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MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ
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Página
• MOTORES A PISTÓN
I - DESARROLLO DE LOS GRUPOS MOTOPROPULSORES............................... 2
II - MOTORES ALTERNATIVOS............................................................................... 3
III - COMPONENTES FUNDAMENTALES................................................................. 4
IV - CARBURACIÓN Y CARBURADORES................................................................ 9
V - ENCENDIDO......................................................................................................... 12
VI - LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN................................................................... 16
VII - CICLOS DE LOS MOTORES............................................................................... 23
VIII - RENDIMIENTO..................................................................................................... 26
IX - RIQUEZA DE LA MEZCLA.................................................................................. 29
X - INSTRUMENTOS DEL MOTOR........................................................................... 32
XI - DETONACIÓN Y PRE-IGNICIÓN......................................................................... 34
XII - INSTALACIÓN DE GRUPOS MOTOPROPULSORES........................................ 35
XIII - SISTEMAS DE ARRANQUE................................................................................ 36
XIV - SISTEMAS DE INYECCIÓN................................................................................. 37
• MOTORES A REACCIÓN
I - TEORÍA DE LA PROPULSIÓN............................................................................. 38
II - TIPOS DE MOTORES A REACCIÓN................................................................... 42
III - PARTES DE UN MOTOR A REACCIÓN.............................................................. 44
IV - SISTEMAS COMPLEMENTARIOS....................................................................... 49
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ
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MOTORES A PISTÓN
I - DESARROLLO DE LOS GRUPOS MOTOPROPULSORES.
• MOTOR DE COMBUSTIÓN: Elemento que produce movimiento a expensas de la
liberación de la energía de un combustible (máquina que transforma en movimiento
cualquier otra forma de energía).
Los primeros motores de aviación se desarrollaron basándose en los motores de los
automóviles, y por esto encontramos ciertas similitudes en ambos, como el sistema de
combustión interna y la búsqueda de la seguridad. Sin embargo los motores de los aviones
son fabricados con materiales más livianos, o con los mismos materiales que los motores de
los automóviles pero con una sección (espesor) más delgada para evitar exceso de peso, por
eso (además de la seguridad) es que requieren inspecciones con una periodicidad mayor
que los motores de los automóviles (cada cierto número de horas de funcionamiento).
Combustión Externa: Es cuando la energía se libera en presencia del medio ambiente,
como en los trenes a vapor, las calderas, los sopletes, las chimeneas, etc.
Combustión Interna: Es cuando la energía se libera en un medio sellado, como en los
motores de los automóviles y de los aviones (dentro de los cilindros).
MOTOR OPUESTO DE 4 CILINDROS
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II - MOTORES ALTERNATIVOS.
• MOTOR ALTERNATIVO: Es un motor de combustión interna, que alterna los movimientos
de sus partes componentes durante su funcionamiento. Puede ser:
- MOTOR LINEAL: Cuando se disponen los cilindros en línea.
- MOTOR EN V: Cuando se disponen los cilindros en forma de “V”.
- MOTOR EN X: Cuando se disponen los cilindros en forma de “X”.
- MOTOR EN ESTRELLA (Radial): Cuando se disponen los cilindros en forma de estrella
(cada estrella tiene un N°de cilindros impar, pero el motor tiene un N°par).
- MOTOR OPUESTO: Cuando se disponen los cilindros de forma que queden en lados
opuestos (como el motor del Piper PA-28).
* PA-28: Motor de 4 cilindros / O 360 / A4A ó A4M.
Opuesto de 360 pulg3
Modificaciones (Ref)
Pesa 294 Lbs con todos sus componentes.
* MEJORAS DEL MOTOR DEL AVIÓN, RESPECTO AL DEL AUTOMÓVIL:
1. Mejor rendimiento con menos peso; por el uso de materiales más livianos
(generalmente aleaciones), pero más eficientes.
2. Economía de combustible. Gasta menos, con mayor eficiencia y mayor potencia.
3. Reducción del área frontal (elementos fuselados y aerodinámicos), que ofrecen menor
resistencia al flujo del aire, generando más avance, menor consumo y mayor
rendimiento.
4. Aumento de la regularidad del funcionamiento y de la vida útil, bajo condiciones
atmosféricas extremas (calor - frío).
* EXIGENCIAS DE LOS MOTORES DE AVIACIÓN:
1. Rendimiento.
2. Duración.
3. Ausencia de Vibración.
4. Bajo peso x Caballos de Fuerza.
5. Costo Moderado.
6. Rendimiento Térmico (potencia), sin afectar los materiales que lo componen.
7. Facilidad de Conservación (mantenimiento).
8. Compacidad. (baja resistencia parásita / buena fuselación / rendimiento equilibrado
entre las altas temperaturas de la combustión y el sistema de enfriamiento).
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III - COMPONENTES FUNDAMENTALES.
• CÁRTER: Es todo el conjunto (bloque estructural) que sirve de base para el montaje
directo o indirecto de todos los elementos componentes del motor. Se divide en:
Cárter de Nariz: Está compuesto por la hélice y sus dispositivos de control.
Sección Principal o Motriz: Es la parte donde van alojados el cigüeñal y los cilindros.
Se conoce también como cárter de potencia.
Cárter de Accesorios: Es donde se instalan los accesorios del motor (magnetos,
bombas, etc.).
Sección de Montaje: Es la parte desde donde se fija el motor al fuselaje.
Cárter de Sobrealimentación: Es donde se ubica el turbo-alimentador (en motores
grandes) para darle potencia extra al motor.
Cárter de Aceite: Es donde se aloja el aceite del motor (y de las hélices, cuando son
de paso variable).
Hélice
Spinner
Cárter de Nariz Volante
.
Cilindros
Sección Principal o Motriz
(cárter de potencia)
.
Cárter de Accesorios Magnetos
COMPONENTES FUNDAMENTALES DEL MOTOR
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* El cárter puede ser seco o húmedo:
Cárter Seco: Es cuando el aceite del motor se aloja en un tanque aparte (cerca al
motor), y se comunica con éste por medio de líneas de conducción (o de presión) y de
retorno. Permite hacer maniobras extremas (acrobacias) y consume menos aceite,
porque no se quema casi nada en la combustión (es usado en aviones de turbina).
Cárter Húmedo: Es cuando el aceite se aloja en un tanque que forma parte del
conjunto del motor (como en el PA-28).
* La sección principal está dividida longitudinalmente en dos (2 tapas laterales) para facilitar
las labores de montaje y reparación del motor.
* El sistema de medición de aceite es una ballestilla (varilla marcada con niveles) pero no es
muy confiable (medida real), especialmente en el cárter húmedo, debido a que cierto
volumen de aceite se queda alojado entre las partes internas del motor.
• CILINDROS: Son espacios herméticos (cámaras selladas) de capacidad variable, donde
se desarrollan los 4 tiempos del ciclo del motor, denominado ciclo de otto (admisión,
compresión, expansión y escape). Se dividen en el barril (cuerpo) y la cabeza (culata).
Barril (cuerpo): Es el espacio donde se genera el movimiento de las piezas internas.
Es liviano (generalmente de acero o hierro fundido) y debe ser lubricado; se une al
cárter (estructura donde va el motor) por medio de espárragos (tornillos) y a la cabeza
por medio de una rosca.
Cabeza (culata): Normalmente es de aluminio, y es donde se encuentra un mayor
valor de presión. Sirve para alojar otros elementos como las bujías y las válvulas.
• CÁMARA DE COMBUSTIÓN: Abarca desde la pared interna de la cabeza o culata, hasta
el punto donde el pistón queda en el lado opuesto del cilindro.
• PISTÓN (émbolo): Es un elemento cónico (generalmente de aleaciones de aluminio), que
recibe y transmite la fuerza producida por los gases quemados hacia el cigüeñal. Una vez
se produce la combustión, el cigüeñal recibe un impacto mediante el movimiento
longitudinal del pistón. El pistón es cónico para permitir la expansión con el calentamiento.
Punto Muerto Superior (PMS): Es el punto donde el pistón alcanza su máximo
desplazamiento hacia arriba (hacia la culata).
Punto Muerto Inferior (PMI): Es el punto donde el pistón alcanza su máximo
desplazamiento hacia abajo (hacia el cigüeñal).
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• FONDO (cabeza) y FALDA: Son 2 partes del pistón que se diferencian por los efectos del
calentamiento; el fondo es la parte que recibe directamente el calor producido por la
combustión (cabeza), y se calienta hasta ± 500° C; la falda se calienta hasta 150° C.
(a mayor potencia, mayor calentamiento).
Tipos de Cabezas de Pistón: Plana - Cóncava - Convexa. La plana es la más eficiente
porque se ajusta mejor con las válvulas, pero produce más ruido.
• ANILLOS (segmentos): Son aros flexibles, que no son sellados completamente; los hay
de compresión de gases y de aceite. Son de materiales menos resistentes que el cilindro.
Anillos de Compresión de Gases: Normalmente van en la parte superior (2 ó 3), y su
función es la de mantener la compresión dentro del cilindro.
Anillos de Aceite: Sirven para dejar una película lubricante (de protección) en el
interior del cilindro. Unos lubrican (esparcen una capa de aceite) y otros retiran el
exceso de aceite.
* Problemas de los Cilindros:
1. Desgaste: - Genera problemas de compresión (se pierde potencia).
- Genera problemas de lubricación (se recalienta el cilindro).
2. Mala Colocación: - Genera problemas de escapes y de mala compresión.
* Referencias de los cilindros (colores según los servicios que han recibido):
AZUL = Cilindro Estándar (sin servicios de mantenimiento).
VERDE = 1ª Rectificada (10 milésimas de pulgada).
AMARILLO = 2ª rectificada (20 milésimas de pulgada).
NARANJA = Cilindro Cromado (es más resistente).
Válvula de Cabeza o Culata Válvula de
Admisión Escape
Cámara de Muelles
Combustión Anillos
Pistón Pin de la Biela
Aletas
Deflectoras
Biela
EL CILINDRO Y SUS PARTES
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• BIELA: Es el elemento del motor que transforma el movimiento longitudinal del pistón en
un movimiento circular hacia el cigüeñal. Es de los elementos que más cargas resiste, y
tiene 3 partes: cabeza, cuerpo y pie.
Cabeza: Es la parte que va unida al cigüeñal.
Cuerpo: Es la parte que recibe más esfuerzos; conecta la cabeza con el pie.
Pie: Es la parte que va unida al pistón a través del pin (normalmente es de acero).
Pin de la Biela: Es una especie de tornillo o pasador (pin) que une la biela con el
pistón (generalmente es de acero forjado).
* Los motores radiales tienen una biela maestra, y otras bielas auxiliares.
• VÁLVULAS (de distribución): Son elementos que abren y cierran el paso de la mezcla
de combustible/aire hacia la cámara de combustión y de los gases de escape hacia afuera
(al exhosto) respectivamente.
Válvula de Admisión: permite la entrada de la mezcla de combustible/aire a la
cámara de combustión. Es más grande, porque se requiere que entre la mayor
cantidad de mezcla posible en el menor tiempo y que sea de cierre rápido, para evitar
que se produzca el fire-back (fuego de retorno en las líneas de combustible).
Válvula de Salida (escape): Es más pequeña, pero más gruesa porque se calienta
más. Generalmente tiene una cámara sellada interna, llena con sales de sodio que le
ayudan a disipar el calor (refrigeración).
* Tipos de Válvulas:
Tulipán. Champiñón.
* Partes de las Válvulas:
Vástago Guía
Cuello
Cara
Asiento
Cabeza Muelles
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- Guía de la Válvula: Las válvulas tienen una guía (cilindro) que recubre el vástago para
que sólo tengan movimiento en su eje longitudinal.
- Asiento de las Válvulas: Es la parte que recibe la cabeza de la válvula y sella la cámara
de combustión del cilindro (generalmente es de cobalto, tungsteno o estelita).
- Muelles de las Válvulas: Son unos resortes (2 por cada válvula) que impiden la apertura
de las válvulas por histéresis, trepidación o por la depresión de los cilindros, y también
impiden que los elementos móviles se despeguen de su asiento. Tienen una tensión
(calibre) determinada para garantizar su seguridad (el muelle exterior es más grueso).
• CIGÜEÑAL: Es la parte del motor que recibe la potencia desarrollada por cilindros a
través de las bielas. Normalmente es hueco para aligerar peso, y para servir de conducto
para pasar aceite hacia los gobernadores de las hélices de paso variable. El movimiento
del cigüeñal se aprovecha para mover la hélice y para mover otros elementos del motor
como el árbol de levas, los magnetos, la bomba de combustible, la bomba de vacío, etc.
• ÁRBOL DE LEVAS: Es un eje que está unido al cigüeñal por medio de piñones (gira a la
mitad de las revoluciones del cigüeñal en los motores de 4 tiempos), y mueve las levas,
quienes controlan la apertura y cierre de las válvulas de distribución por medio de un
mecanismo de transmisión del movimiento (cigüeñal - árbol de levas - levas - botador -
varillas impulsoras - balancines - válvulas). El punto más débil de este sistema son las
varillas impulsoras, y es allí donde se presentan la mayoría de problemas por desgaste y
por fatiga del material.
Botador
Varillas Impulsoras Árbol de Levas
Levas
Balancines
Válvulas
Cigüeñal
Pistón
Aletas Deflectoras Biela
COMPONENTES DEL MOTOR
• REDUCTOR DE VELOCIDAD DE LA HÉLICE: Es un conjunto de engranajes (piñones)
dispuestos entre el cigüeñal y la hélice, que reducen la velocidad de giro de ésta con
respecto a la velocidad de giro del cigüeñal. El mantener altas RPM en el cigüeñal
aumenta la potencia del motor, y al reducir las RPM en la hélice se mejora su rendimiento
(tracción), especialmente porque se evita la generación de una resistencia exagerada en
sus extremos.
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IV - CARBURACIÓN Y CARBURADORES.
• CARBURACIÓN: Es la operación física que tiene como objetivo formar la mezcla de
combustible y aire óptima para su expansión en las cámaras de combustión de los
cilindros del motor.
Para motores de avión, una buena carburación se caracteriza por:
1. El arranque del motor debe ser fácil.
2. El tiempo de calentamiento del motor hasta adquirir las temperaturas normales de
funcionamiento, debe ser corto.
3. El funcionamiento del motor en marcha lenta (al ralentí) debe ser regular (sin
intermitencias).
4. El motor debe responder rápidamente y sin fallos a las aceleraciones.
5. Debe obtenerse alta potencia con altas RPM (para despegues y ascensos).
6. Debe tenerse un consumo moderado en los regímenes continuos y debe obtenerse
también alta potencia con una mezcla pobre (en el vuelo de crucero).
• CARBURADOR: Es el elemento del motor destinado a dosificar la mezcla de
combustible/aire en las proporciones requeridas para la combustión adecuada dentro de
los cilindros.
Tipos de Carburadores: - Por Aspiración (o depresión): Utilizados en motores de baja
potencia. No permiten vuelos invertidos (como el del PA-28).
- Por Inyección: Utilizados en motores de gran potencia (en
aviones de turbina y de acrobacia).
El carburador por aspiración funciona mediante el movimiento de una válvula (válvula de
mariposa) que regula el paso de la mezcla de combustible/aire a través del carburador, en
donde se genera una succión (por pérdida de presión).
El carburador tiene una entrada de combustible (provista de una válvula anti-retorno), la cual
llena una cámara de volumen constante que tiene un pequeño flotador para controlar su
volumen (como un tanque de sanitario); por medio de un surtidor principal, el combustible
pasa de la cámara hacia el pulverizador, que tiene un orificio pequeño por donde pasa el
combustible a gran velocidad, se pulveriza y se mezcla con el aire de impacto.
Alrededor del pulverizador el carburador tiene la forma de un tubo vénturi, para crear una
disminución de presión que facilite la succión y la mezcla de combustible/aire; luego hay una
válvula de mariposa, que es accionada por el mando de gases (acelerador), y regula la
cantidad de mezcla que entra al motor (regula la potencia).
El carburador se adhiere al motor por medio de un adaptador de fijación (con tornillos).
Para que el motor no se apague cuando el acelerador está cerrado (mínimas RPM), el
carburador tiene un surtidor auxiliar, que alimenta al motor con pequeñas cantidades de
combustible cuando se cierra la válvula de mariposa (acelerador cerrado), y se mezcla con el
aire que es regulado por un tornillo de regulación auxiliar.
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Para garantizar una mezcla suficientemente rica (potencia adicional) en los momentos
iniciales de una aceleración (despegues y ascensos), el carburador posee una pequeña
cámara auxiliar, denominada bomba de aceleración o surtidor compensador, que se llena
con un poco de combustible cuando el acelerador se reduce y lo inyecta directamente al lado
del pulverizador (en el tuvo vénturi) al acelerar, mediante el desplazamiento de un pequeño
pistón que funciona como el émbolo de una jeringa.
Fijación al Motor
Válvula de Mariposa
Entrada de
Combustible
Tubo Vénturi
Cámara de (mezcla)
Volumen
Constante Surtidor Principal
Flotador
Aire
CARBURADOR
* Problemas:
Los problemas que presenta el carburador se deben a la formación de hielo en su interior.
Generalmente para la formación de hielo se requieren temperaturas externas de 5° C ó
menos, y que haya humedad en el ambiente (aunque se puede presentar con temperaturas
mayores).
La formación de hielo en el carburador se evita y/o soluciona mediante la acción del
calentador del carburador, que cierra la entrada de aire de impacto (frío) y abre la entrada de
aire caliente hacia el carburador, lo cual derrite el hielo en su interior. Al entrar el aire
caliente (que es menos denso que el frío) se produce una pérdida en las revoluciones y en la
potencia del motor, debido al enriquecimiento de la mezcla (por la disminución de la cantidad
de oxígeno); por eso se debe ajustar (empobrecer) la mezcla (por EGT) luego de accionar el
calentador del carburador.
• PRIMER: Es una bomba mecánica (accionada manualmente), que inyecta combustible
directamente al 1er
cilindro, antes de encender el motor en climas fríos, para garantizar una
mezcla óptima en el encendido del motor. Si se usa con el motor encendido, lo inunda y
éste se puede apagar.
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* Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Fijo:
- Acelerador (palanca negra): Controla la válvula de mariposa, o sea el paso de la mezcla
de combustible/aire hacia el motor = controla la potencia (RPM).
- Mezcla (palanca roja): Controla la entrada de combustible hacia el carburador, lo cual
determina la relación combustible/aire.
Acelerador
Mezcla
Controles del Motor (con hélices de paso fijo)
* Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Variable:
- Manifold (palanca negra): Controla la presión del aire que entra a los cilindros (” Hg),
regulando así la potencia (acelerador).
- RPM (palanca azul): Regula las RPM de la hélice, que son diferentes a las del cigüeñal.
- Fuel Flow (palanca roja): (Flujómetro) Regula la cantidad de combustible que entra a los
cilindros (Gln/hr ó Lbs/hr).
RPM
Manifold
Fuel Flow
Controles del Motor (con hélices de paso variable)
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V - ENCENDIDO.
• SISTEMA ELÉCTRICO: Es un sistema que produce, almacena, regula y distribuye la
energía eléctrica necesaria para el encendido del motor y para el funcionamiento de los
equipos eléctricos del avión.
Componentes: Accesorios:
- Alternador de 14 V y 60 Amperios. - Bomba eléctrica de combustible.
- Batería de 12 V. - Motor de arranque.
- Regulador de Voltaje. - Alarma de pérdida.
- Relevo de sobrevoltaje. - Encendedor de cigarrillos.
- Relevo del master. - Medidor de combustible.
- Amperímetro.
- Panel anunciador.
- Luces.
• Funcionamiento: Con el movimiento del motor se pone marcha el alternador, que
produce energía eléctrica para mantener cargada la batería (la almacena por medio de un
proceso químico), que luego la distribuye a los equipos eléctricos del avión y al motor de
arranque en el momento del encendido.
• Encendido: La única relación del sistema eléctrico con el motor se presenta en el
momento del encendido, cuando la batería le pasa 0,3 voltios al motor de arranque para
poner en marcha la volante y con ella a todo el sistema del motor, incluyendo al alternador
y a los magnetos, quienes son los encargados de generar la corriente eléctrica que va
hacia las bujías para realizar la combustión de la mezcla de combustible/aire dentro de los
cilindros.
• Generador de Corriente: Elemento que mantiene los electrones en circulación constante
• ALTERNADOR: Es un dispositivo que convierte la energía mecánica en eléctrica para
mantener la carga de la batería.
• MAGNETO: Es un elemento encargado de generar corriente para las bujías. Todo motor
tiene dos (2) magnetos por seguridad y para mejorar el rendimiento.
* Funciones de los Magnetos:
1. Transformar el movimiento mecánico (del cigüeñal) en corriente de baja tensión, por
medio del proceso de inducción electromagnética (a través de una bobina).
2. Generar corriente de alta tensión para las bujías (en el momento del salto de la
chispa).
3. Distribuir la corriente hacia las bujías.
4. Vencer los gases comprimidos entre los electrodos de las bujías, dentro de los
cilindros.
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Enrollamiento (en alambre de cobre)
Inducido (núcleo de hierro)
Distribuidor
Inductor (imán)
Condensador Distribuidor (a las bujías)
PARTES DEL MAGNETO
* Partes del Magneto:
1. INDUCTOR (imán).
2. INDUCIDO (núcleo de hierro).
3. RUPTOR (suiche que interrumpe el flujo de baja tensión en el salto de la chispa).
4. DISTRIBUIDOR (zapata que distribuye la corriente hacia las bujías).
5. DISPOSITIVOS AUXILIARES:
- CONDENSADOR: Almacena corriente de baja tensión.
- DISPARADOR: Elemento de algunos motores radiales, ubicado sólo en el magneto
izquierdo, que lo acelera durante el arranque para que produzca la chispa.
* Funcionamiento: Con el movimiento del motor, se mueve el inductor del magneto (imán)
por medio de piñones, haciendo que las líneas de fuerza (de los ejes N+ y S-) atraviesen el
enrollamiento generando energía eléctrica de Baja Tensión, que va hacia el condensador
para ser liberada en el momento del salto de la chispa hacia las bujías. Cuando el inductor
gira, alterna las líneas de fuerza (que siempre van de N+ a S-) a través del inducido (núcleo
de hierro), y cuando éstas pasan en sentido contrario por el enrollamiento producen energía
de Alta Tensión.
N S Se produce energía S N Se produce energía
de Baja Tensión. de Alta Tensión.
S N N S
Flujo de las líneas de fuerza a través del inducido (núcleo de hierro) del magneto.
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La batería sólo le pasa
0,3 Voltios al arranque
para el encendido; pero son los 2 1
magnetos los que generan y le
pasan la corriente a las bujías.
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* El orden de encendido de los
cilindros es: 1, 3, 2 y 4.
MOTOR Y MAGNETOS
• BUJÍAS: Son elementos encargados de introducir la chispa en la cámara de combustión
para incendiar la mezcla de combustible/aire.
Las bujías se refrigeran por aire de impacto, y controlan su temperatura de 3 formas:
1. Por el área de la bujía expuesta a la llama: Mientras más adentro esté la bujía, más se
calentará.
2. Por el área de la bujía expuesta al aire de impacto.
3. por el aislamiento térmico de la bujía: Depende de la calidad del aislamiento
(cerámica) que tenga la bujía y de su estado (que no esté fisurada o rota).
Tuerca
Electrodos
Conexión
(con un cable desde
el magneto) Rosca Aislamiento (cerámica)
* Fallas comunes de las Bujías:
1. Ensuciamiento: Por acumulación de carbón entre los electrodos.
2. Autoencendido: Por exceso de calor de la bujía y la presencia de mezcla en la
cámara de combustión.
3. Falla del Aislamiento: Ruptura de la cerámica, lo cual puede producir un corto
circuito o recalentamiento.
4. Quemadura de los Electrodos: No se produce chispa.
5. Distancia entre los Electrodos: Si están muy separados, no se produce chispa.
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Tipos de Bujías......................................CALIENTE...................MEDIA..................... FRÍA
Efectividad del Aislamiento...................... Baja....................... Media.................... Alta
Resistencia a la Temperatura................... Baja....................... Media.................... Alta
Potencia del Motor..................................... Baja....................... Media.................... Alta
NOTA: Una bujía buena produce chispa de color azul. Una bujía defectuosa
produce chispa de color amarillo.
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VI - LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN.
A. LUBRICACIÓN: Operación de carácter físico cuyo objetivo es evitar el contacto entre las
piezas mecánicas, logrando así disminuir su temperatura y su desgaste.
• Viscosidad: Es la fuerza que se opone al movimiento de un fluido.
* Según su origen, los lubricantes pueden ser:
1. Vegetales o Animales: No se usan en mecánica (aceites de cocina).
2. Minerales: Son los más usados, ya que tienen un alto punto de inflamación (resisten
altas temperaturas sin quemarse).
3. Sintéticos: Son desarrollados en laboratorios, según las necesidades que se tengan.
* Según sus propiedades físicas, los lubricantes pueden ser:
1. Sólidos: Lubrican y permiten movimiento sobre ellos, como el grafito.
2. Semi-Sólidos: Como gelatinas (grasas).
3. Fluidos: Como los aceites.
* Funciones de los lubricantes:
- Lubricar.
- Evitar el desgaste.
- Refrigerar.
- Servir de anti-oxidante.
- Servir de sellante.
- Brindar aseo al motor.
Los lubricantes se almacenan el en cárter de aceite (húmedo o seco).
* COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ACEITE:
1. Cárter (húmedo o seco).
2. Bomba de Presión.
3. Líneas de Aceite (en el cárter seco).
4. Válvula de Presión.
5. Válvula de Relevo.
6. Termostatos.
7. Indicadores de Presión.
8. Indicadores de Temperatura.
9. Enfriador.
10.Filtro.
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* FORMAS DE DISTRIBUIR EL ACEITE:
1. Por Salpique: Con el movimiento del cigüeñal, las contrapesas se humedecen con
aceite y lo salpican al resto del motor.
2. Por Presión: El aceite es succionado desde el cárter por una bomba, que lo impulsa a
través del filtro (tienen un bypass por si se obstruye), luego sube por los cojinetes
(rodamientos) del cigüeñal a alta presión y se distribuye por el interior del motor;
finalmente va hacia el termostato, que lo dirige al enfriador cuando está muy caliente o
lo devuelve al cárter cuando no está muy caliente.
• N° SAMBOLT: Mide la viscosidad, mediante un mecanismo que mide el tiempo que se
tardan 60 cm3
de aceite en fluir a través de un orificio, estando a 130°F y a 200°F.
• SAE: Society of Automotive Engineers. (es diferente al N°Sambolt).
VISCOSIDAD
SAE
TIEMPO (seg) a 130°F
MÍNIMO MÁXIMO
TIEMPO (seg) a 200°F
MÍNIMO MÁXIMO
10 90 + 120
20 120 + 195
30 180 + 255
40 255 + 80
50 80 + 105
60 105 + 125
70 125 + 150
Unígrado (monogrado): Denominación para un aceite que sólo resiste un rango (SAE).
Multígrado: Denominación para un aceite que resiste varios grados (SAE).
• ADITIVOS: Son compuestos químicos que se agregan a los lubricantes para mejorar sus
propiedades, tales como:
- Aseo del Motor.
- Estabilidad del Aceite.
- Fuerza de la Película Lubricante.
- Punto de Inflamación.
- Espumación del Aceite.
NOTA: Cuando una aceite se denomina con la letra W, significa que tiene aditivo
anti-congelante.
* CAUSAS DEL CONSUMO DE ACEITE:
1. Fugas.
2. Quemado.
3. Desagüe (a través del respiradero).
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* El Filtro de Aceite es un buen indicador del estado y del funcionamiento del motor, ya que
si contiene limalla (partículas metálicas) significa que hay fricción entre las piezas:
- La limalla pequeña indica desgaste de anillos.
- La limalla mediana o grande indica desgaste de los piñones o problemas de
lubricación.
* PROBLEMAS DE SISTEMA DE ACEITE:
1. Fluctuación en las Indicaciones: Se presentan porque el medidor está fallando o
porque hay aire en las líneas.
2. Baja Presión: - Instrumento defectuoso.
- Alta temperatura.
- Falta de aceite (por fugas o por falla de la bomba).
- Aceite con baja viscosidad.
3. Alta Presión: - Instrumento defectuoso.
- Baja temperatura.
- Bomba defectuosa.
- Aceite con alta viscosidad.
B. REFRIGERACIÓN DEL MOTOR: Los motores están diseñados para trabajar hasta
ciertas temperaturas, debido a la resistencia térmica de sus materiales componentes; si
éstas temperaturas máximas son excedidas se puede presentar debilitación de las
cabezas de los cilindros, recalentamiento y fundición del cilindro y/o del pistón, y
detonación (explosiones sin control de la mezcla combustible/aire).
Medios de Enfriamiento:
1. Por Agua: Es un sistema que requiere de: Un tanque de almacenaje (limitado), líneas
de conducción y una bomba; todos estos componentes lo hacen muy delicado, ya que
se pueden generar fugas, puede producirse congelamiento del agua, pueden oxidarse
las partes, y además se genera mucho peso adicional para el motor.
2. Por Aire: Es un sistema mucho más simple y más seguro, que sólo requiere de: Una
superficie expuesta (tomas de aire), dirigir el aire hacia donde se requiera (aletas
deflectoras y baffles) y una manera de proveer el flujo de aire (con el movimiento del
avión y con la hélice), por lo cual es el sistema de enfriamiento más usado en
aviación.
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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• Una turbina sólo consume el 25 % del aire que le entra en la combustión, el 75 % restante
se emplea para enfriar sus componentes.
• El régimen de enfriamiento varía directamente con la diferencia de temperatura entre las
superficies metálicas y el aire del medio ambiente (a mayor altitud el enfriamiento es más
rápido porque el aire es más frío).
• Las aletas deflectoras alrededor de los cilindros dirigen el flujo del aire para que el
intercambio de calor sea más eficiente.
• Del 100 % del aire de impacto que enfría al motor, las aletas deflectoras emplean
aproximadamente un 10 % para enfriar sólo los cilindros.
Entradas de Aire Entradas de Aire
AIRSCOOP o AIRSCOOP o
INLETS INLETS
Vista Frontal
Vista en Planta Vista Lateral
COWLFLAP
BAFFLES (operable desde la cabina)
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• HÉLICE: Elemento del motor que transforma la potencia en empuje o tracción.
* Tipos de Hélices:
1. De Paso Fijo: Tienen un ángulo fijo para entrar en el aire, por lo cual sólo se obtiene
su máximo rendimiento en vuelo de crucero. Las revoluciones de la hélice son las
mismas del cigüeñal.
2. De Paso Ajustable en Tierra: Se puede ajustar su ángulo, pero sólo en tierra.
3. De Paso Variable Ajustable en Vuelo: Son llamadas también de velocidad
constante, ya que se les puede cambiar el ángulo en vuelo, y tienen un mecanismo
que controla su velocidad (para que sea constante). Las revoluciones de la hélice son
diferentes a las del cigüeñal.
• Sistema de Perfilamiento (Feather): Perfilar o embanderar una hélice consiste en ajustar
su ángulo de manera que el aire de impacto no le genere rotación. Se usa en vuelo en
caso de falla del motor (para evitar resistencia), y en tierra para que la hélice se detenga
rápidamente al apagar el motor.
NOTA: Los motores sin conexión mecánica entre la hélice y la turbina se embanderan
al apagar los motores; pero los que tienen eje fijo no se deben embanderar,
porque el esfuerzo que debe hacer el motor para desembanderarlas en el
momento del encendido, puede causar recalentamiento del motor.
• Diámetro de la Hélice: Para determinar el diámetro de una hélice se debe tener en
cuenta:
1. La separación necesaria del suelo.
2. La resistencia de las palas contra la flexión y la fuerza centrífuga.
3. La presencia de un gran fuselaje.
4. Su rendimiento (tracción / empuje).
Normalmente las hélices de paso variable tienen un sistema de control de sobre-velocidad
(overspeed), que les cambia el ángulo (REVERSO). Este sistema también se utiliza al
aterrizar (después de poner ruedas en la pista) para ayudar a frenar el avión.
• TORQUEO: Es la tendencia de los monomotores de girar a la izquierda (en sentido
contrario a la dirección en que gira la hélice), y es debido a:
1. La hélice gira en sentido de las manecillas del reloj, por lo cual la rueda izquierda es
presionada con más fuerza sobre la pista, generándole una fricción mayor (se frena un
poco).
2. El aire impulsado por la hélice fluye a lo largo del avión en un movimiento de espiral, y
golpea el timón de dirección (rudder) por el lado izquierdo.
3. Cuando la pala de la hélice desciende (al lado derecho del avión) adquiere una
velocidad un poco mayor que cuando sube (a lado izquierdo del avión) porque se le
suma el efecto de la fuerza de gravedad, lo cual hace que el empuje o tracción que se
produce al lado derecho del avión sea ligeramente mayor al que se produce al lado
izquierdo (P-Factor).
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El torqueo se presenta generalmente durante los despegues, en ascensos con poca
velocidad y mucha potencia o volando con un gran ángulo de ataque, y se contrarresta
empleando el pedal derecho y el compensador.
Hélice
Torqueo
TORQUEO
NOTA: En los aviones multimotores se puede eliminar el torqueo empleando motores
contra-rotatorios (las hélices giran en sentidos contrarios).
• FALLAS DEL MOTOR: El motor de un avión puede fallar por diversas causas, y por eso
nadie que no esté debidamente autorizado (mecánicos) debe manipular ninguna de sus
partes componentes. Sin embargo todo piloto debe conocer el funcionamiento del motor
del avión que opera, y debe poder reconocer las causas de algunas fallas para tomar
medidas correctivas desde la cabina y/o para informar al servicio de mantenimiento.
FALLA POSIBLES CAUSAS
1. El motor no arranca. - Falta de combustible (válvula cerrada).
- Fallas en el sistema de encendido.
- Daño interno grave (hélice atrancada, partes
fundidas o aceite congelado).
2. El motor se siente pobre estando en
máximas RPM.
- Mal ajuste de la mezcla de combustible/aire.
3. El motor se siente acelerado estando
en mínimas RPM.
- Mal ajuste de la mezcla de combustible/aire.
4. Mal funcionamiento en mínimas
(vibración).
- Fallas en el surtidor auxiliar (en el carburador).
5. Mal funcionamiento al acelerar. - Fallas en el surtidor compensador (en el
carburador).
6. Vibración fuerte. - Mal ajuste de la mezcla (cada 5.000 ft).
- Amortiguadores gastados, flojos o
desbalanceados.
- Fallas en la hélice (desbalanceada).
- Hielo en el carburador.
7. Motor parado después de un corto
período de funcionamiento.
- Falta de combustible (válvula cerrada).
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• Tuberías del Motor: Para una rápida identificación de las tuberías del motor (y del avión
en general) se han estandarizado ciertos colores, según el fluido que transporten así:
ROJO COMBUSTIBLE.
AMARILLO ACEITE LUBRICANTE.
AZUL - AMARILLO - AZUL ACEITE HIDRÁULICO.
BLANCO - VERDE CLARO VACÍO (Succión)
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VII - CICLOS DEL MOTOR.
• CICLO DE OTTO: ADMISIÓN - COMPRESIÓN - EXPANSIÓN (explosión) - ESCAPE.
A. CICLO TEÓRICO:
1. ADMISIÓN: El pistón se mueve del punto muerto superior (PMS) al punto muerto
inferior (PMI), y se abre la válvula de admisión para permitir la entrada de la mezcla.
2. COMPRESIÓN: Con ambas válvulas cerradas, el pistón se mueve del PMI al PMS
comprimiendo así la mezcla.
3. EXPANSIÓN (explosión): Cuando el pistón llega al PMS, la bujía suelta una chispa
provocando el incendio de la mezcla (combustión), lo cual empuja al pistón hacia el
PMI. (este es el único movimiento que genera trabajo útil para el motor).
4. ESCAPE: El pistón va del PMI al PMS, mientras se abre la válvula de escape para
dejar salir todos los gases (residuos) de la combustión;..... y comienza un nuevo ciclo.
ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPANSIÓN ESCAPE
(explosión)
NOTA: El cigüeñal gira dos (2) vueltas completas, y el cilindro pega dos (2)
veces en cada ciclo completo.
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B. CICLO REAL:
1. ADMISIÓN: El pistón se mueve del punto muerto superior (PMS) al punto muerto
inferior (PMI), y se abre la válvula de admisión para permitir la entrada de la mezcla.
2. COMPRESIÓN: Cuando el pistón comienza a moverse del PMI al PMS para
comprimir la mezcla, la válvula de admisión continúa abierta (Retardo Cierre de
Admisión - RCA) para lograr un mejor llenado de la cámara de combustión con
mezcla. El pistón sigue moviéndose hacia el PMS y la válvula de admisión se cierra.
Antes de que el pistón llegue al PMS, la bujía suelta una chispa provocando el
incendio de la mezcla (Avance de Encendido - AE) para quemar toda la mezcla que
está en la cámara y optimizar la combustión.
3. EXPANSIÓN (explosión): La combustión empuja al pistón hacia el PMI, pero antes
de que llegue allí (al PMI) se abre la válvula de escape (Avance Apertura Escape -
AAE) para lograr evacuar rápidamente todos los gases (residuos) de la combustión).
4. ESCAPE: Cuando el pistón va del PMI al PMS se abre la válvula de admisión
permitiendo el ingreso de mezcla (Avance Apertura Admisión - AAA) generando el
traslapo de válvulas, que ayuda a hacer un barrido completo de los gases de
escape, mejora la eficiencia del llenado con mezcla del cilindro y ayuda a refrigerarlo
un poco; con ambas válvulas abiertas se inicia un nuevo ciclo (Retardo Cierre Escape
- RCE), y luego se cierra la válvula de escape,..... y se repite el ciclo real.
4. AAA traslapo PMS 5. RCE
2. AE
Escape Compresión Admisión Expansión
1. RCA 3. AAE
PMI
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Salto de la Chispa (AE)
Presión Expansión
Compresión
Admisión (AAE)
Escape
Volumen de la Cámara de Combustión
• Los motores DIESEL también tienen 4 tiempos, pero no requieren de bujías, debido a que
la mezcla con diesel se incendia por la presión y la fricción generada dentro de la cámara
de combustión (Son de bajo octanaje).
• Recientemente la empresa PEUGEOT ha estado experimentando con un motor diesel
nuevo que aparentemente tiene 5 tiempos, en el cual los gases de escape pasan primero
por un sistema de filtro que recicla los residuos que todavía pueden ser aprovechados en
otro ciclo de combustión (este sería el 5°tiempo, denominado regeneración de partículas).
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VIII - RENDIMIENTO.
• RELACIÓN DE COMPRESIÓN: Es la relación que hay entre el volumen total del cilindro y
el volumen de la cámara de combustión.
RC = VTC * En el Piper PA - 28 es ± de 7
VCC 1
• RÉGIMEN DE POTENCIA: Está dado por la relación:
PLANK Indicado en Caballos de Fuerza (HP)
33.000
Donde: P = Presión (en PSI).
L = Longitud de la carrera del cilindro (en pulgadas).
A = Área del cilindro (en pulg.2
).
N = Número de RPM.
K = Número de cilindros del motor.
* La potencia nace por la presión generada dentro del cilindro (en la cámara de combustión)
* El Piper PA - 28 tiene una relación de compresión de 100 a 105 PSI en cada cilindro con el
motor nuevo, y luego está entre 80 y 90 PSI.
• ALTITUD CRÍTICA: Es el nivel más alto en el cual un motor mantendrá su rendimiento,
expresado en RPM.
* DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS:
1. Take Off Power (Potencia de Despegue): Es la máxima potencia (certificada) que
entrega el motor en el despegue, según las condiciones atmosféricas. Normalmente
se limita a 5 minutos, extensible hasta 10 minutos en caso de falla de un motor.
2. Go Around Power (Potencia de Sobrepaso): Es la máxima potencia para realizar un
sobrepaso (limitada por las condiciones atmosféricas).
3. Flexible Take Off Power (Despegue con Potencia Reducida): Se puede despegar
hasta con un 25% menos de la potencia de despegue necesaria (lo cual alarga la vida
útil de los motores), pero está limitada por las condiciones atmosféricas, las
condiciones de la pista (longitud, pendiente, obstáculos) y por limitaciones de la
máquina (fallas). Está prohibido el despegue con potencia reducida en pistas
contaminadas (húmedas, de tierra, etc.).
4. Maximum Continous Power (Potencia Máxima Continua): Es la máxima potencia
que se puede mantener continuamente (sólo utilizable en caso de falla de un motor).
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5. Maximum Climb Power (Potencia Máxima de Ascenso): Es la máxima potencia que
entrega el motor para realizar un ascenso normal (limitada por las condiciones
atmosféricas).
6. Maximum Cruise Power (Potencia Máxima de Crucero): Es la potencia normal
(necesaria) para volar en configuración de crucero.
• IHP - Indicated Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que genera el cilindro en el
momento de la combustión.
• BHP - Brake Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que el motor le entrega a la
hélice para generar tracción o empuje.
• FHP - Friction Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que se pierden por el
movimiento y la fricción de las partes móviles del motor y sus accesorios. Es la
diferencia entre IHP y BHP.
(FHP = IHP - BHP).
IHP
BHP
FHP
• IHP se relaciona con IMEP (Indicated Mean Effective Pressure).
• BHP se relaciona con BMEP (Brake Mean Effective Pressure).
• FHP se relaciona con FMEP (Friction Mean Effective Pressure).
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Para medir la potencia de un motor se utiliza un Freno Prony, que es un sistema que mide la
fuerza necesaria para detener el giro del eje del motor (en Libras Fuerza).
Eje del Motor Lbs.
Balanza
FRENO PRONY
• IHP = PLANK (en PSI)
33.000
Donde: P = Presión (en PSI).
L = Longitud de la carrera del cilindro (en pulgadas).
A = Área del cilindro (en pulg.2
).
N = Número de RPM.
K = Número de cilindros del motor.
• BHP = BMEP x RPM (en PSI)
K
• BMEP = BHP x K
RPM
• RPM = BHP x K
BMEP
Donde: K = 792.000
Cilindrada del Motor
• Cilindrada Unitaria: Es el volumen de un cilindro cuando el pistón está en el PMI.
• Cilindrada Total: Es la sumatoria de las cilindradas unitarias de un motor.
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IX - RIQUEZA DE LA MEZCLA.
* MEZCLA: Es la relación de combustible/aire con la cual funciona un motor de combustión
(las proporciones se miden en peso).
Mezcla Estequiométrica
Potencia Máxima Máxima
Economía Potencia
No trabaja No trabaja
el motor el motor
1/22 1/16 1/15 1/12 1/7
Mezcla
* Mezcla Estequiométrica: Es la mezcla en la cual todo el aire y todo el combustible se
queman en el proceso de combustión (1/15).
• AJUSTE DE LA MEZCLA: El avión está provisto de un control de mezcla para que el
piloto pueda ajustar la cantidad de mezcla de combustible/aire que entra al motor cuando
sea necesario. El control de mezcla de la cabina opera una válvula ubicada entre el
flotador y el inyector principal de salida dentro del carburador, la cual controla el flujo de
combustible que va al inyector principal para ajustar la mezcla. Con el control de mezcla
en la posición CORTADA (Idle-cut-off) o “pobre”, la válvula está completamente cerrada.
* Razones para ajustar la mezcla: Un correcto empobrecimiento de la mezcla hará que el
motor sea operado en la forma más eficiente en términos de consumo de combustible.
Con el reciente aumento del uso de combustible del tipo 100 LL, el empobrecimiento de la
mezcla es muy importante para evitar también la formación de depósitos o sedimentación
en las bujías.
La operación más eficiente del motor se obtiene con una relación de 1:15 (1 parte de
combustible por 15 partes de aire). Con la mezcla ajustada en “rica”, el sistema está
diseñado para brindar una mezcla ligeramente más rica que la ideal (1:12), lo cual reduce
la posibilidad de la pre-ignición o detonación, y ayuda al enfriamiento de los cilindros.
A medida que se aumenta la altitud se disminuye la presión atmosférica (y la densidad del
aire), y aproximadamente a partir de los 3.000 ft ASL la reducción de la densidad del aire
puede llevar a un enriquecimiento excesivo de la mezcla, lo cual causa una pérdida de
potencia y un funcionamiento irregular del motor, llegando incluso a provocar una falla total
del mismo. Por esto la mezcla puede y debe ser corregida desde la cabina cuando se
está ascendiendo por encima de los 3.000 ft ASL, de acuerdo a los requerimientos de
mezcla vs rendimiento.
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* Uso del control de mezcla: Para despegues y ascensos la mezcla debe estar
completamente rica, exceptuando las operaciones en aeródromos de alta elevación
(menor densidad); cuando se está empobreciendo la mezcla se debe garantizar la
disponibilidad de una potencia óptima, y al llegar a la altitud de crucero por encima de los
3.000 ft ASL, debe ajustarse la potencia de crucero y luego hacer la corrección de la
mezcla (no se recomienda empobrecer la mezcla con ajustes de potencia mayores al
75%). En un motor normalmente aspirado, al ascender por encima de los 5.000 ft ASL
(caso del aeródromo de Medellín) con el acelerador completamente abierto, la potencia
puede estar por debajo del 75 %, permitiendo así una corrección adecuada de la mezcla
(empobrecimiento) para mantener un funcionamiento regular del motor.
* Existen 3 maneras de ajustar la mezcla: 1. Por RPM.
2. Por EGT.
3. Por Tablas de Rendimiento.
1. Ajuste de mezcla por RPM: Para empobrecer la mezcla se debe ajustar la potencia
con el acelerador a 2.000 RPM y mantener este ajuste durante todo el procedimiento;
luego se mueve el control de mezcla lentamente hacia atrás (empobrecimiento) y si el
motor requiere de esta corrección las RPM aumentarán un poco, llegando a un pico
máximo y luego disminuyendo otra vez.
- Mezcla - Potencia: Si se regresa el control de mezcla hasta lograr nuevamente el
pico máximo de RPM, se habrá ajustado la mezcla con la mejor
relación mezcla/potencia.
- Mezcla - Economía: Cuando se ajusta la mezcla para obtener una lectura de 25
a 50 RPM por debajo del pico máximo, se habrá ajustado la
mezcla con la mejor relación mezcla/economía (este ajuste es
recomendado por muchos fabricantes, y basan sus rendimientos
teóricos en este procedimiento).
2. Ajuste de mezcla por EGT: Para empobrecer la mezcla se debe ajustar la potencia
con el acelerador a 2.000 RPM y mantener este ajuste durante todo el procedimiento;
luego se mueve el control de mezcla lentamente hacia atrás (empobrecimiento)
llegando a un pico máximo de EGT (Exhausto Gas Temperature), en donde ubicamos
la línea de referencia (línea roja o amarilla) con el botón de ajuste manual.
- Mezcla - Potencia: Llevamos el control de mezcla hacia adelante, hasta que la
aguja nos indique una disminución de 50° F por debajo del pico
máximo de EGT, para un ajuste de mezcla con la mejor relación
mezcla/potencia.
- Mezcla - Economía: Llevamos el control de mezcla hacia adelante, hasta que la
aguja nos indique una disminución de 25° F por debajo del pico
máximo de EGT, para un ajuste de mezcla con la mejor relación
mezcla/economía.
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NOTAS:
- Usar mezcla demasiado pobre puede ser una economía falsa, ya que tarde o
temprano puede producir daños serios en el motor. La detonación (combustión
explosiva descontrolada dentro del motor) es particularmente peligrosa, y puede llevar
a una falla del motor en corto tiempo.
- El uso de una mezcla completamente rica en operaciones con máxima potencia
asegura el enfriamiento del motor y previene las detonaciones en su interior.
- Para cualquier cambio en las condiciones de operación (altitud, ajuste de potencia,
etc.) la mezcla debe ser ajustada, y debe estar completamente rica antes de
incrementar la potencia.
- Durante descensos desde grandes altitudes la mezcla se irá empobreciendo
gradualmente si no se enriquece con el control, llevando a un calentamiento de la
cabeza de los cilindros, a una pérdida de potencia y finalmente a una falla del motor.
- La mezcla debe estar completamente rica antes de aterrizar en aeropuertos que
estén por debajo de los 3.000 ft ASL.
- Moviendo el control de mezcla completamente hacia atrás ICO (Idle-cut-off) se cierra
la válvula y se corta el suministro de combustible, siendo éste el método normal para
apagar el motor.
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X - INSTRUMENTOS DEL MOTOR.
Todo avión tiene una serie de instrumentos, que se dividen según sus funciones en:
1. Instrumentos de Vuelo: Le dan información al piloto sobre la actitud de vuelo.
2. Instrumentos de Navegación: Le sirven al piloto para guiarse (con las radioayudas).
3. Instrumentos del Motor: Le indican al piloto el funcionamiento del motor.
PANEL DE INSTRUMENTOS DEL PIPER PA-28
• TACÓMETRO: - En motores con hélices de paso fijo indica la potencia del motor (RPM).
- En motores con hélices de paso variable indica las RPM de la hélice.
En los motores con hélices de paso fijo funciona mediante un eje flexible (cable) que va
desde el cárter de accesorios, movido por un piñón, hasta el instrumento, que indica las
RPM del cigüeñal.
• MANIFOLD PRESSURE: Indica la presión de aire (en ” Hg) en la entrada del múltiple de
admisión. Con el motor apagado indica la presión atmosférica.
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• INDICADOR DE PRESIÓN DE ACEITE: Funciona bajo el principio del Tubo Bourdón
(como un pito de piñata, que se estira al soplar y se contrae al salir el aire), con un
indicador que está ubicado a la salida de la bomba de aceite.
• INDICADOR DE TEMPERATURA DE ACEITE: También funciona bajo el principio del
Tubo Bourdón, con medidores ubicados en la parte superior del cárter y en la salida de la
bomba de aceite.
• INDICADOR DE PRESIÓN DE COMBUSTIBLE: También funciona bajo el principio del
Tubo Bourdón, con un medidor ubicado a la salida de la bomba de combustible, antes del
carburador.
• INDICADOR DE TEMPERATURA DE CABEZA DE CILINDRO (CHT): Puede ser un Par
Termoeléctrico o una Resistencia Eléctrica.
- Par Termoeléctrico: Son 2 metales con temperaturas diferentes, que al calentarse
producen pequeños valores de corriente eléctrica, que se dirigen hacia la carátula del
instrumento e indican un valor (en la escala de temperatura). Es como una arandela
ubicada en la cabeza de la bujía.
- Resistencia Eléctrica: Es muy similar al medidor de temperatura de aceite, pero se
conecta a la batería, en donde diferentes valores de temperatura varían el paso de la
corriente eléctrica hacia la carátula del medidor, el cual indica un valor (en la escala de
temperatura).
• FLUJÓMETRO (Fuel Flow): Indica la cantidad de combustible consumida por el motor, en
Gln/hr o en Lbs/hr.
• INDICADOR DE CANTIDAD DE COMBUSTIBLE: Es un flotador que está conectado a la
batería, y de acuerdo al nivel de combustible envía valores diferentes de corriente eléctrica
hacia la carátula del medidor.
• INDICADOR DE EGT (Exhaust Gas Temperature): Es un censor de temperatura
(termómetro), ubicado en la salida d ellos gases de escape del cilindro más caliente.
• AMPERÍMETRO: Indica el amperaje que está produciendo el alternador para la carga de
la batería y el consumo de los diferentes equipos eléctricos del avión. Algunos
amperímetros muestran la carga o descarga de la batería, mientras que otros muestran
únicamente el consumo de los equipos eléctricos.
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XI - DETONACIÓN Y PRE-IGNICIÓN.
A. DETONACIÓN: Es un fenómeno de explosión de la mezcla de combustible/aire,
caracterizado por golpes intermitentes de tipo metálico, que aumentan súbitamente la
presión y disminuyen el rendimiento del motor.
* Causas: En general se produce por temperaturas altas.
- Alta temperatura de admisión de aire.
- Alta temperatura de la cabeza de los cilindros (CHT).
- Mal ajuste de la mezcla (muy pobre).
- Alta presión de admisión.
- Consumo de aceite.
- Índice bajo de octano (octanaje) del combustible.
• Octanaje: Es la capacidad de un combustible de soportar presión sin explotar. Puede ser
una propiedad del combustible como es el caso del alcohol o del metanol, o puede ser un
aditivo agregado al combustible como el plomo.
* Los combustibles con alto octanaje requieren de una chispa (bujías) para la combustión.
* Los combustibles con bajo octanaje (Diesel) hacen combustión por fricción y presión.
COMBUSTIBLE OCTANAJE
Gasolina Corriente ± 80
Gasolina Extra ± 95
AV / GAS 100/130
AV Azul (baja en plomo) 100 LL (no se consigue en Colombia).
AV Morada 115/145 (no se consigue en Colombia).
B. PRE-IGNICIÓN: Es el encendido de la mezcla antes de que se produzca el salto de la
chispa de la bujía.
* Causas: - Detonación (alta temperatura).
- Depósitos de carbón (por la combustión o por defectos de las piezas).
- Ruptura del aislamiento de la bujía (no se disipa el calor de la bujía).
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XII - INSTALACIÓN DE GRUPOS MOTOPROPULSORES.
Bien sea que el motor o los motores se instalen en la nariz, en el empenaje o en las alas,
requieren de una estructura que les sirva de soporte y les brinde una fijación fuerte al
fuselaje, esto se logra con la bancada.
• BANCADA: Es el elemento donde se monta el motor; puede ser parte de la estructura del
avión o puede ser independiente. Generalmente son de acero templado o de duraluminio.
Puede aprovecharse para montar también el tren de nariz, como sucede en la mayoría de
monomotores.
Bancada Independiente
Bancada como
parte de la
Estructura
• BUJES: Son elementos flexibles que absorben la vibración entre el motor y el fuselaje,
normalmente fabricados de acero reforzado (son amortiguadores).
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XIII - SISTEMAS DE ARRANQUE.
1. ARRANQUE A MANO: (Por inercia) Fue el primer sistema empleado en la aviación,
consiste en mover manualmente la hélice, lo cual hace que se muevan todos los
componentes internos del motor (pistón, biela, cigüeñal, árbol de levas, levas, botador,
varillas impulsoras, balancines, válvulas, magnetos, etc.) provocando así que haya
mezcla dentro de las cámaras de combustión y que se produzca una chispa inicial
para el encendido del motor. Es un sistema muy peligroso.
2. ARRANQUE DE OPERACIÓN DIRECTA: Incorpora una unidad de arranque
independiente (motor eléctrico), que hace mover la hélice y los componentes internos
del motor, logrando así también el encendido del motor del avión. Es accionado
desde la cabina y se desconecta automáticamente cuando enciende el motor del
avión, pero tiene un tiempo limitado de uso porque se recalienta rápidamente.
3. ARRANQUE DE INERCIA DE AIRE: Es un sistema que inyecta aire a presión desde
un motor compresor en tierra hacia la turbina, y hace mover sus componentes para
lograr el encendido (requiere de un motor en tierra que suministre aire a alta presión).
• Los motores de turbina tienen un GENERADOR ARRANCADOR, que funciona como
motor de arranque durante el encendido, y luego como generador de corriente.
• APU (Auxiliary Power Unit) es una planta auxiliar de poder que le proporciona aire y
corriente eléctrica a la turbina únicamente para el encendido y para mantener funcionando
el aire acondicionado en tierra.
• EPP (External Power Plant) es una planta externa, que sólo suministra energía eléctrica
para el encendido y para mantener en funcionamiento las luces del avión en tierra.
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XIV - SISTEMAS DE INYECCIÓN.
Son sistemas que no requieren de un carburador para hacer la mezcla de combustible/aire,
ya que separan e inyectan directamente el combustible y el aire a la cámara de combustión,
para que allí se produzca la mezcla.
* Tienen ventajas respecto a los motores aspirados (con carburador):
- Las bajas temperaturas no afectan casi el flujo del combustible ni del aire (no hay
hielo en el carburador).
- Permiten hacer maniobras extremas (acrobacias) porque el flujo de combustible no
se interrumpe (no hay flotador que tapone la entrada de combustible).
- Hay un mejor control de la mezcla, ya que se controla desde la cabina la cantidad
exacta de combustible que ingresa al motor.
- Se tiene una medida muy precisa del consumo del combustible.
• Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Variable
(Sistemas de Inyección):
- Manifold (palanca negra): Controla la presión del aire que entra a los cilindros (en
”Hg), regulando así la potencia (acelerador).
- RPM (palanca azul): Regula las RPM de la hélice, que son diferentes a las del
cigüeñal.
- Fuel Flow (palanca roja): (Flujómetro) Regula la cantidad de combustible que entra al
motor (en Gln/hr ó en Lbs/hr).
RPM
Manifold
Fuel Flow
Para quitar potencia: 1. Manifold. 2. RPM. 3. Fuel Flow.
Para poner potencia: 1. Fuel Flow. 2. RPM. 3. Manifold.
Controles del Motor (con hélices de paso variable)
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ
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MOTORES A REACCIÓN
I - TEORÍA DE LA PROPULSIÓN.
MOTOR: Máquina que transforma la energía química (de un combustible) en energía
calorífica, para generar movimiento.
• En un motor de combustión interna genérico el ciclo es:
Energía Energía Expansión Movimiento
Química Calorífica de Gases del Pistón
Movimiento La Hélice Movimiento Movimiento del
del Avión Mueve una de la Hélice Cigüeñal (Eje)
(Acción y Reacción) Masa de Aire
“La eficiencia de un motor es inversamente proporcional al número de sus partes móviles”.
Los mejores motores de combustión interna tienen una eficiencia real del 45 % al 50 % de su
potencia.
• 1ª LEY DE NEWTON (Inercia): Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o de
movimiento con velocidad constante, a menos que una fuerza externa actúe sobre él.
• 2ª LEY DE NEWTON (Fuerza): La fuerza ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de
su masa por la aceleración adquirida. F = m x a.
• 3ª LEY DE NEWTON (Acción y Reacción): Todo cuerpo reacciona con una fuerza igual y
opuesta a la que actúa sobre él.
MOTOR A REACCIÓN: Máquina térmica que transforma la energía química liberada por un
combustible en energía cinética de un flujo de aire.
Lord Brayton fue el primero en estudiar las turbinas (con base en la termodinámica) y
enunció el Ciclo de Brayton para explicar el funcionamiento de las turbinas de gas.
Aire Aire a Presión Gases en Escape de
Atmosférico Expansión Gases
Compresor Cámara de Combustión Turbina
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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39
2 3
Presión 4 W = P x V
5
1
6
0
Volumen
Ciclo de Brayton
0. Aire libre en la atmósfera.
1. Admisión del aire.
2. Salida del aire del compresor.
3. Mezcla combustible/aire en la cámara de combustión.
4. Combustión (expansión de los gases).
5. Entrada del aire a la turbina.
6. Gases de escape vuelven casi a la temperatura y presión iniciales.
P = Presión = F F = P x A F = m x a
A
W = F x d W = P x A x d W = P x V
V
• Motor Turbo-Hélice: Mueve una gran masa de aire a baja presión = W (trabajo).
• Motor a Reacción: Mueve poco aire a gran presión = W (trabajo).
Un motor a reacción tiene básicamente los mismos 4 tiempos que un motor a pistón:
0 a 1: Admisión. 3 a 4: Expansión.
1 a 2: Compresión. 4 a 5: Escape.
2 a 3: ................... 5 a 6: Estabilización.
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• EMPUJE (E): En los motores a reacción se mide su empuje (Fuerza).
E = m x a E = m x V m = Flujo Másico
t t ó Caudal
E = Caudal de Aire x Velocidad del Aire
¿ COMO SE AFECTA EL EMPUJE ?
Presión Caudal (masa de aire) = Empuje
Velocidad Caudal = Empuje
Altura (MSL) Densidad y Caudal = Empuje
Temperatura Presión / Caudal = Empuje
• POTENCIA (P): Aunque en los motores a reacción se mide su empuje y no su potencia,
se puede determinar la potencia EN VUELO.
Sistema Inglés = P (H.P.) = Empuje (Lbs) x Velocidad (kts) Caballos de Fuerza
375
Sistema Métrico = P (C.V.) = Empuje (kg) x Velocidad (km/hr) Caballos de Vapor
270
ZONAS DE UN MOTOR A REACCIÓN:
• Zona Fría: Es todo lo que está antes de la cámara de combustión (aire a temperatura
atmosférica o un poco más debido al aumento de la presión en el compresor).
• Zona Caliente: Es todo lo que está después de la cámara de combustión (aire a altas
temperaturas).
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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FÍSICA DE LOS MOTORES:
El aire es volátil porque sus moléculas tienen velocidad.
Al aumentar el número de moléculas (Caudal o masa de aire) en un recipiente aumenta la
presión y la temperatura (por fricción).
- Presión: Es la fuerza que ejercen las moléculas de un fluido sobre las paredes del
recipiente que las contiene.
- Temperatura: Es la energía calorífica liberada por el movimiento (fricción) de las
moléculas de un fluido dentro de un recipiente.
Al aumentar la presión, aumenta la temperatura.
Los parámetros que se tienen en cuenta para determinar el nivel de energía de un cuerpo
son: Presión, Temperatura y Velocidad.
B.T.U. (British Termal Unit): Es la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la
temperatura de 1 lt de agua en 1°F.
En el aire se requieren 0,17 BTU (para 1 lt de aire).
1 BTU puede levantar 786 Lbs una distancia de 1 pie.
• Con el movimiento se presentan fricción y vibración:
Fricción: Significa un consumo adicional de energía porque se opone al movimiento; la
solución es el empleo de lubricantes.
Vibración: Significa un consumo adicional de energía porque el motor absorbe parte de la
energía y además causa desgaste y daños estructurales internos (desajuste).
En un motor a pistón cerca del 70 % de la energía es consumida por la fricción y la vibración.
Solución:
1. Menos partes móviles.
2. Reducir las superficies en contacto.
3. Aumentar la energía del fluido (BTU), su caudal y su presión.
Para optimizar un motor a reacción:
Presión Temperatura = Empuje
(velocidad de salida del aire)
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II - TIPOS DE MOTORES A REACCIÓN.
• MOTOR COHETE: Es un motor que tiene un recipiente con combustible (preferiblemente
seco) que al expandirse tiene una sola salida y genera empuje. Los primeros cohetes
fueron los juegos pirotécnicos. Sus principales características son:
- Trabaja sin flujo de aire.
- Tiene alto poder calórico.
- No se puede apagar (hasta que se agote el combustible).
- No tiene control de velocidad.
- Tiene un alto consumo de combustible.
- El combustible es muy costoso.
- Sus materiales componentes deben ser muy resistentes (altas temperaturas).
Combustible (seco) Empuje
• MOTOR PULSE - JET: Es un motor que requiere velocidad inicial para poder encenderse
y funciona por pulsos porque tiene una válvula de mariposa que regula la entrada del aire
en intervalos de tiempo.
Bujía
Válvula
Entrada de Aire Empuje
Inyectores
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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• MOTOR RAM - JET: Es un motor Pulse - Jet al que se le adiciona un tanque de aire para
que tenga flujo constante.
Bujía
Válvula
Tanque de Aire Empuje
Inyectores
• MOTOR JET: Desarrollado en los años 30’s por Frank Whittle, adicionando un compresor
para tener un flujo constante de aire a presión constante (sin turbina).
• MOTOR A REACCIÓN: Fue desarrollado por los americanos con base en los diseños de
Whittle, agregando una turbina unida al eje del compresor para aprovechar los gases
expandidos y moverlo. Después se le agregó un ventilador (fan) antes del compresor para
garantizar un caudal de aire entrando al compresor y para generar más empuje. Los
motores a reacción logran eficiencias de hasta el 80 % (los de pistón tan sólo del 50 %).
Aire Aire a Presión Gases en Escape de
Atmosférico Expansión Gases
Fan Compresor Cámara de Turbina
Combustión
MOTOR A REACCIÓN: MOTOR DE PISTÓN:
- Succión de aire continua. - Toma aire por tiempos.
- El aire circula en una dirección. - El aire circula en varias direcciones.
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III - PARTES DE UN MOTOR A REACCIÓN.
• ZONA FRÍA:
1. ENGINE CASE: Es el cuerpo del motor; debe soportar todas sus partes componentes y
darle forma. En su interior se presentan los cambios de presión, velocidad y temperatura
del aire por lo cual debe ser de materiales muy resistentes como las aleaciones de
duraluminio (en la zona fría) y titanio o keblar (en la zona caliente). También debe
restringir y canalizar el flujo de aire para maximizar su aprovechamiento (reducir la
fricción).
Engine Case
2. INLET CASE (Engine Inlet, Inlet Duct): Es la entrada del motor, y allí se instala el Nose
Cowl (carena o nacela) que es diseñado por el fabricante del avión y no por el fabricante
del motor, ya que tiene mucho que ver con la aerodinámica del avión. Su función es
canalizar el flujo de aire hacia el compresor libre de distorsiones (flujo laminar), debe
tener baja resistencia al avance, debe distribuir uniformemente la presión del aire que
entra y transformar la energía cinética en energía de presión. Su forma depende de la
ubicación del motor en el avión (es común que tenga forma de vénturi para aumentar la
velocidad en el interior). En el centro se pone un cono para ayudar a canalizar el aire de
manera uniforme y evitar la pérdida (stall) por viento cruzado.
Inlet Case
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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3. COMPRESOR: Su función es suministrar al motor la mayor cantidad de aire a presión
para ser calentada en el volumen limitado de la cámara de combustión y expandirse luego
en la turbina. “La energía de propulsión obtenida en la cámara de combustión es
proporcional a la masa de aire consumido”.
La eficiencia operacional es la relación entre la máxima compresión y el aumento mínimo
en la temperatura.
Los compresores actuales tienen una relación de compresión de 15 a 1 (comprimen 15
m3
de aire en 1 m3
), y una eficiencia operacional del 90 %.
Con la adición del ventilador (fan) se ha logrado un aumento del 25 % en la relación de
compresión y flujos de aire de 1.000 Lbs/seg. (453,6 kg./seg.).
Compresor
* Tipos de Compresores:
A. Centrífugos: Son de tamaño pequeño y alta eficiencia (6 ó 7 a 1), poco susceptibles
al FOD (Foreign Object Damage) y de poca área frontal, pero sólo son útiles en
motores pequeños porque trabajan a bajas velocidades. Sus partes incluyen:
- Impeller: Para acelerar el aire.
- Difusor: Para incrementar la presión y convertir la energía cinética en energía por
presión estática.
- Manifold: Que sirve de interconexión.
B. Axiales: Con el aumento de tamaño aumenta su poder de compresión, pero tienen
muchas partes móviles (varias etapas) y pueden ser muy largos. Sus partes incluyen:
- Alabes Fijos: Llamados también estatores o vanes, para canalizar el aire y
aumentar su presión.
- Espaciadores: Para interconectar y separar.
- Alabes Móviles: Llamados también rotores o blades, para acelerar el aire.
Los compresores axiales pueden ser: de etapa simple, duales (con 2 entradas) y
turbo-fan.
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• ZONA CALIENTE:
4. CÁMARA DE COMBUSTIÓN: Está ubicada después del compresor; allí se mezcla el
aire con el combustible y se incendia para suministrar energía calorífica al motor y
transformarla en energía cinética gracias a la expansión de los gases. En la cámara de
combustión se consume el 25 % del aire que entra al motor (el 75 % restante se emplea
para refrigerarla a través de sus paredes dobles).
Cámara de Combustión
* Tipos de Cámaras de Combustión:
A. Caneca (simple): Son una serie de tubos ubicados alrededor del motor, que
generalmente están interconectados para emplear inyectores en cada uno y 2 ó 3
bujías para incendiar la mezcla (sólo se usan para encender el motor). A veces se
presentan problemas con la mezcla y diferencias de temperatura.
B. Anular: Es un solo tubo (como una dona), con temperatura constante en todo el anillo;
posee varios inyectores y 2 ó 3 bujías.
C. Caneca-Anular o Mixta: Es una cámara anular con otras cámaras tipo caneca en su
interior.
Caneca Anular Mixta
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* Características de las Cámaras de Combustión:
- Deben brindar un alto valor de energía liberada por unidad de volumen.
- Deben generar combustión uniforme.
- Deben hacer la combustión con pérdidas mínimas (consumo de toda la mezcla).
- Deben garantizar combustión continua (bujías sólo para el encendido).
* Dificultades Operativas:
- Extinción de la llama (por factores externos o flujo interrumpido).
- Inestabilidad.
- Carbonización (por los residuos de la mezcla y por mala refrigeración).
- Falta de uniformidad de la mezcla.
• INYECTORES: Son el complemento fundamental de una cámara de combustión; toman
aire a presión y rompen la homogeneidad del fluido del combustible pulverizándolo en
gotas. Su capacidad (eficiencia) se mide por el diámetro (menor) de las gotas de
combustible.
* Métodos para Mejorar la Mezcla:
- Inyección de Agua: Para refrigerar la cámara de combustión, y aumentar la
densidad y la masa del aire.
- Inyección de Metanol: Para aumentar la temperatura en la cámara de combustión y
mejorar la energía calorífica del motor.
5. TURBINA: Se ubica después de la cámara de combustión; su función es aprovechar el
flujo de gases expandidos que salen de la cámara de combustión (25 %) para mover el
compresor y los accesorios (baja su presión y velocidad).
Turbina
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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48
* Tipos de Turbinas:
A. Centrípeta: Dirigen el flujo hacia el eje para hacerla girar; aprovecha poco flujo de
aire (usada generalmente en motores con APU).
B. Axial: Aprovecha una gran masa de aire (motores JET grandes).
“ Una etapa de una turbina axial está formada por Estator - Rotor ”.
La función del estator es canalizar el flujo de aire (como una tobera o un vénturi) para
vencer la presión y mover los álabes del rotor. Convierte energía de presión en energía
cinética. Generalmente están hechos de aleaciones de titanio, cromo-vanadio y acero.
6. TOBERA DE ESCAPE: Está después de la turbina; su función es aumentar la velocidad
de salida de los gases de escape y disminuir su presión (como un vénturi) para tratar de
igualarla a la presión atmosférica (si las presiones son muy diferentes se produce mucho
ruido y puede incluso darse un contraflujo del aire, lo cual podría apagar el motor).
Tobera de Escape
* Tipos de Toberas:
A. Convergente - Divergente: Empleada en aviones supersónicos.
B. Divergente - Convergente: Empleada en aviones subsónicos (comerciales).
* Para atenuar el ruido se emplean los Hush - Kit, que ayudan a igualar la presión del aire
de salida con la presión atmosférica, y se colocan en la tobera de salida.
•
•
•
• POST-QUEMADORES: Son inyectores adicionados en la tobera de escape para
incendiar el 75 % del aire que no se quemó en la cámara de combustión, y aumentar así
la potencia.
- Los reversos pueden estar en la tobera o repartidos en el fan y la tobera.
* Métodos para Aumentar la Potencia: - Inyección de Agua.
- Inyección de Metanol.
- Post-Quemadores.
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IV - SISTEMAS COMPLEMENTARIOS.
1. SISTEMA DE COMBUSTIBLE: Controla la aceleración regulando la cantidad de
combustible que llega a las cámaras de combustión. Una mezcla más rica genera una
expansión más rápida y mayor velocidad del aire, que se trasmite a la turbina y al
compresor, que a su vez alimenta una mayor masa de aire hacia el motor.
El sistema de combustible mide la velocidad del motor y la cantidad (flujo) de combustible
que le entra para hacer las correcciones. Puede ser:
- Hidromecánico: Con una serie de válvulas, barras y solenoides = Hidro Metering
Unit (HMU), usado en motores construidos hasta 1.980.
- Electrónico: Con sensores electrónicos (menos componentes mecánicos y menos
peso). Electronic Engine Control (EEC), básicamente mide la velocidad y
temperatura del motor.
Cuando tiene ambos se denomina Supervisor Engine Control (SEC), uno sirve de
respaldo del otro.
Cuando es todo digital (A320) se denomina Full Authority Digital Engine Control (FADEC).
2. SISTEMA ELÉCTRICO: Se encarga de generar la chispa inicial para encender el motor y
de suministrar la energía eléctrica para el funcionamiento de los sensores y sistemas
eléctricos del avión. Su fuente es el generador-arrancador del avión.
3. SISTEMA DE ARRANQUE: Su componente principal es el Generador-Arrancador; para
el encendido recibe energía eléctrica y mueve el compresor (a baja velocidad) para
alimentar al motor con aire a presión, y luego de que enciende el motor se mueve (a alta
velocidad) y pasa a generar energía (corriente continua) que va a un alternador y luego al
motor o a los demás sistemas.
4. SISTEMA DE LUBRICACIÓN: Protege las partes móviles del motor del rozamiento y
proporciona refrigeración y sellamiento (porque entra a alta presión). Puede ser:
- A Presión.
- Por Chorro.
- Por Salpique.
Los fluidos deben resistir altas presiones, RPM y temperaturas extremas para lo cual se
les adicionan fósforo, yodo y plomo.
MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN)
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50
50
5. SISTEMA DE PROTECCIÓN DE FUEGO DEL MOTOR: Tiene censores de temperatura
o fusibles alrededor de la cámara de combustión y en el exterior del motor para dar la
indicación al piloto; tiene una botella central o botellas independientes para cada motor
que contienen espuma o CO2 para llenar las cámaras de combustión, además el sistema
corta automáticamente el flujo de combustible hacia las cámaras de combustión para que
no se reinicie el fuego.
6. SISTEMA DE INDICACIÓN: Es el sistema que le muestra al piloto cómo está operando el
motor. Después de 1.947 (con la creación de la OACI) se unificó que todos los aviones
tengan los indicadores del motor en el centro del pánel. Tiene varios tipos de
instrumentos:
- Por Presión: Con líneas de presión desde el motor hasta la cabina (problemas de
peso y fugas).
- Eléctricos: Es una caja que recibe información de los sensores del motor y envía
señales de diferente voltaje al indicador en la cabina.
- Electrónico: Son 2 computadores que reciben la información de los sensores y la
transmiten a los indicadores de la cabina (pantallas de cristal líquido).
EICAS: Engine Information Control and Systems.
En Motores Turbo-Hélice:
- Indicador de Torque: Muestra la potencia (HP) que entrega el eje del motor para
mover la hélice.
- NP: Muestra las revoluciones de la hélice.
- ITT: Inter Turbine Temperature. Indica la temperatura interna de la turbina (del
motor).
- NH: Indica las revoluciones del Compresor.
- FF: Fuel Flow. Indica el flujo de combustible (en Lbs/hr ó Gln/hr).
- Oil Temp / Oil Pressure: Indica la temperatura y presión de aceite.
En Motores a Reacción:
- EPR: Exhaust Pressure Rate. Compara las presiones de salida del compresor y
del motor.
- EGT: Exhaust Gas Temperature. Indica la temperatura de los gases de escape.
- NH: Indica las revoluciones del Compresor.
- FF: Fuel Flow. Indica el flujo de combustible (en Lbs/hr ó Gln/hr).

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  • 1. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 1 1 M MO OT TO OR RE ES S Página • MOTORES A PISTÓN I - DESARROLLO DE LOS GRUPOS MOTOPROPULSORES............................... 2 II - MOTORES ALTERNATIVOS............................................................................... 3 III - COMPONENTES FUNDAMENTALES................................................................. 4 IV - CARBURACIÓN Y CARBURADORES................................................................ 9 V - ENCENDIDO......................................................................................................... 12 VI - LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN................................................................... 16 VII - CICLOS DE LOS MOTORES............................................................................... 23 VIII - RENDIMIENTO..................................................................................................... 26 IX - RIQUEZA DE LA MEZCLA.................................................................................. 29 X - INSTRUMENTOS DEL MOTOR........................................................................... 32 XI - DETONACIÓN Y PRE-IGNICIÓN......................................................................... 34 XII - INSTALACIÓN DE GRUPOS MOTOPROPULSORES........................................ 35 XIII - SISTEMAS DE ARRANQUE................................................................................ 36 XIV - SISTEMAS DE INYECCIÓN................................................................................. 37 • MOTORES A REACCIÓN I - TEORÍA DE LA PROPULSIÓN............................................................................. 38 II - TIPOS DE MOTORES A REACCIÓN................................................................... 42 III - PARTES DE UN MOTOR A REACCIÓN.............................................................. 44 IV - SISTEMAS COMPLEMENTARIOS....................................................................... 49
  • 2. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 2 2 MOTORES A PISTÓN I - DESARROLLO DE LOS GRUPOS MOTOPROPULSORES. • MOTOR DE COMBUSTIÓN: Elemento que produce movimiento a expensas de la liberación de la energía de un combustible (máquina que transforma en movimiento cualquier otra forma de energía). Los primeros motores de aviación se desarrollaron basándose en los motores de los automóviles, y por esto encontramos ciertas similitudes en ambos, como el sistema de combustión interna y la búsqueda de la seguridad. Sin embargo los motores de los aviones son fabricados con materiales más livianos, o con los mismos materiales que los motores de los automóviles pero con una sección (espesor) más delgada para evitar exceso de peso, por eso (además de la seguridad) es que requieren inspecciones con una periodicidad mayor que los motores de los automóviles (cada cierto número de horas de funcionamiento). Combustión Externa: Es cuando la energía se libera en presencia del medio ambiente, como en los trenes a vapor, las calderas, los sopletes, las chimeneas, etc. Combustión Interna: Es cuando la energía se libera en un medio sellado, como en los motores de los automóviles y de los aviones (dentro de los cilindros). MOTOR OPUESTO DE 4 CILINDROS
  • 3. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 3 3 II - MOTORES ALTERNATIVOS. • MOTOR ALTERNATIVO: Es un motor de combustión interna, que alterna los movimientos de sus partes componentes durante su funcionamiento. Puede ser: - MOTOR LINEAL: Cuando se disponen los cilindros en línea. - MOTOR EN V: Cuando se disponen los cilindros en forma de “V”. - MOTOR EN X: Cuando se disponen los cilindros en forma de “X”. - MOTOR EN ESTRELLA (Radial): Cuando se disponen los cilindros en forma de estrella (cada estrella tiene un N°de cilindros impar, pero el motor tiene un N°par). - MOTOR OPUESTO: Cuando se disponen los cilindros de forma que queden en lados opuestos (como el motor del Piper PA-28). * PA-28: Motor de 4 cilindros / O 360 / A4A ó A4M. Opuesto de 360 pulg3 Modificaciones (Ref) Pesa 294 Lbs con todos sus componentes. * MEJORAS DEL MOTOR DEL AVIÓN, RESPECTO AL DEL AUTOMÓVIL: 1. Mejor rendimiento con menos peso; por el uso de materiales más livianos (generalmente aleaciones), pero más eficientes. 2. Economía de combustible. Gasta menos, con mayor eficiencia y mayor potencia. 3. Reducción del área frontal (elementos fuselados y aerodinámicos), que ofrecen menor resistencia al flujo del aire, generando más avance, menor consumo y mayor rendimiento. 4. Aumento de la regularidad del funcionamiento y de la vida útil, bajo condiciones atmosféricas extremas (calor - frío). * EXIGENCIAS DE LOS MOTORES DE AVIACIÓN: 1. Rendimiento. 2. Duración. 3. Ausencia de Vibración. 4. Bajo peso x Caballos de Fuerza. 5. Costo Moderado. 6. Rendimiento Térmico (potencia), sin afectar los materiales que lo componen. 7. Facilidad de Conservación (mantenimiento). 8. Compacidad. (baja resistencia parásita / buena fuselación / rendimiento equilibrado entre las altas temperaturas de la combustión y el sistema de enfriamiento).
  • 4. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 4 4 III - COMPONENTES FUNDAMENTALES. • CÁRTER: Es todo el conjunto (bloque estructural) que sirve de base para el montaje directo o indirecto de todos los elementos componentes del motor. Se divide en: Cárter de Nariz: Está compuesto por la hélice y sus dispositivos de control. Sección Principal o Motriz: Es la parte donde van alojados el cigüeñal y los cilindros. Se conoce también como cárter de potencia. Cárter de Accesorios: Es donde se instalan los accesorios del motor (magnetos, bombas, etc.). Sección de Montaje: Es la parte desde donde se fija el motor al fuselaje. Cárter de Sobrealimentación: Es donde se ubica el turbo-alimentador (en motores grandes) para darle potencia extra al motor. Cárter de Aceite: Es donde se aloja el aceite del motor (y de las hélices, cuando son de paso variable). Hélice Spinner Cárter de Nariz Volante . Cilindros Sección Principal o Motriz (cárter de potencia) . Cárter de Accesorios Magnetos COMPONENTES FUNDAMENTALES DEL MOTOR
  • 5. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 5 5 * El cárter puede ser seco o húmedo: Cárter Seco: Es cuando el aceite del motor se aloja en un tanque aparte (cerca al motor), y se comunica con éste por medio de líneas de conducción (o de presión) y de retorno. Permite hacer maniobras extremas (acrobacias) y consume menos aceite, porque no se quema casi nada en la combustión (es usado en aviones de turbina). Cárter Húmedo: Es cuando el aceite se aloja en un tanque que forma parte del conjunto del motor (como en el PA-28). * La sección principal está dividida longitudinalmente en dos (2 tapas laterales) para facilitar las labores de montaje y reparación del motor. * El sistema de medición de aceite es una ballestilla (varilla marcada con niveles) pero no es muy confiable (medida real), especialmente en el cárter húmedo, debido a que cierto volumen de aceite se queda alojado entre las partes internas del motor. • CILINDROS: Son espacios herméticos (cámaras selladas) de capacidad variable, donde se desarrollan los 4 tiempos del ciclo del motor, denominado ciclo de otto (admisión, compresión, expansión y escape). Se dividen en el barril (cuerpo) y la cabeza (culata). Barril (cuerpo): Es el espacio donde se genera el movimiento de las piezas internas. Es liviano (generalmente de acero o hierro fundido) y debe ser lubricado; se une al cárter (estructura donde va el motor) por medio de espárragos (tornillos) y a la cabeza por medio de una rosca. Cabeza (culata): Normalmente es de aluminio, y es donde se encuentra un mayor valor de presión. Sirve para alojar otros elementos como las bujías y las válvulas. • CÁMARA DE COMBUSTIÓN: Abarca desde la pared interna de la cabeza o culata, hasta el punto donde el pistón queda en el lado opuesto del cilindro. • PISTÓN (émbolo): Es un elemento cónico (generalmente de aleaciones de aluminio), que recibe y transmite la fuerza producida por los gases quemados hacia el cigüeñal. Una vez se produce la combustión, el cigüeñal recibe un impacto mediante el movimiento longitudinal del pistón. El pistón es cónico para permitir la expansión con el calentamiento. Punto Muerto Superior (PMS): Es el punto donde el pistón alcanza su máximo desplazamiento hacia arriba (hacia la culata). Punto Muerto Inferior (PMI): Es el punto donde el pistón alcanza su máximo desplazamiento hacia abajo (hacia el cigüeñal).
  • 6. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 6 6 • FONDO (cabeza) y FALDA: Son 2 partes del pistón que se diferencian por los efectos del calentamiento; el fondo es la parte que recibe directamente el calor producido por la combustión (cabeza), y se calienta hasta ± 500° C; la falda se calienta hasta 150° C. (a mayor potencia, mayor calentamiento). Tipos de Cabezas de Pistón: Plana - Cóncava - Convexa. La plana es la más eficiente porque se ajusta mejor con las válvulas, pero produce más ruido. • ANILLOS (segmentos): Son aros flexibles, que no son sellados completamente; los hay de compresión de gases y de aceite. Son de materiales menos resistentes que el cilindro. Anillos de Compresión de Gases: Normalmente van en la parte superior (2 ó 3), y su función es la de mantener la compresión dentro del cilindro. Anillos de Aceite: Sirven para dejar una película lubricante (de protección) en el interior del cilindro. Unos lubrican (esparcen una capa de aceite) y otros retiran el exceso de aceite. * Problemas de los Cilindros: 1. Desgaste: - Genera problemas de compresión (se pierde potencia). - Genera problemas de lubricación (se recalienta el cilindro). 2. Mala Colocación: - Genera problemas de escapes y de mala compresión. * Referencias de los cilindros (colores según los servicios que han recibido): AZUL = Cilindro Estándar (sin servicios de mantenimiento). VERDE = 1ª Rectificada (10 milésimas de pulgada). AMARILLO = 2ª rectificada (20 milésimas de pulgada). NARANJA = Cilindro Cromado (es más resistente). Válvula de Cabeza o Culata Válvula de Admisión Escape Cámara de Muelles Combustión Anillos Pistón Pin de la Biela Aletas Deflectoras Biela EL CILINDRO Y SUS PARTES
  • 7. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 7 7 • BIELA: Es el elemento del motor que transforma el movimiento longitudinal del pistón en un movimiento circular hacia el cigüeñal. Es de los elementos que más cargas resiste, y tiene 3 partes: cabeza, cuerpo y pie. Cabeza: Es la parte que va unida al cigüeñal. Cuerpo: Es la parte que recibe más esfuerzos; conecta la cabeza con el pie. Pie: Es la parte que va unida al pistón a través del pin (normalmente es de acero). Pin de la Biela: Es una especie de tornillo o pasador (pin) que une la biela con el pistón (generalmente es de acero forjado). * Los motores radiales tienen una biela maestra, y otras bielas auxiliares. • VÁLVULAS (de distribución): Son elementos que abren y cierran el paso de la mezcla de combustible/aire hacia la cámara de combustión y de los gases de escape hacia afuera (al exhosto) respectivamente. Válvula de Admisión: permite la entrada de la mezcla de combustible/aire a la cámara de combustión. Es más grande, porque se requiere que entre la mayor cantidad de mezcla posible en el menor tiempo y que sea de cierre rápido, para evitar que se produzca el fire-back (fuego de retorno en las líneas de combustible). Válvula de Salida (escape): Es más pequeña, pero más gruesa porque se calienta más. Generalmente tiene una cámara sellada interna, llena con sales de sodio que le ayudan a disipar el calor (refrigeración). * Tipos de Válvulas: Tulipán. Champiñón. * Partes de las Válvulas: Vástago Guía Cuello Cara Asiento Cabeza Muelles
  • 8. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 8 8 - Guía de la Válvula: Las válvulas tienen una guía (cilindro) que recubre el vástago para que sólo tengan movimiento en su eje longitudinal. - Asiento de las Válvulas: Es la parte que recibe la cabeza de la válvula y sella la cámara de combustión del cilindro (generalmente es de cobalto, tungsteno o estelita). - Muelles de las Válvulas: Son unos resortes (2 por cada válvula) que impiden la apertura de las válvulas por histéresis, trepidación o por la depresión de los cilindros, y también impiden que los elementos móviles se despeguen de su asiento. Tienen una tensión (calibre) determinada para garantizar su seguridad (el muelle exterior es más grueso). • CIGÜEÑAL: Es la parte del motor que recibe la potencia desarrollada por cilindros a través de las bielas. Normalmente es hueco para aligerar peso, y para servir de conducto para pasar aceite hacia los gobernadores de las hélices de paso variable. El movimiento del cigüeñal se aprovecha para mover la hélice y para mover otros elementos del motor como el árbol de levas, los magnetos, la bomba de combustible, la bomba de vacío, etc. • ÁRBOL DE LEVAS: Es un eje que está unido al cigüeñal por medio de piñones (gira a la mitad de las revoluciones del cigüeñal en los motores de 4 tiempos), y mueve las levas, quienes controlan la apertura y cierre de las válvulas de distribución por medio de un mecanismo de transmisión del movimiento (cigüeñal - árbol de levas - levas - botador - varillas impulsoras - balancines - válvulas). El punto más débil de este sistema son las varillas impulsoras, y es allí donde se presentan la mayoría de problemas por desgaste y por fatiga del material. Botador Varillas Impulsoras Árbol de Levas Levas Balancines Válvulas Cigüeñal Pistón Aletas Deflectoras Biela COMPONENTES DEL MOTOR • REDUCTOR DE VELOCIDAD DE LA HÉLICE: Es un conjunto de engranajes (piñones) dispuestos entre el cigüeñal y la hélice, que reducen la velocidad de giro de ésta con respecto a la velocidad de giro del cigüeñal. El mantener altas RPM en el cigüeñal aumenta la potencia del motor, y al reducir las RPM en la hélice se mejora su rendimiento (tracción), especialmente porque se evita la generación de una resistencia exagerada en sus extremos.
  • 9. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 9 9 IV - CARBURACIÓN Y CARBURADORES. • CARBURACIÓN: Es la operación física que tiene como objetivo formar la mezcla de combustible y aire óptima para su expansión en las cámaras de combustión de los cilindros del motor. Para motores de avión, una buena carburación se caracteriza por: 1. El arranque del motor debe ser fácil. 2. El tiempo de calentamiento del motor hasta adquirir las temperaturas normales de funcionamiento, debe ser corto. 3. El funcionamiento del motor en marcha lenta (al ralentí) debe ser regular (sin intermitencias). 4. El motor debe responder rápidamente y sin fallos a las aceleraciones. 5. Debe obtenerse alta potencia con altas RPM (para despegues y ascensos). 6. Debe tenerse un consumo moderado en los regímenes continuos y debe obtenerse también alta potencia con una mezcla pobre (en el vuelo de crucero). • CARBURADOR: Es el elemento del motor destinado a dosificar la mezcla de combustible/aire en las proporciones requeridas para la combustión adecuada dentro de los cilindros. Tipos de Carburadores: - Por Aspiración (o depresión): Utilizados en motores de baja potencia. No permiten vuelos invertidos (como el del PA-28). - Por Inyección: Utilizados en motores de gran potencia (en aviones de turbina y de acrobacia). El carburador por aspiración funciona mediante el movimiento de una válvula (válvula de mariposa) que regula el paso de la mezcla de combustible/aire a través del carburador, en donde se genera una succión (por pérdida de presión). El carburador tiene una entrada de combustible (provista de una válvula anti-retorno), la cual llena una cámara de volumen constante que tiene un pequeño flotador para controlar su volumen (como un tanque de sanitario); por medio de un surtidor principal, el combustible pasa de la cámara hacia el pulverizador, que tiene un orificio pequeño por donde pasa el combustible a gran velocidad, se pulveriza y se mezcla con el aire de impacto. Alrededor del pulverizador el carburador tiene la forma de un tubo vénturi, para crear una disminución de presión que facilite la succión y la mezcla de combustible/aire; luego hay una válvula de mariposa, que es accionada por el mando de gases (acelerador), y regula la cantidad de mezcla que entra al motor (regula la potencia). El carburador se adhiere al motor por medio de un adaptador de fijación (con tornillos). Para que el motor no se apague cuando el acelerador está cerrado (mínimas RPM), el carburador tiene un surtidor auxiliar, que alimenta al motor con pequeñas cantidades de combustible cuando se cierra la válvula de mariposa (acelerador cerrado), y se mezcla con el aire que es regulado por un tornillo de regulación auxiliar.
  • 10. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 10 10 Para garantizar una mezcla suficientemente rica (potencia adicional) en los momentos iniciales de una aceleración (despegues y ascensos), el carburador posee una pequeña cámara auxiliar, denominada bomba de aceleración o surtidor compensador, que se llena con un poco de combustible cuando el acelerador se reduce y lo inyecta directamente al lado del pulverizador (en el tuvo vénturi) al acelerar, mediante el desplazamiento de un pequeño pistón que funciona como el émbolo de una jeringa. Fijación al Motor Válvula de Mariposa Entrada de Combustible Tubo Vénturi Cámara de (mezcla) Volumen Constante Surtidor Principal Flotador Aire CARBURADOR * Problemas: Los problemas que presenta el carburador se deben a la formación de hielo en su interior. Generalmente para la formación de hielo se requieren temperaturas externas de 5° C ó menos, y que haya humedad en el ambiente (aunque se puede presentar con temperaturas mayores). La formación de hielo en el carburador se evita y/o soluciona mediante la acción del calentador del carburador, que cierra la entrada de aire de impacto (frío) y abre la entrada de aire caliente hacia el carburador, lo cual derrite el hielo en su interior. Al entrar el aire caliente (que es menos denso que el frío) se produce una pérdida en las revoluciones y en la potencia del motor, debido al enriquecimiento de la mezcla (por la disminución de la cantidad de oxígeno); por eso se debe ajustar (empobrecer) la mezcla (por EGT) luego de accionar el calentador del carburador. • PRIMER: Es una bomba mecánica (accionada manualmente), que inyecta combustible directamente al 1er cilindro, antes de encender el motor en climas fríos, para garantizar una mezcla óptima en el encendido del motor. Si se usa con el motor encendido, lo inunda y éste se puede apagar.
  • 11. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 11 11 * Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Fijo: - Acelerador (palanca negra): Controla la válvula de mariposa, o sea el paso de la mezcla de combustible/aire hacia el motor = controla la potencia (RPM). - Mezcla (palanca roja): Controla la entrada de combustible hacia el carburador, lo cual determina la relación combustible/aire. Acelerador Mezcla Controles del Motor (con hélices de paso fijo) * Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Variable: - Manifold (palanca negra): Controla la presión del aire que entra a los cilindros (” Hg), regulando así la potencia (acelerador). - RPM (palanca azul): Regula las RPM de la hélice, que son diferentes a las del cigüeñal. - Fuel Flow (palanca roja): (Flujómetro) Regula la cantidad de combustible que entra a los cilindros (Gln/hr ó Lbs/hr). RPM Manifold Fuel Flow Controles del Motor (con hélices de paso variable)
  • 12. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 12 12 V - ENCENDIDO. • SISTEMA ELÉCTRICO: Es un sistema que produce, almacena, regula y distribuye la energía eléctrica necesaria para el encendido del motor y para el funcionamiento de los equipos eléctricos del avión. Componentes: Accesorios: - Alternador de 14 V y 60 Amperios. - Bomba eléctrica de combustible. - Batería de 12 V. - Motor de arranque. - Regulador de Voltaje. - Alarma de pérdida. - Relevo de sobrevoltaje. - Encendedor de cigarrillos. - Relevo del master. - Medidor de combustible. - Amperímetro. - Panel anunciador. - Luces. • Funcionamiento: Con el movimiento del motor se pone marcha el alternador, que produce energía eléctrica para mantener cargada la batería (la almacena por medio de un proceso químico), que luego la distribuye a los equipos eléctricos del avión y al motor de arranque en el momento del encendido. • Encendido: La única relación del sistema eléctrico con el motor se presenta en el momento del encendido, cuando la batería le pasa 0,3 voltios al motor de arranque para poner en marcha la volante y con ella a todo el sistema del motor, incluyendo al alternador y a los magnetos, quienes son los encargados de generar la corriente eléctrica que va hacia las bujías para realizar la combustión de la mezcla de combustible/aire dentro de los cilindros. • Generador de Corriente: Elemento que mantiene los electrones en circulación constante • ALTERNADOR: Es un dispositivo que convierte la energía mecánica en eléctrica para mantener la carga de la batería. • MAGNETO: Es un elemento encargado de generar corriente para las bujías. Todo motor tiene dos (2) magnetos por seguridad y para mejorar el rendimiento. * Funciones de los Magnetos: 1. Transformar el movimiento mecánico (del cigüeñal) en corriente de baja tensión, por medio del proceso de inducción electromagnética (a través de una bobina). 2. Generar corriente de alta tensión para las bujías (en el momento del salto de la chispa). 3. Distribuir la corriente hacia las bujías. 4. Vencer los gases comprimidos entre los electrodos de las bujías, dentro de los cilindros.
  • 13. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 13 13 Enrollamiento (en alambre de cobre) Inducido (núcleo de hierro) Distribuidor Inductor (imán) Condensador Distribuidor (a las bujías) PARTES DEL MAGNETO * Partes del Magneto: 1. INDUCTOR (imán). 2. INDUCIDO (núcleo de hierro). 3. RUPTOR (suiche que interrumpe el flujo de baja tensión en el salto de la chispa). 4. DISTRIBUIDOR (zapata que distribuye la corriente hacia las bujías). 5. DISPOSITIVOS AUXILIARES: - CONDENSADOR: Almacena corriente de baja tensión. - DISPARADOR: Elemento de algunos motores radiales, ubicado sólo en el magneto izquierdo, que lo acelera durante el arranque para que produzca la chispa. * Funcionamiento: Con el movimiento del motor, se mueve el inductor del magneto (imán) por medio de piñones, haciendo que las líneas de fuerza (de los ejes N+ y S-) atraviesen el enrollamiento generando energía eléctrica de Baja Tensión, que va hacia el condensador para ser liberada en el momento del salto de la chispa hacia las bujías. Cuando el inductor gira, alterna las líneas de fuerza (que siempre van de N+ a S-) a través del inducido (núcleo de hierro), y cuando éstas pasan en sentido contrario por el enrollamiento producen energía de Alta Tensión. N S Se produce energía S N Se produce energía de Baja Tensión. de Alta Tensión. S N N S Flujo de las líneas de fuerza a través del inducido (núcleo de hierro) del magneto.
  • 14. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 14 14 La batería sólo le pasa 0,3 Voltios al arranque para el encendido; pero son los 2 1 magnetos los que generan y le pasan la corriente a las bujías. 3 4 * El orden de encendido de los cilindros es: 1, 3, 2 y 4. MOTOR Y MAGNETOS • BUJÍAS: Son elementos encargados de introducir la chispa en la cámara de combustión para incendiar la mezcla de combustible/aire. Las bujías se refrigeran por aire de impacto, y controlan su temperatura de 3 formas: 1. Por el área de la bujía expuesta a la llama: Mientras más adentro esté la bujía, más se calentará. 2. Por el área de la bujía expuesta al aire de impacto. 3. por el aislamiento térmico de la bujía: Depende de la calidad del aislamiento (cerámica) que tenga la bujía y de su estado (que no esté fisurada o rota). Tuerca Electrodos Conexión (con un cable desde el magneto) Rosca Aislamiento (cerámica) * Fallas comunes de las Bujías: 1. Ensuciamiento: Por acumulación de carbón entre los electrodos. 2. Autoencendido: Por exceso de calor de la bujía y la presencia de mezcla en la cámara de combustión. 3. Falla del Aislamiento: Ruptura de la cerámica, lo cual puede producir un corto circuito o recalentamiento. 4. Quemadura de los Electrodos: No se produce chispa. 5. Distancia entre los Electrodos: Si están muy separados, no se produce chispa.
  • 15. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 15 15 Tipos de Bujías......................................CALIENTE...................MEDIA..................... FRÍA Efectividad del Aislamiento...................... Baja....................... Media.................... Alta Resistencia a la Temperatura................... Baja....................... Media.................... Alta Potencia del Motor..................................... Baja....................... Media.................... Alta NOTA: Una bujía buena produce chispa de color azul. Una bujía defectuosa produce chispa de color amarillo.
  • 16. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 16 16 VI - LUBRICACIÓN Y REFRIGERACIÓN. A. LUBRICACIÓN: Operación de carácter físico cuyo objetivo es evitar el contacto entre las piezas mecánicas, logrando así disminuir su temperatura y su desgaste. • Viscosidad: Es la fuerza que se opone al movimiento de un fluido. * Según su origen, los lubricantes pueden ser: 1. Vegetales o Animales: No se usan en mecánica (aceites de cocina). 2. Minerales: Son los más usados, ya que tienen un alto punto de inflamación (resisten altas temperaturas sin quemarse). 3. Sintéticos: Son desarrollados en laboratorios, según las necesidades que se tengan. * Según sus propiedades físicas, los lubricantes pueden ser: 1. Sólidos: Lubrican y permiten movimiento sobre ellos, como el grafito. 2. Semi-Sólidos: Como gelatinas (grasas). 3. Fluidos: Como los aceites. * Funciones de los lubricantes: - Lubricar. - Evitar el desgaste. - Refrigerar. - Servir de anti-oxidante. - Servir de sellante. - Brindar aseo al motor. Los lubricantes se almacenan el en cárter de aceite (húmedo o seco). * COMPONENTES DE UN SISTEMA DE ACEITE: 1. Cárter (húmedo o seco). 2. Bomba de Presión. 3. Líneas de Aceite (en el cárter seco). 4. Válvula de Presión. 5. Válvula de Relevo. 6. Termostatos. 7. Indicadores de Presión. 8. Indicadores de Temperatura. 9. Enfriador. 10.Filtro.
  • 17. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 17 17 * FORMAS DE DISTRIBUIR EL ACEITE: 1. Por Salpique: Con el movimiento del cigüeñal, las contrapesas se humedecen con aceite y lo salpican al resto del motor. 2. Por Presión: El aceite es succionado desde el cárter por una bomba, que lo impulsa a través del filtro (tienen un bypass por si se obstruye), luego sube por los cojinetes (rodamientos) del cigüeñal a alta presión y se distribuye por el interior del motor; finalmente va hacia el termostato, que lo dirige al enfriador cuando está muy caliente o lo devuelve al cárter cuando no está muy caliente. • N° SAMBOLT: Mide la viscosidad, mediante un mecanismo que mide el tiempo que se tardan 60 cm3 de aceite en fluir a través de un orificio, estando a 130°F y a 200°F. • SAE: Society of Automotive Engineers. (es diferente al N°Sambolt). VISCOSIDAD SAE TIEMPO (seg) a 130°F MÍNIMO MÁXIMO TIEMPO (seg) a 200°F MÍNIMO MÁXIMO 10 90 + 120 20 120 + 195 30 180 + 255 40 255 + 80 50 80 + 105 60 105 + 125 70 125 + 150 Unígrado (monogrado): Denominación para un aceite que sólo resiste un rango (SAE). Multígrado: Denominación para un aceite que resiste varios grados (SAE). • ADITIVOS: Son compuestos químicos que se agregan a los lubricantes para mejorar sus propiedades, tales como: - Aseo del Motor. - Estabilidad del Aceite. - Fuerza de la Película Lubricante. - Punto de Inflamación. - Espumación del Aceite. NOTA: Cuando una aceite se denomina con la letra W, significa que tiene aditivo anti-congelante. * CAUSAS DEL CONSUMO DE ACEITE: 1. Fugas. 2. Quemado. 3. Desagüe (a través del respiradero).
  • 18. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 18 18 * El Filtro de Aceite es un buen indicador del estado y del funcionamiento del motor, ya que si contiene limalla (partículas metálicas) significa que hay fricción entre las piezas: - La limalla pequeña indica desgaste de anillos. - La limalla mediana o grande indica desgaste de los piñones o problemas de lubricación. * PROBLEMAS DE SISTEMA DE ACEITE: 1. Fluctuación en las Indicaciones: Se presentan porque el medidor está fallando o porque hay aire en las líneas. 2. Baja Presión: - Instrumento defectuoso. - Alta temperatura. - Falta de aceite (por fugas o por falla de la bomba). - Aceite con baja viscosidad. 3. Alta Presión: - Instrumento defectuoso. - Baja temperatura. - Bomba defectuosa. - Aceite con alta viscosidad. B. REFRIGERACIÓN DEL MOTOR: Los motores están diseñados para trabajar hasta ciertas temperaturas, debido a la resistencia térmica de sus materiales componentes; si éstas temperaturas máximas son excedidas se puede presentar debilitación de las cabezas de los cilindros, recalentamiento y fundición del cilindro y/o del pistón, y detonación (explosiones sin control de la mezcla combustible/aire). Medios de Enfriamiento: 1. Por Agua: Es un sistema que requiere de: Un tanque de almacenaje (limitado), líneas de conducción y una bomba; todos estos componentes lo hacen muy delicado, ya que se pueden generar fugas, puede producirse congelamiento del agua, pueden oxidarse las partes, y además se genera mucho peso adicional para el motor. 2. Por Aire: Es un sistema mucho más simple y más seguro, que sólo requiere de: Una superficie expuesta (tomas de aire), dirigir el aire hacia donde se requiera (aletas deflectoras y baffles) y una manera de proveer el flujo de aire (con el movimiento del avión y con la hélice), por lo cual es el sistema de enfriamiento más usado en aviación.
  • 19. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 19 19 • Una turbina sólo consume el 25 % del aire que le entra en la combustión, el 75 % restante se emplea para enfriar sus componentes. • El régimen de enfriamiento varía directamente con la diferencia de temperatura entre las superficies metálicas y el aire del medio ambiente (a mayor altitud el enfriamiento es más rápido porque el aire es más frío). • Las aletas deflectoras alrededor de los cilindros dirigen el flujo del aire para que el intercambio de calor sea más eficiente. • Del 100 % del aire de impacto que enfría al motor, las aletas deflectoras emplean aproximadamente un 10 % para enfriar sólo los cilindros. Entradas de Aire Entradas de Aire AIRSCOOP o AIRSCOOP o INLETS INLETS Vista Frontal Vista en Planta Vista Lateral COWLFLAP BAFFLES (operable desde la cabina)
  • 20. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 20 20 • HÉLICE: Elemento del motor que transforma la potencia en empuje o tracción. * Tipos de Hélices: 1. De Paso Fijo: Tienen un ángulo fijo para entrar en el aire, por lo cual sólo se obtiene su máximo rendimiento en vuelo de crucero. Las revoluciones de la hélice son las mismas del cigüeñal. 2. De Paso Ajustable en Tierra: Se puede ajustar su ángulo, pero sólo en tierra. 3. De Paso Variable Ajustable en Vuelo: Son llamadas también de velocidad constante, ya que se les puede cambiar el ángulo en vuelo, y tienen un mecanismo que controla su velocidad (para que sea constante). Las revoluciones de la hélice son diferentes a las del cigüeñal. • Sistema de Perfilamiento (Feather): Perfilar o embanderar una hélice consiste en ajustar su ángulo de manera que el aire de impacto no le genere rotación. Se usa en vuelo en caso de falla del motor (para evitar resistencia), y en tierra para que la hélice se detenga rápidamente al apagar el motor. NOTA: Los motores sin conexión mecánica entre la hélice y la turbina se embanderan al apagar los motores; pero los que tienen eje fijo no se deben embanderar, porque el esfuerzo que debe hacer el motor para desembanderarlas en el momento del encendido, puede causar recalentamiento del motor. • Diámetro de la Hélice: Para determinar el diámetro de una hélice se debe tener en cuenta: 1. La separación necesaria del suelo. 2. La resistencia de las palas contra la flexión y la fuerza centrífuga. 3. La presencia de un gran fuselaje. 4. Su rendimiento (tracción / empuje). Normalmente las hélices de paso variable tienen un sistema de control de sobre-velocidad (overspeed), que les cambia el ángulo (REVERSO). Este sistema también se utiliza al aterrizar (después de poner ruedas en la pista) para ayudar a frenar el avión. • TORQUEO: Es la tendencia de los monomotores de girar a la izquierda (en sentido contrario a la dirección en que gira la hélice), y es debido a: 1. La hélice gira en sentido de las manecillas del reloj, por lo cual la rueda izquierda es presionada con más fuerza sobre la pista, generándole una fricción mayor (se frena un poco). 2. El aire impulsado por la hélice fluye a lo largo del avión en un movimiento de espiral, y golpea el timón de dirección (rudder) por el lado izquierdo. 3. Cuando la pala de la hélice desciende (al lado derecho del avión) adquiere una velocidad un poco mayor que cuando sube (a lado izquierdo del avión) porque se le suma el efecto de la fuerza de gravedad, lo cual hace que el empuje o tracción que se produce al lado derecho del avión sea ligeramente mayor al que se produce al lado izquierdo (P-Factor).
  • 21. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 21 21 El torqueo se presenta generalmente durante los despegues, en ascensos con poca velocidad y mucha potencia o volando con un gran ángulo de ataque, y se contrarresta empleando el pedal derecho y el compensador. Hélice Torqueo TORQUEO NOTA: En los aviones multimotores se puede eliminar el torqueo empleando motores contra-rotatorios (las hélices giran en sentidos contrarios). • FALLAS DEL MOTOR: El motor de un avión puede fallar por diversas causas, y por eso nadie que no esté debidamente autorizado (mecánicos) debe manipular ninguna de sus partes componentes. Sin embargo todo piloto debe conocer el funcionamiento del motor del avión que opera, y debe poder reconocer las causas de algunas fallas para tomar medidas correctivas desde la cabina y/o para informar al servicio de mantenimiento. FALLA POSIBLES CAUSAS 1. El motor no arranca. - Falta de combustible (válvula cerrada). - Fallas en el sistema de encendido. - Daño interno grave (hélice atrancada, partes fundidas o aceite congelado). 2. El motor se siente pobre estando en máximas RPM. - Mal ajuste de la mezcla de combustible/aire. 3. El motor se siente acelerado estando en mínimas RPM. - Mal ajuste de la mezcla de combustible/aire. 4. Mal funcionamiento en mínimas (vibración). - Fallas en el surtidor auxiliar (en el carburador). 5. Mal funcionamiento al acelerar. - Fallas en el surtidor compensador (en el carburador). 6. Vibración fuerte. - Mal ajuste de la mezcla (cada 5.000 ft). - Amortiguadores gastados, flojos o desbalanceados. - Fallas en la hélice (desbalanceada). - Hielo en el carburador. 7. Motor parado después de un corto período de funcionamiento. - Falta de combustible (válvula cerrada).
  • 22. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 22 22 • Tuberías del Motor: Para una rápida identificación de las tuberías del motor (y del avión en general) se han estandarizado ciertos colores, según el fluido que transporten así: ROJO COMBUSTIBLE. AMARILLO ACEITE LUBRICANTE. AZUL - AMARILLO - AZUL ACEITE HIDRÁULICO. BLANCO - VERDE CLARO VACÍO (Succión)
  • 23. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 23 23 VII - CICLOS DEL MOTOR. • CICLO DE OTTO: ADMISIÓN - COMPRESIÓN - EXPANSIÓN (explosión) - ESCAPE. A. CICLO TEÓRICO: 1. ADMISIÓN: El pistón se mueve del punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI), y se abre la válvula de admisión para permitir la entrada de la mezcla. 2. COMPRESIÓN: Con ambas válvulas cerradas, el pistón se mueve del PMI al PMS comprimiendo así la mezcla. 3. EXPANSIÓN (explosión): Cuando el pistón llega al PMS, la bujía suelta una chispa provocando el incendio de la mezcla (combustión), lo cual empuja al pistón hacia el PMI. (este es el único movimiento que genera trabajo útil para el motor). 4. ESCAPE: El pistón va del PMI al PMS, mientras se abre la válvula de escape para dejar salir todos los gases (residuos) de la combustión;..... y comienza un nuevo ciclo. ADMISIÓN COMPRESIÓN EXPANSIÓN ESCAPE (explosión) NOTA: El cigüeñal gira dos (2) vueltas completas, y el cilindro pega dos (2) veces en cada ciclo completo.
  • 24. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 24 24 B. CICLO REAL: 1. ADMISIÓN: El pistón se mueve del punto muerto superior (PMS) al punto muerto inferior (PMI), y se abre la válvula de admisión para permitir la entrada de la mezcla. 2. COMPRESIÓN: Cuando el pistón comienza a moverse del PMI al PMS para comprimir la mezcla, la válvula de admisión continúa abierta (Retardo Cierre de Admisión - RCA) para lograr un mejor llenado de la cámara de combustión con mezcla. El pistón sigue moviéndose hacia el PMS y la válvula de admisión se cierra. Antes de que el pistón llegue al PMS, la bujía suelta una chispa provocando el incendio de la mezcla (Avance de Encendido - AE) para quemar toda la mezcla que está en la cámara y optimizar la combustión. 3. EXPANSIÓN (explosión): La combustión empuja al pistón hacia el PMI, pero antes de que llegue allí (al PMI) se abre la válvula de escape (Avance Apertura Escape - AAE) para lograr evacuar rápidamente todos los gases (residuos) de la combustión). 4. ESCAPE: Cuando el pistón va del PMI al PMS se abre la válvula de admisión permitiendo el ingreso de mezcla (Avance Apertura Admisión - AAA) generando el traslapo de válvulas, que ayuda a hacer un barrido completo de los gases de escape, mejora la eficiencia del llenado con mezcla del cilindro y ayuda a refrigerarlo un poco; con ambas válvulas abiertas se inicia un nuevo ciclo (Retardo Cierre Escape - RCE), y luego se cierra la válvula de escape,..... y se repite el ciclo real. 4. AAA traslapo PMS 5. RCE 2. AE Escape Compresión Admisión Expansión 1. RCA 3. AAE PMI
  • 25. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 25 25 Salto de la Chispa (AE) Presión Expansión Compresión Admisión (AAE) Escape Volumen de la Cámara de Combustión • Los motores DIESEL también tienen 4 tiempos, pero no requieren de bujías, debido a que la mezcla con diesel se incendia por la presión y la fricción generada dentro de la cámara de combustión (Son de bajo octanaje). • Recientemente la empresa PEUGEOT ha estado experimentando con un motor diesel nuevo que aparentemente tiene 5 tiempos, en el cual los gases de escape pasan primero por un sistema de filtro que recicla los residuos que todavía pueden ser aprovechados en otro ciclo de combustión (este sería el 5°tiempo, denominado regeneración de partículas).
  • 26. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 26 26 VIII - RENDIMIENTO. • RELACIÓN DE COMPRESIÓN: Es la relación que hay entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cámara de combustión. RC = VTC * En el Piper PA - 28 es ± de 7 VCC 1 • RÉGIMEN DE POTENCIA: Está dado por la relación: PLANK Indicado en Caballos de Fuerza (HP) 33.000 Donde: P = Presión (en PSI). L = Longitud de la carrera del cilindro (en pulgadas). A = Área del cilindro (en pulg.2 ). N = Número de RPM. K = Número de cilindros del motor. * La potencia nace por la presión generada dentro del cilindro (en la cámara de combustión) * El Piper PA - 28 tiene una relación de compresión de 100 a 105 PSI en cada cilindro con el motor nuevo, y luego está entre 80 y 90 PSI. • ALTITUD CRÍTICA: Es el nivel más alto en el cual un motor mantendrá su rendimiento, expresado en RPM. * DIFERENTES TIPOS DE POTENCIAS: 1. Take Off Power (Potencia de Despegue): Es la máxima potencia (certificada) que entrega el motor en el despegue, según las condiciones atmosféricas. Normalmente se limita a 5 minutos, extensible hasta 10 minutos en caso de falla de un motor. 2. Go Around Power (Potencia de Sobrepaso): Es la máxima potencia para realizar un sobrepaso (limitada por las condiciones atmosféricas). 3. Flexible Take Off Power (Despegue con Potencia Reducida): Se puede despegar hasta con un 25% menos de la potencia de despegue necesaria (lo cual alarga la vida útil de los motores), pero está limitada por las condiciones atmosféricas, las condiciones de la pista (longitud, pendiente, obstáculos) y por limitaciones de la máquina (fallas). Está prohibido el despegue con potencia reducida en pistas contaminadas (húmedas, de tierra, etc.). 4. Maximum Continous Power (Potencia Máxima Continua): Es la máxima potencia que se puede mantener continuamente (sólo utilizable en caso de falla de un motor).
  • 27. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 27 27 5. Maximum Climb Power (Potencia Máxima de Ascenso): Es la máxima potencia que entrega el motor para realizar un ascenso normal (limitada por las condiciones atmosféricas). 6. Maximum Cruise Power (Potencia Máxima de Crucero): Es la potencia normal (necesaria) para volar en configuración de crucero. • IHP - Indicated Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que genera el cilindro en el momento de la combustión. • BHP - Brake Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que el motor le entrega a la hélice para generar tracción o empuje. • FHP - Friction Horse Power: Son los caballos de fuerza (HP) que se pierden por el movimiento y la fricción de las partes móviles del motor y sus accesorios. Es la diferencia entre IHP y BHP. (FHP = IHP - BHP). IHP BHP FHP • IHP se relaciona con IMEP (Indicated Mean Effective Pressure). • BHP se relaciona con BMEP (Brake Mean Effective Pressure). • FHP se relaciona con FMEP (Friction Mean Effective Pressure).
  • 28. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 28 28 Para medir la potencia de un motor se utiliza un Freno Prony, que es un sistema que mide la fuerza necesaria para detener el giro del eje del motor (en Libras Fuerza). Eje del Motor Lbs. Balanza FRENO PRONY • IHP = PLANK (en PSI) 33.000 Donde: P = Presión (en PSI). L = Longitud de la carrera del cilindro (en pulgadas). A = Área del cilindro (en pulg.2 ). N = Número de RPM. K = Número de cilindros del motor. • BHP = BMEP x RPM (en PSI) K • BMEP = BHP x K RPM • RPM = BHP x K BMEP Donde: K = 792.000 Cilindrada del Motor • Cilindrada Unitaria: Es el volumen de un cilindro cuando el pistón está en el PMI. • Cilindrada Total: Es la sumatoria de las cilindradas unitarias de un motor.
  • 29. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 29 29 IX - RIQUEZA DE LA MEZCLA. * MEZCLA: Es la relación de combustible/aire con la cual funciona un motor de combustión (las proporciones se miden en peso). Mezcla Estequiométrica Potencia Máxima Máxima Economía Potencia No trabaja No trabaja el motor el motor 1/22 1/16 1/15 1/12 1/7 Mezcla * Mezcla Estequiométrica: Es la mezcla en la cual todo el aire y todo el combustible se queman en el proceso de combustión (1/15). • AJUSTE DE LA MEZCLA: El avión está provisto de un control de mezcla para que el piloto pueda ajustar la cantidad de mezcla de combustible/aire que entra al motor cuando sea necesario. El control de mezcla de la cabina opera una válvula ubicada entre el flotador y el inyector principal de salida dentro del carburador, la cual controla el flujo de combustible que va al inyector principal para ajustar la mezcla. Con el control de mezcla en la posición CORTADA (Idle-cut-off) o “pobre”, la válvula está completamente cerrada. * Razones para ajustar la mezcla: Un correcto empobrecimiento de la mezcla hará que el motor sea operado en la forma más eficiente en términos de consumo de combustible. Con el reciente aumento del uso de combustible del tipo 100 LL, el empobrecimiento de la mezcla es muy importante para evitar también la formación de depósitos o sedimentación en las bujías. La operación más eficiente del motor se obtiene con una relación de 1:15 (1 parte de combustible por 15 partes de aire). Con la mezcla ajustada en “rica”, el sistema está diseñado para brindar una mezcla ligeramente más rica que la ideal (1:12), lo cual reduce la posibilidad de la pre-ignición o detonación, y ayuda al enfriamiento de los cilindros. A medida que se aumenta la altitud se disminuye la presión atmosférica (y la densidad del aire), y aproximadamente a partir de los 3.000 ft ASL la reducción de la densidad del aire puede llevar a un enriquecimiento excesivo de la mezcla, lo cual causa una pérdida de potencia y un funcionamiento irregular del motor, llegando incluso a provocar una falla total del mismo. Por esto la mezcla puede y debe ser corregida desde la cabina cuando se está ascendiendo por encima de los 3.000 ft ASL, de acuerdo a los requerimientos de mezcla vs rendimiento.
  • 30. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 30 30 * Uso del control de mezcla: Para despegues y ascensos la mezcla debe estar completamente rica, exceptuando las operaciones en aeródromos de alta elevación (menor densidad); cuando se está empobreciendo la mezcla se debe garantizar la disponibilidad de una potencia óptima, y al llegar a la altitud de crucero por encima de los 3.000 ft ASL, debe ajustarse la potencia de crucero y luego hacer la corrección de la mezcla (no se recomienda empobrecer la mezcla con ajustes de potencia mayores al 75%). En un motor normalmente aspirado, al ascender por encima de los 5.000 ft ASL (caso del aeródromo de Medellín) con el acelerador completamente abierto, la potencia puede estar por debajo del 75 %, permitiendo así una corrección adecuada de la mezcla (empobrecimiento) para mantener un funcionamiento regular del motor. * Existen 3 maneras de ajustar la mezcla: 1. Por RPM. 2. Por EGT. 3. Por Tablas de Rendimiento. 1. Ajuste de mezcla por RPM: Para empobrecer la mezcla se debe ajustar la potencia con el acelerador a 2.000 RPM y mantener este ajuste durante todo el procedimiento; luego se mueve el control de mezcla lentamente hacia atrás (empobrecimiento) y si el motor requiere de esta corrección las RPM aumentarán un poco, llegando a un pico máximo y luego disminuyendo otra vez. - Mezcla - Potencia: Si se regresa el control de mezcla hasta lograr nuevamente el pico máximo de RPM, se habrá ajustado la mezcla con la mejor relación mezcla/potencia. - Mezcla - Economía: Cuando se ajusta la mezcla para obtener una lectura de 25 a 50 RPM por debajo del pico máximo, se habrá ajustado la mezcla con la mejor relación mezcla/economía (este ajuste es recomendado por muchos fabricantes, y basan sus rendimientos teóricos en este procedimiento). 2. Ajuste de mezcla por EGT: Para empobrecer la mezcla se debe ajustar la potencia con el acelerador a 2.000 RPM y mantener este ajuste durante todo el procedimiento; luego se mueve el control de mezcla lentamente hacia atrás (empobrecimiento) llegando a un pico máximo de EGT (Exhausto Gas Temperature), en donde ubicamos la línea de referencia (línea roja o amarilla) con el botón de ajuste manual. - Mezcla - Potencia: Llevamos el control de mezcla hacia adelante, hasta que la aguja nos indique una disminución de 50° F por debajo del pico máximo de EGT, para un ajuste de mezcla con la mejor relación mezcla/potencia. - Mezcla - Economía: Llevamos el control de mezcla hacia adelante, hasta que la aguja nos indique una disminución de 25° F por debajo del pico máximo de EGT, para un ajuste de mezcla con la mejor relación mezcla/economía.
  • 31. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 31 31 NOTAS: - Usar mezcla demasiado pobre puede ser una economía falsa, ya que tarde o temprano puede producir daños serios en el motor. La detonación (combustión explosiva descontrolada dentro del motor) es particularmente peligrosa, y puede llevar a una falla del motor en corto tiempo. - El uso de una mezcla completamente rica en operaciones con máxima potencia asegura el enfriamiento del motor y previene las detonaciones en su interior. - Para cualquier cambio en las condiciones de operación (altitud, ajuste de potencia, etc.) la mezcla debe ser ajustada, y debe estar completamente rica antes de incrementar la potencia. - Durante descensos desde grandes altitudes la mezcla se irá empobreciendo gradualmente si no se enriquece con el control, llevando a un calentamiento de la cabeza de los cilindros, a una pérdida de potencia y finalmente a una falla del motor. - La mezcla debe estar completamente rica antes de aterrizar en aeropuertos que estén por debajo de los 3.000 ft ASL. - Moviendo el control de mezcla completamente hacia atrás ICO (Idle-cut-off) se cierra la válvula y se corta el suministro de combustible, siendo éste el método normal para apagar el motor.
  • 32. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 32 32 X - INSTRUMENTOS DEL MOTOR. Todo avión tiene una serie de instrumentos, que se dividen según sus funciones en: 1. Instrumentos de Vuelo: Le dan información al piloto sobre la actitud de vuelo. 2. Instrumentos de Navegación: Le sirven al piloto para guiarse (con las radioayudas). 3. Instrumentos del Motor: Le indican al piloto el funcionamiento del motor. PANEL DE INSTRUMENTOS DEL PIPER PA-28 • TACÓMETRO: - En motores con hélices de paso fijo indica la potencia del motor (RPM). - En motores con hélices de paso variable indica las RPM de la hélice. En los motores con hélices de paso fijo funciona mediante un eje flexible (cable) que va desde el cárter de accesorios, movido por un piñón, hasta el instrumento, que indica las RPM del cigüeñal. • MANIFOLD PRESSURE: Indica la presión de aire (en ” Hg) en la entrada del múltiple de admisión. Con el motor apagado indica la presión atmosférica.
  • 33. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 33 33 • INDICADOR DE PRESIÓN DE ACEITE: Funciona bajo el principio del Tubo Bourdón (como un pito de piñata, que se estira al soplar y se contrae al salir el aire), con un indicador que está ubicado a la salida de la bomba de aceite. • INDICADOR DE TEMPERATURA DE ACEITE: También funciona bajo el principio del Tubo Bourdón, con medidores ubicados en la parte superior del cárter y en la salida de la bomba de aceite. • INDICADOR DE PRESIÓN DE COMBUSTIBLE: También funciona bajo el principio del Tubo Bourdón, con un medidor ubicado a la salida de la bomba de combustible, antes del carburador. • INDICADOR DE TEMPERATURA DE CABEZA DE CILINDRO (CHT): Puede ser un Par Termoeléctrico o una Resistencia Eléctrica. - Par Termoeléctrico: Son 2 metales con temperaturas diferentes, que al calentarse producen pequeños valores de corriente eléctrica, que se dirigen hacia la carátula del instrumento e indican un valor (en la escala de temperatura). Es como una arandela ubicada en la cabeza de la bujía. - Resistencia Eléctrica: Es muy similar al medidor de temperatura de aceite, pero se conecta a la batería, en donde diferentes valores de temperatura varían el paso de la corriente eléctrica hacia la carátula del medidor, el cual indica un valor (en la escala de temperatura). • FLUJÓMETRO (Fuel Flow): Indica la cantidad de combustible consumida por el motor, en Gln/hr o en Lbs/hr. • INDICADOR DE CANTIDAD DE COMBUSTIBLE: Es un flotador que está conectado a la batería, y de acuerdo al nivel de combustible envía valores diferentes de corriente eléctrica hacia la carátula del medidor. • INDICADOR DE EGT (Exhaust Gas Temperature): Es un censor de temperatura (termómetro), ubicado en la salida d ellos gases de escape del cilindro más caliente. • AMPERÍMETRO: Indica el amperaje que está produciendo el alternador para la carga de la batería y el consumo de los diferentes equipos eléctricos del avión. Algunos amperímetros muestran la carga o descarga de la batería, mientras que otros muestran únicamente el consumo de los equipos eléctricos.
  • 34. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 34 34 XI - DETONACIÓN Y PRE-IGNICIÓN. A. DETONACIÓN: Es un fenómeno de explosión de la mezcla de combustible/aire, caracterizado por golpes intermitentes de tipo metálico, que aumentan súbitamente la presión y disminuyen el rendimiento del motor. * Causas: En general se produce por temperaturas altas. - Alta temperatura de admisión de aire. - Alta temperatura de la cabeza de los cilindros (CHT). - Mal ajuste de la mezcla (muy pobre). - Alta presión de admisión. - Consumo de aceite. - Índice bajo de octano (octanaje) del combustible. • Octanaje: Es la capacidad de un combustible de soportar presión sin explotar. Puede ser una propiedad del combustible como es el caso del alcohol o del metanol, o puede ser un aditivo agregado al combustible como el plomo. * Los combustibles con alto octanaje requieren de una chispa (bujías) para la combustión. * Los combustibles con bajo octanaje (Diesel) hacen combustión por fricción y presión. COMBUSTIBLE OCTANAJE Gasolina Corriente ± 80 Gasolina Extra ± 95 AV / GAS 100/130 AV Azul (baja en plomo) 100 LL (no se consigue en Colombia). AV Morada 115/145 (no se consigue en Colombia). B. PRE-IGNICIÓN: Es el encendido de la mezcla antes de que se produzca el salto de la chispa de la bujía. * Causas: - Detonación (alta temperatura). - Depósitos de carbón (por la combustión o por defectos de las piezas). - Ruptura del aislamiento de la bujía (no se disipa el calor de la bujía).
  • 35. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 35 35 XII - INSTALACIÓN DE GRUPOS MOTOPROPULSORES. Bien sea que el motor o los motores se instalen en la nariz, en el empenaje o en las alas, requieren de una estructura que les sirva de soporte y les brinde una fijación fuerte al fuselaje, esto se logra con la bancada. • BANCADA: Es el elemento donde se monta el motor; puede ser parte de la estructura del avión o puede ser independiente. Generalmente son de acero templado o de duraluminio. Puede aprovecharse para montar también el tren de nariz, como sucede en la mayoría de monomotores. Bancada Independiente Bancada como parte de la Estructura • BUJES: Son elementos flexibles que absorben la vibración entre el motor y el fuselaje, normalmente fabricados de acero reforzado (son amortiguadores).
  • 36. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 36 36 XIII - SISTEMAS DE ARRANQUE. 1. ARRANQUE A MANO: (Por inercia) Fue el primer sistema empleado en la aviación, consiste en mover manualmente la hélice, lo cual hace que se muevan todos los componentes internos del motor (pistón, biela, cigüeñal, árbol de levas, levas, botador, varillas impulsoras, balancines, válvulas, magnetos, etc.) provocando así que haya mezcla dentro de las cámaras de combustión y que se produzca una chispa inicial para el encendido del motor. Es un sistema muy peligroso. 2. ARRANQUE DE OPERACIÓN DIRECTA: Incorpora una unidad de arranque independiente (motor eléctrico), que hace mover la hélice y los componentes internos del motor, logrando así también el encendido del motor del avión. Es accionado desde la cabina y se desconecta automáticamente cuando enciende el motor del avión, pero tiene un tiempo limitado de uso porque se recalienta rápidamente. 3. ARRANQUE DE INERCIA DE AIRE: Es un sistema que inyecta aire a presión desde un motor compresor en tierra hacia la turbina, y hace mover sus componentes para lograr el encendido (requiere de un motor en tierra que suministre aire a alta presión). • Los motores de turbina tienen un GENERADOR ARRANCADOR, que funciona como motor de arranque durante el encendido, y luego como generador de corriente. • APU (Auxiliary Power Unit) es una planta auxiliar de poder que le proporciona aire y corriente eléctrica a la turbina únicamente para el encendido y para mantener funcionando el aire acondicionado en tierra. • EPP (External Power Plant) es una planta externa, que sólo suministra energía eléctrica para el encendido y para mantener en funcionamiento las luces del avión en tierra.
  • 37. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 37 37 XIV - SISTEMAS DE INYECCIÓN. Son sistemas que no requieren de un carburador para hacer la mezcla de combustible/aire, ya que separan e inyectan directamente el combustible y el aire a la cámara de combustión, para que allí se produzca la mezcla. * Tienen ventajas respecto a los motores aspirados (con carburador): - Las bajas temperaturas no afectan casi el flujo del combustible ni del aire (no hay hielo en el carburador). - Permiten hacer maniobras extremas (acrobacias) porque el flujo de combustible no se interrumpe (no hay flotador que tapone la entrada de combustible). - Hay un mejor control de la mezcla, ya que se controla desde la cabina la cantidad exacta de combustible que ingresa al motor. - Se tiene una medida muy precisa del consumo del combustible. • Controles del Motor en Aviones con Hélices de Paso Variable (Sistemas de Inyección): - Manifold (palanca negra): Controla la presión del aire que entra a los cilindros (en ”Hg), regulando así la potencia (acelerador). - RPM (palanca azul): Regula las RPM de la hélice, que son diferentes a las del cigüeñal. - Fuel Flow (palanca roja): (Flujómetro) Regula la cantidad de combustible que entra al motor (en Gln/hr ó en Lbs/hr). RPM Manifold Fuel Flow Para quitar potencia: 1. Manifold. 2. RPM. 3. Fuel Flow. Para poner potencia: 1. Fuel Flow. 2. RPM. 3. Manifold. Controles del Motor (con hélices de paso variable)
  • 38. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 38 38 MOTORES A REACCIÓN I - TEORÍA DE LA PROPULSIÓN. MOTOR: Máquina que transforma la energía química (de un combustible) en energía calorífica, para generar movimiento. • En un motor de combustión interna genérico el ciclo es: Energía Energía Expansión Movimiento Química Calorífica de Gases del Pistón Movimiento La Hélice Movimiento Movimiento del del Avión Mueve una de la Hélice Cigüeñal (Eje) (Acción y Reacción) Masa de Aire “La eficiencia de un motor es inversamente proporcional al número de sus partes móviles”. Los mejores motores de combustión interna tienen una eficiencia real del 45 % al 50 % de su potencia. • 1ª LEY DE NEWTON (Inercia): Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o de movimiento con velocidad constante, a menos que una fuerza externa actúe sobre él. • 2ª LEY DE NEWTON (Fuerza): La fuerza ejercida sobre un cuerpo es igual al producto de su masa por la aceleración adquirida. F = m x a. • 3ª LEY DE NEWTON (Acción y Reacción): Todo cuerpo reacciona con una fuerza igual y opuesta a la que actúa sobre él. MOTOR A REACCIÓN: Máquina térmica que transforma la energía química liberada por un combustible en energía cinética de un flujo de aire. Lord Brayton fue el primero en estudiar las turbinas (con base en la termodinámica) y enunció el Ciclo de Brayton para explicar el funcionamiento de las turbinas de gas. Aire Aire a Presión Gases en Escape de Atmosférico Expansión Gases Compresor Cámara de Combustión Turbina
  • 39. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 39 39 2 3 Presión 4 W = P x V 5 1 6 0 Volumen Ciclo de Brayton 0. Aire libre en la atmósfera. 1. Admisión del aire. 2. Salida del aire del compresor. 3. Mezcla combustible/aire en la cámara de combustión. 4. Combustión (expansión de los gases). 5. Entrada del aire a la turbina. 6. Gases de escape vuelven casi a la temperatura y presión iniciales. P = Presión = F F = P x A F = m x a A W = F x d W = P x A x d W = P x V V • Motor Turbo-Hélice: Mueve una gran masa de aire a baja presión = W (trabajo). • Motor a Reacción: Mueve poco aire a gran presión = W (trabajo). Un motor a reacción tiene básicamente los mismos 4 tiempos que un motor a pistón: 0 a 1: Admisión. 3 a 4: Expansión. 1 a 2: Compresión. 4 a 5: Escape. 2 a 3: ................... 5 a 6: Estabilización.
  • 40. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 40 40 • EMPUJE (E): En los motores a reacción se mide su empuje (Fuerza). E = m x a E = m x V m = Flujo Másico t t ó Caudal E = Caudal de Aire x Velocidad del Aire ¿ COMO SE AFECTA EL EMPUJE ? Presión Caudal (masa de aire) = Empuje Velocidad Caudal = Empuje Altura (MSL) Densidad y Caudal = Empuje Temperatura Presión / Caudal = Empuje • POTENCIA (P): Aunque en los motores a reacción se mide su empuje y no su potencia, se puede determinar la potencia EN VUELO. Sistema Inglés = P (H.P.) = Empuje (Lbs) x Velocidad (kts) Caballos de Fuerza 375 Sistema Métrico = P (C.V.) = Empuje (kg) x Velocidad (km/hr) Caballos de Vapor 270 ZONAS DE UN MOTOR A REACCIÓN: • Zona Fría: Es todo lo que está antes de la cámara de combustión (aire a temperatura atmosférica o un poco más debido al aumento de la presión en el compresor). • Zona Caliente: Es todo lo que está después de la cámara de combustión (aire a altas temperaturas).
  • 41. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 41 41 FÍSICA DE LOS MOTORES: El aire es volátil porque sus moléculas tienen velocidad. Al aumentar el número de moléculas (Caudal o masa de aire) en un recipiente aumenta la presión y la temperatura (por fricción). - Presión: Es la fuerza que ejercen las moléculas de un fluido sobre las paredes del recipiente que las contiene. - Temperatura: Es la energía calorífica liberada por el movimiento (fricción) de las moléculas de un fluido dentro de un recipiente. Al aumentar la presión, aumenta la temperatura. Los parámetros que se tienen en cuenta para determinar el nivel de energía de un cuerpo son: Presión, Temperatura y Velocidad. B.T.U. (British Termal Unit): Es la cantidad de energía calorífica necesaria para elevar la temperatura de 1 lt de agua en 1°F. En el aire se requieren 0,17 BTU (para 1 lt de aire). 1 BTU puede levantar 786 Lbs una distancia de 1 pie. • Con el movimiento se presentan fricción y vibración: Fricción: Significa un consumo adicional de energía porque se opone al movimiento; la solución es el empleo de lubricantes. Vibración: Significa un consumo adicional de energía porque el motor absorbe parte de la energía y además causa desgaste y daños estructurales internos (desajuste). En un motor a pistón cerca del 70 % de la energía es consumida por la fricción y la vibración. Solución: 1. Menos partes móviles. 2. Reducir las superficies en contacto. 3. Aumentar la energía del fluido (BTU), su caudal y su presión. Para optimizar un motor a reacción: Presión Temperatura = Empuje (velocidad de salida del aire)
  • 42. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 42 42 II - TIPOS DE MOTORES A REACCIÓN. • MOTOR COHETE: Es un motor que tiene un recipiente con combustible (preferiblemente seco) que al expandirse tiene una sola salida y genera empuje. Los primeros cohetes fueron los juegos pirotécnicos. Sus principales características son: - Trabaja sin flujo de aire. - Tiene alto poder calórico. - No se puede apagar (hasta que se agote el combustible). - No tiene control de velocidad. - Tiene un alto consumo de combustible. - El combustible es muy costoso. - Sus materiales componentes deben ser muy resistentes (altas temperaturas). Combustible (seco) Empuje • MOTOR PULSE - JET: Es un motor que requiere velocidad inicial para poder encenderse y funciona por pulsos porque tiene una válvula de mariposa que regula la entrada del aire en intervalos de tiempo. Bujía Válvula Entrada de Aire Empuje Inyectores
  • 43. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 43 43 • MOTOR RAM - JET: Es un motor Pulse - Jet al que se le adiciona un tanque de aire para que tenga flujo constante. Bujía Válvula Tanque de Aire Empuje Inyectores • MOTOR JET: Desarrollado en los años 30’s por Frank Whittle, adicionando un compresor para tener un flujo constante de aire a presión constante (sin turbina). • MOTOR A REACCIÓN: Fue desarrollado por los americanos con base en los diseños de Whittle, agregando una turbina unida al eje del compresor para aprovechar los gases expandidos y moverlo. Después se le agregó un ventilador (fan) antes del compresor para garantizar un caudal de aire entrando al compresor y para generar más empuje. Los motores a reacción logran eficiencias de hasta el 80 % (los de pistón tan sólo del 50 %). Aire Aire a Presión Gases en Escape de Atmosférico Expansión Gases Fan Compresor Cámara de Turbina Combustión MOTOR A REACCIÓN: MOTOR DE PISTÓN: - Succión de aire continua. - Toma aire por tiempos. - El aire circula en una dirección. - El aire circula en varias direcciones.
  • 44. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 44 44 III - PARTES DE UN MOTOR A REACCIÓN. • ZONA FRÍA: 1. ENGINE CASE: Es el cuerpo del motor; debe soportar todas sus partes componentes y darle forma. En su interior se presentan los cambios de presión, velocidad y temperatura del aire por lo cual debe ser de materiales muy resistentes como las aleaciones de duraluminio (en la zona fría) y titanio o keblar (en la zona caliente). También debe restringir y canalizar el flujo de aire para maximizar su aprovechamiento (reducir la fricción). Engine Case 2. INLET CASE (Engine Inlet, Inlet Duct): Es la entrada del motor, y allí se instala el Nose Cowl (carena o nacela) que es diseñado por el fabricante del avión y no por el fabricante del motor, ya que tiene mucho que ver con la aerodinámica del avión. Su función es canalizar el flujo de aire hacia el compresor libre de distorsiones (flujo laminar), debe tener baja resistencia al avance, debe distribuir uniformemente la presión del aire que entra y transformar la energía cinética en energía de presión. Su forma depende de la ubicación del motor en el avión (es común que tenga forma de vénturi para aumentar la velocidad en el interior). En el centro se pone un cono para ayudar a canalizar el aire de manera uniforme y evitar la pérdida (stall) por viento cruzado. Inlet Case
  • 45. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 45 45 3. COMPRESOR: Su función es suministrar al motor la mayor cantidad de aire a presión para ser calentada en el volumen limitado de la cámara de combustión y expandirse luego en la turbina. “La energía de propulsión obtenida en la cámara de combustión es proporcional a la masa de aire consumido”. La eficiencia operacional es la relación entre la máxima compresión y el aumento mínimo en la temperatura. Los compresores actuales tienen una relación de compresión de 15 a 1 (comprimen 15 m3 de aire en 1 m3 ), y una eficiencia operacional del 90 %. Con la adición del ventilador (fan) se ha logrado un aumento del 25 % en la relación de compresión y flujos de aire de 1.000 Lbs/seg. (453,6 kg./seg.). Compresor * Tipos de Compresores: A. Centrífugos: Son de tamaño pequeño y alta eficiencia (6 ó 7 a 1), poco susceptibles al FOD (Foreign Object Damage) y de poca área frontal, pero sólo son útiles en motores pequeños porque trabajan a bajas velocidades. Sus partes incluyen: - Impeller: Para acelerar el aire. - Difusor: Para incrementar la presión y convertir la energía cinética en energía por presión estática. - Manifold: Que sirve de interconexión. B. Axiales: Con el aumento de tamaño aumenta su poder de compresión, pero tienen muchas partes móviles (varias etapas) y pueden ser muy largos. Sus partes incluyen: - Alabes Fijos: Llamados también estatores o vanes, para canalizar el aire y aumentar su presión. - Espaciadores: Para interconectar y separar. - Alabes Móviles: Llamados también rotores o blades, para acelerar el aire. Los compresores axiales pueden ser: de etapa simple, duales (con 2 entradas) y turbo-fan.
  • 46. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 46 46 • ZONA CALIENTE: 4. CÁMARA DE COMBUSTIÓN: Está ubicada después del compresor; allí se mezcla el aire con el combustible y se incendia para suministrar energía calorífica al motor y transformarla en energía cinética gracias a la expansión de los gases. En la cámara de combustión se consume el 25 % del aire que entra al motor (el 75 % restante se emplea para refrigerarla a través de sus paredes dobles). Cámara de Combustión * Tipos de Cámaras de Combustión: A. Caneca (simple): Son una serie de tubos ubicados alrededor del motor, que generalmente están interconectados para emplear inyectores en cada uno y 2 ó 3 bujías para incendiar la mezcla (sólo se usan para encender el motor). A veces se presentan problemas con la mezcla y diferencias de temperatura. B. Anular: Es un solo tubo (como una dona), con temperatura constante en todo el anillo; posee varios inyectores y 2 ó 3 bujías. C. Caneca-Anular o Mixta: Es una cámara anular con otras cámaras tipo caneca en su interior. Caneca Anular Mixta
  • 47. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 47 47 * Características de las Cámaras de Combustión: - Deben brindar un alto valor de energía liberada por unidad de volumen. - Deben generar combustión uniforme. - Deben hacer la combustión con pérdidas mínimas (consumo de toda la mezcla). - Deben garantizar combustión continua (bujías sólo para el encendido). * Dificultades Operativas: - Extinción de la llama (por factores externos o flujo interrumpido). - Inestabilidad. - Carbonización (por los residuos de la mezcla y por mala refrigeración). - Falta de uniformidad de la mezcla. • INYECTORES: Son el complemento fundamental de una cámara de combustión; toman aire a presión y rompen la homogeneidad del fluido del combustible pulverizándolo en gotas. Su capacidad (eficiencia) se mide por el diámetro (menor) de las gotas de combustible. * Métodos para Mejorar la Mezcla: - Inyección de Agua: Para refrigerar la cámara de combustión, y aumentar la densidad y la masa del aire. - Inyección de Metanol: Para aumentar la temperatura en la cámara de combustión y mejorar la energía calorífica del motor. 5. TURBINA: Se ubica después de la cámara de combustión; su función es aprovechar el flujo de gases expandidos que salen de la cámara de combustión (25 %) para mover el compresor y los accesorios (baja su presión y velocidad). Turbina
  • 48. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 48 48 * Tipos de Turbinas: A. Centrípeta: Dirigen el flujo hacia el eje para hacerla girar; aprovecha poco flujo de aire (usada generalmente en motores con APU). B. Axial: Aprovecha una gran masa de aire (motores JET grandes). “ Una etapa de una turbina axial está formada por Estator - Rotor ”. La función del estator es canalizar el flujo de aire (como una tobera o un vénturi) para vencer la presión y mover los álabes del rotor. Convierte energía de presión en energía cinética. Generalmente están hechos de aleaciones de titanio, cromo-vanadio y acero. 6. TOBERA DE ESCAPE: Está después de la turbina; su función es aumentar la velocidad de salida de los gases de escape y disminuir su presión (como un vénturi) para tratar de igualarla a la presión atmosférica (si las presiones son muy diferentes se produce mucho ruido y puede incluso darse un contraflujo del aire, lo cual podría apagar el motor). Tobera de Escape * Tipos de Toberas: A. Convergente - Divergente: Empleada en aviones supersónicos. B. Divergente - Convergente: Empleada en aviones subsónicos (comerciales). * Para atenuar el ruido se emplean los Hush - Kit, que ayudan a igualar la presión del aire de salida con la presión atmosférica, y se colocan en la tobera de salida. • • • • POST-QUEMADORES: Son inyectores adicionados en la tobera de escape para incendiar el 75 % del aire que no se quemó en la cámara de combustión, y aumentar así la potencia. - Los reversos pueden estar en la tobera o repartidos en el fan y la tobera. * Métodos para Aumentar la Potencia: - Inyección de Agua. - Inyección de Metanol. - Post-Quemadores.
  • 49. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 49 49 IV - SISTEMAS COMPLEMENTARIOS. 1. SISTEMA DE COMBUSTIBLE: Controla la aceleración regulando la cantidad de combustible que llega a las cámaras de combustión. Una mezcla más rica genera una expansión más rápida y mayor velocidad del aire, que se trasmite a la turbina y al compresor, que a su vez alimenta una mayor masa de aire hacia el motor. El sistema de combustible mide la velocidad del motor y la cantidad (flujo) de combustible que le entra para hacer las correcciones. Puede ser: - Hidromecánico: Con una serie de válvulas, barras y solenoides = Hidro Metering Unit (HMU), usado en motores construidos hasta 1.980. - Electrónico: Con sensores electrónicos (menos componentes mecánicos y menos peso). Electronic Engine Control (EEC), básicamente mide la velocidad y temperatura del motor. Cuando tiene ambos se denomina Supervisor Engine Control (SEC), uno sirve de respaldo del otro. Cuando es todo digital (A320) se denomina Full Authority Digital Engine Control (FADEC). 2. SISTEMA ELÉCTRICO: Se encarga de generar la chispa inicial para encender el motor y de suministrar la energía eléctrica para el funcionamiento de los sensores y sistemas eléctricos del avión. Su fuente es el generador-arrancador del avión. 3. SISTEMA DE ARRANQUE: Su componente principal es el Generador-Arrancador; para el encendido recibe energía eléctrica y mueve el compresor (a baja velocidad) para alimentar al motor con aire a presión, y luego de que enciende el motor se mueve (a alta velocidad) y pasa a generar energía (corriente continua) que va a un alternador y luego al motor o a los demás sistemas. 4. SISTEMA DE LUBRICACIÓN: Protege las partes móviles del motor del rozamiento y proporciona refrigeración y sellamiento (porque entra a alta presión). Puede ser: - A Presión. - Por Chorro. - Por Salpique. Los fluidos deben resistir altas presiones, RPM y temperaturas extremas para lo cual se les adicionan fósforo, yodo y plomo.
  • 50. MOTORES (A PISTÓN Y A REACCIÓN) ANDRÉS RESTREPO GUTIÉRREZ 50 50 5. SISTEMA DE PROTECCIÓN DE FUEGO DEL MOTOR: Tiene censores de temperatura o fusibles alrededor de la cámara de combustión y en el exterior del motor para dar la indicación al piloto; tiene una botella central o botellas independientes para cada motor que contienen espuma o CO2 para llenar las cámaras de combustión, además el sistema corta automáticamente el flujo de combustible hacia las cámaras de combustión para que no se reinicie el fuego. 6. SISTEMA DE INDICACIÓN: Es el sistema que le muestra al piloto cómo está operando el motor. Después de 1.947 (con la creación de la OACI) se unificó que todos los aviones tengan los indicadores del motor en el centro del pánel. Tiene varios tipos de instrumentos: - Por Presión: Con líneas de presión desde el motor hasta la cabina (problemas de peso y fugas). - Eléctricos: Es una caja que recibe información de los sensores del motor y envía señales de diferente voltaje al indicador en la cabina. - Electrónico: Son 2 computadores que reciben la información de los sensores y la transmiten a los indicadores de la cabina (pantallas de cristal líquido). EICAS: Engine Information Control and Systems. En Motores Turbo-Hélice: - Indicador de Torque: Muestra la potencia (HP) que entrega el eje del motor para mover la hélice. - NP: Muestra las revoluciones de la hélice. - ITT: Inter Turbine Temperature. Indica la temperatura interna de la turbina (del motor). - NH: Indica las revoluciones del Compresor. - FF: Fuel Flow. Indica el flujo de combustible (en Lbs/hr ó Gln/hr). - Oil Temp / Oil Pressure: Indica la temperatura y presión de aceite. En Motores a Reacción: - EPR: Exhaust Pressure Rate. Compara las presiones de salida del compresor y del motor. - EGT: Exhaust Gas Temperature. Indica la temperatura de los gases de escape. - NH: Indica las revoluciones del Compresor. - FF: Fuel Flow. Indica el flujo de combustible (en Lbs/hr ó Gln/hr).