hacia dentro del cilindro.
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2. Durante la segunda fase las válvulas permanecen cerradas y el pistón se mueve hacia el PMS (Punto Muerto Superior), comprimiendo la mezcla de aire y combustible. Cuando el pistón llega al final de esta fase, la bujía se activa y enciende la mezcla.
3. Durante la tercera fase se produce la combustión de la mezcla, liberando energía que provoca la expansión de los gases y el movimiento del pistón hacia el PMI. Se produce la transformación de la energía química contenida en el combustible en energía mecánica trasmitida al pistón. El la trasmite a la biela, y la biela la trasmite al cigüeñal, de donde se toma para su utilización.
4. En la cuarta fase se abre la válvula de escape y el pistón se mueve hacia el PMS, expulsando los gases producidos durante la combustión y quedando preparado para empezar un nuevo ciclo.
Fase 1
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Fase 2
Fase 3 Fase 4
Figura 24. Procesos de un motor reciproco
El siguiente es un diagrama utilizado para visualizar el comportamiento de trabajo de un ciclo Otto de cuatro tiempos y en el cual se muestra la entrada de calor (Qp) producida por la chispa y la pérdida de calor (Qo) debido a el trabajo producido al mover las partes internas del motor y producir trabajo.
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Figura 25. Ciclo Otto en función de la presión y el volumen.
Diagrama práctico
En el anterior diagrama hemos descrito el ciclo ideal del motor de encendido por chispa. Un motor como el anterior, daría un diagrama práctico como el que se desarrolla a continuación (figura 26):
Como puede verse por su recorrido (línea continua) en comparación con el anterior
(línea de trazos) no se corresponden por una serie de factores:
La combustión no es instantánea (dura aproximadamente 0,002 segundos) y no se
realiza a volumen constante.
Los gases tienen una inercia y soportan pérdidas de carga (disminución de presión
y velocidad) en su recorrido por los conductos de admisión.
Parte del calor generado por la compresión y la combustión se pierde a través de
las paredes del cilindro.
La apertura y el cierre de válvulas no se producen de manera instantánea:
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Los equilibrios de presión entre el exterior y el interior no son inmediatos.
Al final de la expansión, la presión aún no es elevada, por tanto, se crea una
contrapresión en el escape que se opone a la salida del pistón.
Todas estas condiciones dan como resultado unas cifras de presión que no tienen
nada que ver con las que teóricamente habíamos calculado en el diagrama teórico.
Esto obliga a realizar una serie de modificaciones en el funcionamiento teórico para
que podamos conseguir un ciclo práctico mejor.
Figura 26. Ciclo práctico ó real Otto
Ciclo del Diesel para motores recíprocos
Existe otro tipo de ciclo utilizado para motores recíprocos, cuya diferencia radica en
el modo de encendido. Este tipo de motores en vez de utilizar el encendido por
chispa utiliza un encendido por compresión el cual se realiza comprimiendo la
mezcla aire-combustible hasta generar un encendido.
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Desde un punto de vista mecánico, el ciclo del motor Diesel de cuatro tiempos consta de las siguientes fases:
1. Admisión: con el pistón posicionado en el PMS (punto muerto superior) comienza la carrera descendente y al mismo tiempo se abre la válvula de admisión para llenar de aire limpio aspirado o forzado por un turbocompresor el cilindro, terminando este ciclo cuando el pistón llega al (PMI) y la válvula de admisión se cierra nuevamente.
2. Compresión: el pistón está en el punto muerto inferior (PMI) y empieza su carrera de ascenso, comprimiendo el aire contenido en el cilindro y logrando de esa forma un núcleo de aire caliente en la cámara de combustión por el efecto adiabático.
3. Trabajo: cuando el pistón está a punto de llegar al punto muerto superior (PMS) se inicia la inyección de combustible a alta presión. En este momento se mezclan las partículas de gasóleo pulverizado con el núcleo de aire caliente y se produce el encendido y la consiguiente expansión de gases por la combustión del gasóleo, moviendo el pistón desde el PMS hacia el PMI y generando trabajo.
4. Escape: concluida la fase de trabajo y habiendo llegado el pistón al (PMI), se abre la válvula de escape al mismo tiempo que el pistón empieza su carrera hacia el PMS y elimina hacia el conducto de escape los gases producidos por la combustión en el cilindro.
La figura muestra el ciclo termodinámico y los procesos donde se suministra calor
por medio de una compresión constante (isobárica) y una pérdida de calor a
volumen constante (isométrica).
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Figura 27. Ciclo Diesel en función de la presión y el volumen.
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1.6 ENSAMBLADO, FUNCIONAMIENTO Y
OPERACIÓN DE LOS ELEMENTOS DEL MOTOR
RECIPROCO
OPERACIONES DE LOS ELEMENTOS INTERNOS
La cámara de combustión es un cilindro, por lo general fijo, cerrado en un extremo
y dentro del cual se desliza un pistón muy ajustado al interior. La posición hacia
dentro y hacia fuera del pistón modifica el volumen que existe entre la cara interior
del pistón y las paredes de la cámara. La cara exterior del pistón está unida por un
eje al cigüeñal, que convierte en movimiento rotatorio el movimiento lineal del pistón.
En los motores de varios cilindros el cigüeñal tiene una posición de partida, llamada
espiga de cigüeñal y conectada a cada eje, con lo que la energía producida por cada
cilindro se aplica al cigüeñal en un punto determinado de la rotación. Los cigüeñales
cuentan con pesados volantes y contrapesos cuya inercia reduce la irregularidad
del movimiento del eje. Un motor puede tener de 1 a 28 cilindros.
El sistema de bombeo de combustible de un motor de combustión interna consta de
un depósito, una bomba de combustible y un dispositivo que vaporiza o atomiza el
combustible líquido. Se llama carburador al dispositivo utilizado con este fin en los
motores Otto. En los motores de varios cilindros el combustible vaporizado se
conduce a los cilindros a través de un tubo ramificado llamado colector de admisión.
Muchos motores cuentan con un colector de escape o de expulsión, que transporta
los gases producidos en la combustión. Cada cilindro toma el combustible y expulsa
los gases a través de válvulas de cabezal o válvulas deslizantes. Un muelle
mantiene cerradas las válvulas hasta que se abren en el momento adecuado, al
actuar las levas de un árbol de levas rotatorio movido por el cigüeñal.
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1.7 SISTEMAS DE LOS MOTORES RECÍPROCOS
Para el buen funcionamiento de los motores recíprocos, se necesitan los elementos
adecuados, que trabajen con la precisión de un reloj, tales como los sistemas;
definidos como un conjunto de elementos o piezas que trabajan interconectada
mente para realizar una función específica; de los cuales los principales son:
• Sistema de enfriamiento
• Sistema de lubricación
• Sistema de encendido
• Sistema de combustible
• Sistema eléctrico
Sistema de enfriamiento
En los sistemas de aviación usados inicialmente, era necesario el uso de un sistema
de refrigeración por líquidos, para mantener la temperatura estable de dichos
motores motivo por el cual afectaba la relación de peso y balance de una aeronave
e independientemente de que la construcción de dichos motores era de acero
trayendo por consecuencia un peso excesivo.
En la actualidad los motores de aviación únicamente son fabricados por dos
compañías principalmente:
Texton lyconing y La Compañía Continental, que fabrican motores únicamente de
tipo opuesto de cuatro y seis cilindros que son enfriados solo por aire de impacto
eliminando totalmente el sistema de líquidos refrigerantes para tal efecto.
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Figura 30. Refrigeración del motor de aviación
Sistemas de lubricación
Los motores de aviación por su sistema de lubricación se clasifican en 2 tipos.
Los motores de colector seco son aquellos que cuentan con un deposito alterno e
independiente del motor y era usado en los motores de alto rendimiento como eran
los motores radiales.
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Figura 31
Los motores de colector húmedo son aquellos que están siendo fabricados en la
actualidad fabricados únicamente en 4 y 6 cilindros de forma opuesta y donde el
aceite lubricante es parte integral del motor o sea que se encuentra en todo
momento dentro del mismo.
Figura 32.
Las partes principales del sistema de lubricación son:
• Carter o contenedor
• Venas de lubricación
• Bomba de aceite
• Filtros de aceite
• Tuberías o ductos
Sistema de encendido
Los motores de aviación en la actualidad trabajan por medio de magnetos y estos
pueden ser de alta o baja tensión. Los magnetos son dispositivos que actúan como
transformadores elevando el voltaje y enviando a la descarga a través de bujías.
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Los magnetos de alta tensión eran usados en motores de alto rendimiento como lo
fueron los motores radiales ya que estaban compuestos en algunos casos de 14 y
hasta 18 cilindros cada uno.
En la actualidad los motores que generan el voltaje para el sistema de encendido
de los motores son del tipo sencillo ya que solo cumplen con la función de proveer
de energía a cuatro o seis cilindros.
Las partes que componen al sistema de encendido para un motor reciproco son:
• Distribuidor
• Generador
• Batería
• Bujías
• Condensador
• Magnetos
• Interruptor de encendido
Figura33
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Sistema de combustible
El sistema de combustible tiene como finalidad suministrar de manera adecuada la
cantidad exacta de aire y combustible hacia la cámara de combustión para realizar
el proceso de encendido de la mezcla, esto se logra por medio de un carburador
que al enviar el combustible por gravedad, dado que el combustible es suministrado
por su propio peso a los componentes del sistema o por presión que generalmente
usa una bomba o dos para enviar el combustible a través de las líneas, hasta llegar
al último punto, utilizando inyectores en la cámara de combustión.
Las partes principales del sistema de combustible son:
• Filtros
• Tanques
• Válvulas
• Líneas o ductos
• Bombas
• Inyectores
• Carburador
Figura 34.
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Figura 35.
Sistema eléctrico
Tiene como función alimentar de energía eléctrica a la aeronave para la operación de los sistemas de encendido y de instrumentos o indicación. Este sistema utiliza una serie de cables interconectados desde una fuente ya sea una batería o bien el generador conocido como alternador, así como una serie de relevadores y elementos de protección. La siguiente figura muestra la colocación y las partes principales del sistema eléctrico.
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Figura 36.
SECCIONES DE UN MOTOR RECÍPROCO
Las principales secciones de un motor reciproco son:
• sección de nariz
• sección de potencia
• sección de accesorios
• sección del súper cargador
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Figura 37. Secciones del motor reciproco
Sección de nariz
La sección de nariz es la parte donde se encuentra el control de la hélice y los
engranes acopladores de la flecha del motor y el gobernador.
Sección de potencia
Esta sección realiza todo el trabajo es el movimiento del cigüeñal que este a su vez
hace mover a todo el motor. El cigüeñal provee movimiento a la biela y este mueve
el pistón para efectuar los cuatro tiempos dentro del cilindro generando la mezcla
de aire combustible.
El trabajo del cigüeñal le va a dar movimiento a la flecha impulsor de la hélice
pasando por su respectivo gobernador y se sección reductora
Sección de accesorios
Es la sección donde se encuentra la gear box o caja de engranes que y sirve como
elemento acoplador para transmitir movimiento acopla a todos los accesorios.
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Sección de accesorios
Los accesorios son los componentes que auxilian al funcionamiento del motor tales
como: bombas, alternador o generador, marcha, turbocompresor, magnetos etc.
Sección del súper cargador
Es la sección en donde se encuentra colocada una turbina y un compresor para la
alimentación del motor; sirve para elevar la potencia, al enviar mayor aire a la
cámara de combustión.
ACCESORIOS DEL MOTOR RECIPROCO
Engranes y accesorios
Se les llama accesorios de motor a todos aquellos dispositivos mecánicos que van
montados en el motor y que son movidos por el mismo para trabajar en diferentes
sistemas. Al decir accesorios es una costumbre excluir los magnetos, aunque estos
también toman movimiento del motor. Entre los accesorios se encuentran: la
marcha, el generador, las bombas de combustible, bombas del sistema hidráulico y
bombas de vació, generador de tacómetro y otros dispositivos menos comunes.
Figura 38. Bombas hidráulicas
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Figura 39. Marchas
Múltiples de admisión y escape
Debe observarse que los gases de escape van de los tubos de escape de los
cilindros al múltiple de escape y luego a través del tubo de escape a la caja de
toberas o distribuidor. Las toberas dirigen los gases de escape contra las aletas de
la turbina
Turbocompresor
El propósito primordial del turbocompresor es suministrar el aire bajo presión al
carburador. Sin embargo, puede desempeñar otros papeles también hay sistemas
con un turbocompresor controlado por los gases de escape que están colocados en
el cigüeñal del motor reciproco por un tren de engranes. Por lo tanto, el
sobrealimentador comprime el aire suministrado al carburador, y su tubería
proporciona fuerza motriz.
El regulador de este tipo se usa para determinar automáticamente la presión en el
múltiple de admisión de los motores con sobrealimentador impulsador por un tren
de engranes
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Figura 40. Turbocompresor
Caja de engranes de la hélice
La potencia necesaria para hacer girar la hélice es proporcionada por el motor. La
hélice está fijada directamente al cigüeñal en motores de poca potencia; pero en
motores de alta potencia, está fijada al árbol de la hélice el cual por lo regular es
engranado al cigüeñal a través del sistema de reducción. En cualquier caso, el motor
hace girar a la hélice a gran velocidad y ésta a su vez, transforma la fuerza rotativa
del motor en fuerza de propulsión o empuje Que es necesaria para transportar el
avión. por el aire.
En esta caja de engranes se van a encontrar todos los accesorios para hacer girar
a la flecha impulsora y está a su vez hacer girar la hélice
Sistema de ignición
El objeto de este sistema de encendido es producir a su debido tiempo una chispa
que inflama en los cilindros la mezcla de aire combustible de cuya inflamación
depende el arranque y funcionamiento del motor
Los sistemas de encendido se dividen en dos clases:
a) Encendido por batería
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b) Encendido por magneto
Figura 41. Sistema de encendido por batería
Figura 42. Sistema de encendido por magneto.
Los sistemas de encendido son:
a) Encendido sencillo
b) Encendido doble
Encendido sencillo: que, por lo común costa de un magneto y los conductores
necesarios, se usaban en casi todos los motores aéreos de los primeros aviones
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Encendido doble: con el aumento del tamaño del motor y la velocidad del cigüeñal,
se hizo sentir la necesidad de proveer de dos bujías las cámaras de combustión, a
fin de mejorar la propagación de la llama y el proceso de combustión dentro de los
cilindros
Figura 43. Sistema de ignición
Procedimiento de arranque
En el sistema de encendido por batería, la fuente de abastecimiento de energía
eléctrica es la batería del avión. Como la energía eléctrica suministrada por la
batería es más o menos constante, no se necesita mecanismo auxiliar.
Para producir una chispa intensa durante el arranque y hay que emplear algún
medio para retardar el encendido durante esta operación a fin de que el motor no
trate de girar en sentido contrario.
Cuando la válvula de mariposa es abierta para que el motor desarrolle más potencia
tendrá que pasar más aire a través del carburador. El sistema principal de
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alimentación suministra más combustible. Sin embargo, durante una aceleración
repentina, el paso de aire aumenta tan rápidamente que transcurre cierto tiempo
antes de que salga a la nariz de descarga una cantidad suficiente de combustible
para obtener una relación correcta de mezcla. El sistema de aceleración evita el
empobrecimiento temporal de la mezcla y permite una aceleración suave al
suministrar la cantidad adicional y necesaria de combustible en el momento preciso.
El circuito de control de mezcla determina proporción de combustible y aire en la
mezcla. Por medio de un control en la cabina, el mecánico o el piloto pueden
Accionar la mezcla más conveniente a las condiciones de funcionamiento. Además
de los controles manuales, la mayoría de los carburadores tienen un dispositivo
automático de regulación que hace que la proporción de combustible y el aire (a su
vez que ha sido seleccionada) no cambie con las variaciones de la densidad del
aire. Esto es necesario, ya que al ascender el avión y bajar le presión atmosférica.
Tipos y finalidad de los magnetos
Los magnetos son elementos que funcionan por medio de bobinas y un engrane
sincronizado, para generar una chispa por medio de una bujía en la cámara de
combustión; se construyen de diferentes tipos. El diseño de cada tipo depende en
particular de los requerimientos del aeroplano en que van a usarse.
Se construyen magnetos de tipo sencillo y del tipo doble. El de tipo doble tiene dos
juegos de platinos, por lo tanto, cada juego de bobina producirá un número igual de
chispa por revolución de la flecha del magneto el alto voltaje es distribuido por dos
distribuidores montados en cualquier parte del motor. El magneto de tipo doble se
usa por lo general en motores en línea. Hay magnetos dobles para usarse también
en motores radiales.
Este magneto es básicamente el mismo diseño que usado en los motores en línea,
excepto que en algunas instalaciones se usan dos leves compensadas.
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Figura 44. Diagrama de magnetos.
Principios de operación de los magnetos
Cuando los platinos del ruptor están cerrados y el imán giratorio está en la posición
de formación de campo magnético, pasa corriente por el enrollado y circuitos
primarios, Incluyendo los platinos. Esta corriente crea un campo magnético, que
induce en el secundario una corriente de baja tensión. Cuando un polo cualquiera
llega a la posición de cero magnético o de espacio "E” (E-Gap), la leva abre los
platinos del ruptor, interrumpiendo así la corriente del primario. El flujo de corrientes
es absorbido por el condensador, lo cual causa una contracción instantánea del
campo magnético, cuyas-líneas de fuerza cruzan las numerosas espirales de
enrollado secundario a grandísima velocidad, induciendo de está manera en él una
corriente de entre 20,000 y 25,000 voltios, la cual va a la bujía del cilindro que esta
en posición de encender, donde se produce la chispa y la inflamación de mezcla
consiguiente. La corriente retorna por la armazón del motor al lado de la bobina.
Conectado a tierra.
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Figura 45. Diagrama de conexión de los magnetos
Figura 46. Campo magnético en los magnetos.
Puesta a tiempo del magneto.
El fabricante determina para cada modelo de magneto cuantos grados más allá de
la Posición neutral del imán rotativo deben abrir los platinos para obtener la máxima
intensidad la chispa. Este desplazamiento angular desde la posición neutral se
conoce como Angulo E= Gap y varía de 5º a 17º según el modelo. El imán rotativo
estará en la posición E-Gay tantas veces por revolución como polos haya. Al
extremo de la leva hay un corte para el tiempo interno del magneto cuando se coloca
una regla que alinee el escalón de las marcas en 1 circunferencia de la caja, el imán
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rotativo estará en la posición E-Gay y los platinos deberán ajustarse para que en
ese instante abran.
En una leva compensada, también la debe colocarse de tal manera que el escalón
y las marcas de tiempo coincidan por medio de una regla.
Figura 47. Puesta a tiempo del magneto.
Puesta a tiempo de motor
La puesta a tiempo de magneto con el motor consiste en poner el codo del cigüeñal
en el número de grados antes del punto muerto superior de compresión prescrito e
instalar los magnetos con las marcas de reglaje alineadas y los platinos del ruptor
empezando a abrirse. El conjunto debe estar en la posición de avance completo, si
es movible. Luego la abertura de los platinos se ajusta para encendido de acuerdo
con las lecturas dadas por el disco de tiempo.
En el sistema de encendido por batería, el reglaje cosiste en arreglar la abertura de
los platinos del ruptor a la especificada, que es aproximadamente 0.025". y poner el
tiempo de la abertura de los platinos en la relación debida con la posición del
cigüeñal en la carrera de compresión. Deben tenerse en cuenta el juego del
regulador y el avance del ruptor.
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En la puesta a tiempo de ambos sistemas la posición número uno en el distribuidor
se arregla de modo que corresponda a la posición del pistón del cilindro número 1.
Como el sistema de encendido por magneto es hoy el más usado se dan las reglas
principales para la puesta a tiempo del magneto con el motor:
Cables de distribución
En casi todos los motores que se emplean en aviones provistos de radio, es
necesario cubrir con una envoltura metálica de protección las unidades y
conductores eléctricos, a fin de aminorar las interferencias que producen en el
sistema de radió y comunicación. La envoltura protectora o "Blindaje" de los cables
de alta tensión que van de la caja del distribuidor del magneto a las bujías es un
tubo de aluminio relleno de amianto, cubierto con una capa de malla de alambre de
cobre y estaño, sobre la cual va enrollada una cinta de bronce fosforado.
Hoy en día se estudia el problema de impedir la formación de humedad entre el
blindaje y el cable, la cual es muy perjudicial.
Como el magneto es un generador de alta frecuencia, las Radiaciones que emite
durante su funcionamiento causan perturbaciones en los aparatos de radio, si el
sistema de encendido no está provisto del blindaje apropiado. En realidad, el
magneto produce ondas semejantes a las de una estación radio transmisora de la
cual se transmiten ondas de determinado rango por medio de una antena tendida
entre dos torres. En el magneto, los cables de alta tensión desempeñan el papel de
las antenas que producen radiaciones de ondas de longitud no regulada.
Como la antena del radio del avión está muy cerca del magneto, recogerá las
radiaciones perturbadoras emitidas Por éste, lo cual interferirá la comunicación.
Para impedir esto, todo el Sistema de encendido se encierra dentro del blindaje
metálico. Este blindaje se conecta con el motor a tierra y recoge o intercepta las
ondas de longitud no regulada que vienen del magneto y las disipa, impidiendo así
que afecten la antena e interfieran el funcionamiento
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Figura 48.
Tipos de bujías
La buja es la parte del sistema de encendido que convierte la energía eléctrica de
alto voltaje producida por el magneto o un dispositivo similar en la energía calorífica
necesaria para encender la mezcla de combustible en el interior del cilindro. Están
compuestas esencialmente por un conductor de alta tensión para introducir la
energía eléctrica
En la cámara de combustión y un claro a través del cual brinca la chispa cuando la
presión eléctrica (voltaje) es suficientemente alta para vencer la resistencia de los
gases en el claro entre los electrodos.
Debido a la simplicidad del diseño y a la monotonía de su mantenimiento cuando se
trata de un gran número de bujías algunas personas se figuran que la bujía es poco
importante y tienen tendencia a descuidar su mantenimiento y reacondicionamiento.
Es verdad que los tipos actuales de bujías son de diseño simple, y que en algunas
organizaciones su mantenimiento es monótono debido a los métodos que siguen,
sin; embargo no hay parte del equipo de un aeroplano que sea de más importancia
para su operación y vuelo continuo que las bujías.
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Cuando se considera que el mantenimiento inadecuado de un pequeño número de
bujías puede dar por resultado la pérdida de varias vidas y de un aeroplano que
cuesta mucho dinero es cuando se ve la necesidad de que las bujías sean
manejadas exclusivamente por personal experimentado y se les dé el mismo
cuidado que a otras partes más intrincadas del aeroplano.
Características estructurales.
El tipo de bujía universalmente usada para motores de gran potencia tiene
aislamiento de cerámica y consta de tres partes principales: el conjunto del núcleo.
La cubierta y el blindaje o sea él barril
El electrodo central es un conductor metálico que lleva el alto voltaje desde el
contacto superior al electrodo del, extremo inferior de la bujía. El extremo superior
del electrodo hace contacto con un resorte conductor que es parte de la terminal del
cable que viene del arnés. El electrodo central está aislado de las partes metálicas
adyacentes por un aislador de cerámica y la hermeticidad se logra por medio del
incremento resistente al calor.
Figura 49. Bujías
Bobinas
Componente de un circuito eléctrico formado por un alambre aislado que se arrolla
en forma de hélice con un paso igual al diámetro del alambre.
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Conjunto de la bobina.
La bobina consta de un núcleo de hierro laminado alrededor del cual se enrollan
los devanados primario y Secundario. La bobina se cubre con una capa de hule,
baquelita o tela barnizada. El condensador primario puede integrarse en la bobina
misma. Los extremos del núcleo sobresalen a ambos
Lados de la bobina y se aseguran a la parte superior de las extensiones de las
piezas polares con tornillos. Un extremo del primario generalmente se conecta a
una terminal en un lado de la bobina; desde esta terminal se lleva una conexión que
va a un contacto del muelle, al platino aislado y al condensador.
En caso de necesitarse sacar el cable que viene del interruptor de encendido al
magneto, la muelle automáticamente conecta a tierra y deja al magneto en situación
de “cortado". El otro extremo del primario, así como uno del secundario, se conectan
a tierra interiormente en el núcleo de la bobina
El extremo restante del secundario hace contacto eléctrico con el rotor del
distribuidor.
Bobinas de inducción.
Una bobina de inducción o transformador es un dispositivo empleado en los motores
de explosión. Para transformar por inducción. Corriente de baja tensión o bajo
voltaje. En corriente de mayor voltaje. Consiste en un núcleo de hierro dulce con un
enrollado primario y uno secundario; contando el primero con un dispositivo que
sirve para abrir y cerrar el circuito. Cuando se cierra el circuito primario. La corriente
que circula en él produce Líneas de fuerzas magnéticas que cortan el enrollado
secundario y producen en él fuerza electromotriz por inducción.
Si el circuito secundario está cerrado. En el circulara corriente mientras en el
primario aumenta la corriente desde cero a su máxima intensidad. Cuando se abre
el circuito primario. En el campo magnético que rodea al enrollado se contrae Y las
Líneas de fuerza cortan otra vez el enrollado secundario. Induciendo en él fuerza
electromotriz Y una corriente de sentido contrario al de la corriente anterior.
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En el enrollado secundario hay inducción siempre que cambia la intensidad de la
corriente del primario. En igualdad de circunstancias. La fuerza electromotriz
producida en el enrollado secundario depende del número de espiras. Para el
encendido del motor de explosión se emplea una fuerza electromotriz
suficientemente alta para ver que la corriente pase por los electrodos de la bujía y
produzca la chispa
Figura 50. Bobinas
Tapa fuegos
Esta es una cubierta que se encuentra en la parte trasera del motor que en caso de
que haya fuego en el motor no se valla hacia los parabrisas del piloto y se llegue a
quemar la cabina
Paneles acústicos (cubiertas del motor)
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Estas cubiertas protegen al motor de que les pueda entrar alguna cosa, así como la
protección de sus componentes que los pueda dañar. Esta también disminuye el
ruido del motor para que no salga.
Montantes
Estos son los que soportan todo el motor y aquí permanece el motor en estático,
estos están fijados en las paredes de las cubiertas del motor
Amortiguadores de vibración
Este Dispositivo que sirve para compensar y disminuir el efecto de choques,
sacudidas o movimientos bruscos en accesorios del avión, así como evitar las
vibraciones del motor a la hora de estar trabajando y provocar que se salga algún
componente.
SISTEMAS DE INDICACIÓN
En el tablero de un avión moderno existe gran cantidad de instrumentos de
diferentes formas y tamaños, que ofrecen un aspecto alarmante que puede sentir
desaliento al pensar que ha de aprender el funcionamiento de cada uno de los
aparatos de esa misteriosa colección. En realidad, la situación no es tan grave como
parece, pues por una parte los aviones actuales tienen dos o más motores y cada
uno requiere de un juego de instrumentos por separado y por otra parte un avión de
adiestramiento requiere solo unos cuantos instrumentos relativamente sencillos.
Cuando llega la necesidad de usar otros, la familiaridad con su uso se adquiere
automáticamente.
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El uso de los instrumentos en aviación y las 1 imitaciones del cuerpo humano hacen
imposible al piloto abarcar con solamente sus sentidos, todas las condiciones
climáticas y todos los dispositivos mecánicos que tienen que ver con el vuelo del
avión. Los instrumentos de aviación le dan una gran ayuda indicando estas
condiciones y así como las reacciones de los muchos mecanismos que hay. Las
carátulas de los diferentes instrumentos localizados frente a él en la mejor forma le
registran en todo momento variaciones en temperaturas, presión, velocidad, altitud,
dirección. Deriva y actitud; así como la condición mecánica del motor. Aún cuando
el piloto pueda tener la referencia de la tierra, puede con los instrumentos mantener
el vuelo, en forma correcta.
Estos instrumentos están formados por tres elementos:
A. Elementos sensitivos.
B. Elemento transmisor.
C. Acoplador.
C. Elemento indicador.
De acuerdo con la ubicación de ellos reciben el nombre de instrumentos de
indicación remoto. Instrumentos de indicación directa e instrumentos de indicación
indirecta.
Figura 51. Tablero de instrumentos en cabina de pilotos
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Mando del paso de la hélice o de las RPM
Este mando, que normalmente se parece mucho al mando de gases, sólo existe en
los aviones equipados con hélices de revoluciones constantes y casi siempre está
situado a la derecha del mando de gases. Adelantar el mando aumentará las RPM
y retrasar el mando las reducirá. Las RPM del motor y la hélice en cada momento,
se indican en un instrumento de la cabina, el tacómetro, que suele estar marcado
con las letras RPM y calibrado en cientos de RPM, es decir, que cada raya del dial
representa 100 RPM. Por tanto, una indicación de 25 significa que el motor y la
hélice están girando a 2.500 RPM.
Indicador de RPM
Proporciona las revoluciones por minuto del árbol del cigüeñal. La indicación de
RPM, junto con la de presión de admisión, proporciona la potencia desarrollada por
el motor, haciendo uso de las curvas de potencia para las condiciones de densidad
de altitud obtenida de las lecturas del altímetro barométrico y termómetro de
temperatura exterior.
Figura 52. Revoluciones por minuto del motor (RPM)
Operación del tacómetro
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El término tacómetro suele aplicarse a los instrumentos empleados para medir la
velocidad angular de un mecanismo en revoluciones por minuto. Muchos aviones
tienen tacómetros que miden el número de revoluciones del cigüeñal del motor.
El tacómetro es el instrumento que Sirve para indicar el número de revoluciones por
minuto que da el cigüeñal del motor.
Los tacómetros pueden ser de conexión mecánica con el motor por medio de un eje
flexible (chicote) o pueden estar conectados eléctricamente por medio de cables.
Un tipo de tacómetro de conexión mecánica es el centrífugo. Su funcionamiento
depende de la fuerza centrífuga, Cuya intensidad varía con la velocidad de rotación.
Este mecanismo es el m.1s sencillo. Consta principalmente de dos pesas que
fijadas a un eje, actúan Contra un resorte.
Cuando giran a mayor velocidad tenderán a separarse Y al mismo tiempo
comprimirán el resorte. Cuando giran a menor velocidad la fuerza centrífuga
disminuye y el resorte hará que se acerquen hacia el centro de rotación. Estos
movimientos de las pesas se transmiten a la aguja indicadora por medio de palancas
y articulaciones mecánicas.
Otro tipo de conexión mecánica con el motor es el de arrastre magnético, en el cual,
al recibir e1 movimiento a través del eje flexible se mueve un rotar de imán.
Este rotor gira dentro de un tambor y el tambor está en la misma flecha de la aguja
indicadora. Al girar el rotar dentro del tambor, trata de impulsarlo. Mientras más
fuerte sea el giro del rotor, con más fuerza se impulsará al tambor, al cual no lo deja
girar libremente una espiral del resorte.
Hay otro más de conexión mecánica, el cronométrico, que, al recibir también el
impulso del eje flexible, se mueve su mecanismo que es muy parecido al de un reloj,
puesto que tiene cuerda y escape. Entre más rápidamente gire el motor, más cuerda
se le dará, más rápido escapar y la aguja marcará más revoluciones por minuto.
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Figura 53.
Indicador de temperatura de admisión de aire al carburador
Las utilizaciones más importantes de esta indicación son:
Para determinar la influencia en la potencia de las variaciones de temperatura
respecto a los valores estándar.
Para indicar el grado de calefacción necesaria en la admisión de aire, y evitar así la
formación de hielo.
Para limitar la potencia por posible régimen detonante a elevada temperatura de
admisión de aire.
Normalmente, las indicaciones se expresan en °C.
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Figura 54.
Indicador de presión de admisión
En motores de carburación normal:
1. No sobrealimentados:
Su lectura proporciona el valor de la presión de la mezcla combustible/aire en el
colector de admisión, medida por lo tanto después de la mariposa del carburador, y
antes de la diversificación de los tubos de admisión para cada cilindro.
2. Sobrealimentados y turboalimentados:
Su lectura proporciona el valor de la presión de la mezcla combustible/aire en el
difusor del compresor de sobrealimentación.
En motores de inyección de combustible:
3. No sobrealimentados:
Su lectura proporciona el valor de la presión del aire en el colector de admisión,
medida, por lo tanto, después de la mariposa del carburador, y antes de la
diversificación de los tubos de admisión para cada cilindro.
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4. Sobrealimentados y turboalimentados:
Su lectura proporciona el valor de la presión de aire en el difusor del compresor de
sobrealimentación.
Normalmente, el valor de la presión de admisión se expresa en "Hg.
Figura 55.
Temperatura de cabeza de cilindro
(Elemento sensor de Temperatura de cabeza de cilindro)
En motores relativamente grandes, es de especial importancia conocer en todo
momento la temperatura a que están trabajando las cabezas de los cilindros. Para
esto se uso el termómetro de cabezas que trabaja con el principio del
Par termoeléctrico.
El par en este caso lo forman dos alambres de diferente metal unidos en sus
extremos. Al exponerse uno de los extremos al calor del motor (punto caliente), se
genera un voltaje muy bajo. En el otro extremo del par (punto frío) se coloca un
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indicador de ese bajo voltaje, sólo que está marcada su carátula en grados de
temperatura.
Figura 56. Indicador de temperatura de la cabeza del cilindro.
Elementos sensores de temperatura y presión de aceite
El instrumento registra en todo momento la temperatura del punto caliente.
Este indicador, en los aviones pequeños registra la temperatura del aceite que sirve
de referencia de la temperatura de operación del motor, puesto que, en la mayoría
de estos aviones, el motor es de colector húmedo y por lo tanto el mismo motor sirve
de depósito de aceite.
En los motores más grandes, solamente indica la temperatura a la que el aceite está
siendo suministrado al motor
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Figura 57.
Presión y flujo de aceite
Por lo general, el manómetro de aceite indica la presión del aceite proveniente de
la bomba en el motor. La presión del aceite es muy importante, ya que indica su
debida circulación. Observe el manómetro con cuidado particularmente al arrancar
el motor. Si no se lee una presión de aceite de inmediato, pare el motor. No hay
nada excepcional en una presión de aceite que sea más elevada de la normal
cuando el motor acaba de arrancarse. Esto se aplica particularmente a los motores
que tienen válvulas limitadoras de presión del tipo compensado. Este tipo de válvula
limitadora permite que la presión de aceite llegue a ser de 200 psi o más aún al
arrancar el motor, para que sea posible hacer pasar el aceite frió a través de las
tuberías de lubricación.
Sin embargo, la presión debe regresar a su valor normal tan pronto como la
temperatura del aceite en circulación llegue a ser normal.
En tiempo frió, el manómetro de aceite puede estar lento en indicar, debido a la
congelación del aceite en su tubería. Para corregir este defecto, purgue la tubería
del manómetro y llénela de líquido menos viscoso. Si el manómetro es del tipo de
conexión directa, purgue toda la tubería entre el manómetro y el motor. Si hay un
elemento transmisor de presión en la tubería, solo purgue la tubería entre este
elemento y el motor. Repita este procedimiento cuando el manómetro.
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Indicador de nivel de aceite.
La mayoría de los tanques tienen indicador de nivel. Sin embargo, hay aviones que
tienen indicador que señala el nivel de aceite durante el vuelo. Estas instalaciones
constan de un transmisor en el tanque y un indicador en la cabina. Son semejantes
a los indicadores eléctricos del nivel de combustible
Estos instrumentos trabajan por lo regular con el principio de tubos de Bourdon. Se
trata de un tubo curvado con un extremo cerrado y un extremo abierto fijo. Por el
extremo abierto penetra el líquido cuya presión se desea medir y como el extremo
cerrado tiene libertad para moverse, el tubo transmite determinado movimiento a la
aguja indicadora a través de una palanca. Las carátulas están graduadas en libras
por pulgadas cuadradas.
Figura 58. Indicador de nivel de aceite
Indicador de consumo de combustible
Proporciona la lectura correspondiente al contador de consumo horario de
combustible, o "Fluxómetro", en unidades de kgs/hora o libras/hora.
Esta indicación es de especial interés para el control de la operación de vuelo
(despegue, subida, crucero, descenso, operaciones en tierra y pruebas
funcionales).
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La indicación del consumo de combustible en conjunción con la velocidad indicada
del avión proporciona los datos necesarios para la determinación del alcance
específico base de los procedimientos de vuelo de crucero.
Figura 59.
1.7 OPERACIÓN DE PRUEBA EN TIERRA.
La presente unidad muestra las operaciones y los límites de operación del motor
Lycoming "Blue-Streak".
El modelo 0-360-A1F6 (al igual que los demás modelos) es de cuatro cilindros
opuestos horizontalmente), enfriados por aire, de mando directo, no
sobrealimentado, de tiro ascendente, colector húmedo con radiador, lubricado a
presión, encendido doble de alta tensión y hélice de velocidad constante.
Los cilindros de este motor están numerados alternativamente de derecha a
izquierda y de la parte frontal a la posterior, siendo el cilindro número UNO el
delantero del banco derecho. El motor y sus accesorios, que incluye los deflectores,
motor de arranque (marcha), el carburador, el alternador, el gobernador, la hélice,
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las bombas de combustible y vacío, los magnetos, el sistema de escape y demás
componentes, van instalados como una unidad.
Para mejorar el enfriamiento del motor, el modelo 177/Cardinal cuenta con dos
aletas de enfriamiento situadas en la sección inferior de la cubierta del motor y que
son controladas por un mando desde la cabina.
ESPECIFICACIONES DEL MOTOR
MODELO 0-360-A1F6
Diámetro interior de 1os cilindros 5.125"
Carrera del embolo 4.375"
Re1ación de compresión 8.5 a 1
Desplazamiento de motor 362.8 pulg3
Sentido de giro del cigüeñal (visto desde la cabina)
a la derecha
Punto de apoyo para montaje. Cuatro
Orden de encendido. 1- 3- 2- 4
Avance del encendido. 25°
Peso del motor (seco) 122. 2 Kg.
Eje de la hélice con brida
Capacidad de aceite (en el colector) 8 cuartos
Capacidad de aceite (con filtro exterior). 9 cuartos
Tolerancia en las punterías. 0.000"
Potencia de despegue (a nivel del mar) 180 HP a 2700 RPM
LIMITES DE OPERACIÓN DEL MOTOR
Temperatura de cabeza de cilindros
Máxima 260 ºC
Mínima 93 ºC
Operación 93º a 260 ºC
Presión de aceite
Maxima 100 PSI (lbs/pulg2)
Minima 60 PSI
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Minima en marcha lenta 25 PSI
Operación 60 a 90 PSI arco verde
Temperatura de aceite
Maxima 118ºC
Minima 40ºC
Operación 40 a 118 ºC arco verde
Presión de combustible
Maxima 8 PSI (lbs/pulg2)
Minima 2 PSI
Operación 2.8 PSI arco verde
Revoluciones del motor
Máxima 2700 RPM
Operación normal 2100 a 2500 RPM
Calentamiento 1000 RPM
Mínimas 650 RPM
Precaución Entre 1700 y 1900 RPM
Temperaturas de aire al carburador
Despegue (aun en tiempo frio) Sin aire caliente
En vuelo (entre los -15º y 21ºC) Use aire caliente para eliminar asperezas en el funcionamiento del motor por formación de hielo
-15º y 5ºC (Aguja fuera del arco amarillo en condiciones de formación de hielo)
Succión
Máxima 4.5 pulg. De mercurio
Mínima 4.6 in Hg
Operación 4.5 a 5.4 in Hg
PROCEDIMIENTOS DE ARRANQUE EN TIERRA
La prueba de motores o "ground check" se realiza normalmente en el área de espera
o "punto de espera". Muchos aeródromos tienen espacio suficiente en esta área
para que el calentamiento de motores y chequeo previo al despegue de un avión no
bloquee a los que vienen detrás, pero en aquellos que no disponen del mismo, se
debe procurar no retrasar innecesariamente a otros aviones, si es posible realizando
estas operaciones en otro lugar del aeródromo limpio y despejado. Este chequeo
conviene realizarlo si es posible con el avión enfrentado (aproado) al viento.
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En primer lugar, se pone el freno de mano, y seguidamente se comprueba que la
presión y temperatura del aceite del motor tienen valores normales (arco verde). La
presión del aceite debería tenerlos, pues nada más arrancar el motor se chequeó,
pero esta comprobación, aunque redundante es necesaria. Si no marca valores
normales algo grave debe suceder en el sistema de lubricación para que en el
tiempo que dura el rodaje la presión tenga valores anormales, así que se procede
volver lo más pronto posible y sin acelerones, a un lugar del aparcamiento para
apagar el motor antes de que pueda griparse.
Si la temperatura del aceite no ha alcanzado el arco verde, el motor está frío y habrá
que esperar a que tome la temperatura suficiente para realizar las pruebas. El
régimen de RPM adecuado para el calentamiento del motor es el especificado en el
chequeo "después de arrancar". El aceite tarda en alcanzar su temperatura normal
de operación unos cuatro minutos en tiempo cálido y seis minutos en tiempo frío,
aproximadamente, pero algunos pilotos lo apresuran algo con un poco más de RPM
o empobreciendo ligeramente la mezcla, cosa que como sabemos produce más
calor en el motor.
Una vez el motor tiene la temperatura adecuada, se comprueba que la palanca de
mezcla esté en posición de "full rich", y se abren gases paulatinamente hasta las
RPM indicadas en la lista.
En primer lugar, que todos los instrumentos del motor dan lecturas normales. En
caso negativo, volver al aparcamiento para resolver el problema o aparcar el avión.
Seguidamente, comprobar que el indicador de succión de la bomba de vacío da la
lectura indicada en la lista, entre 4 y 5 Hg dependiendo del avión.
Recordemos que la bomba de vacío es la que mueve los giróscopos, por ello la
importancia de su buen funcionamiento.
A continuación, pasamos a efectuar la prueba de magnetos.
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El chequeo para realizar consiste en comprobar que, con solo un magneto se activa
el motor y no baja de RPM más de lo especificado en la lista de chequeo, y que la
diferencia entre una y otra magneto no es superior a una dada.
Para realizar esta prueba, se gira la llave de magnetos un punto a la izquierda,
desde la posición BOTH a la posición L (Left), comprobando que la caída de RPM
no excede las especificadas, tras lo cual se vuelve a poner la llave en BOTH dejando
que el motor se recupere a las RPM iniciales (no tardará más de un segundo o dos).
Para el uso del otro magneto se gira de nuevo la llave, pero ahora dos puntos, desde
BOTH hasta la posición R (Right) chequeando de nuevo que la bajada de RPM no
supera las indicadas y además que la diferencia entre esta caída de RPM y la
anterior no es mayor a las dadas en la lista. Volver a poner la llave en BOTH.
Dos o tres segundos son usualmente suficientes para chequear cada magneto.
Figura 61. Componentes para el arranque del motor reciproco.
