Manual de Entrenamient E ntrenamiento o Motores Motor es Recíprocos de aviación
Motor M otores es Recípr ecíprocos ocos de Aviación Aviación Contenido Tipos de Motores Aeronáuticos Motor Reciproco Descripción y Operación Secciones y Partes del Motor Sistemas de Motor: Sistema disipador de Calor Sistema de Admisión y Escape Sistema Sobre-alimentado Sobre-alimenta dor r Sistema de Encendido Sistema de Lubricación Sistema de Combustible Sistema de Arranque Sistema de Hélice Controles de Motor
Motor M otores es Recípr ecíprocos ocos de Aviación Aviación Contenido Tipos de Motores Aeronáuticos Motor Reciproco Descripción y Operación Secciones y Partes del Motor Sistemas de Motor: Sistema disipador de Calor Sistema de Admisión y Escape Sistema Sobre-alimentado Sobre-alimenta dor r Sistema de Encendido Sistema de Lubricación Sistema de Combustible Sistema de Arranque Sistema de Hélice Controles de Motor
Motor de combustion interna y Hélice a menudo llamado POWERPLANT, trabajan en combinación para producir tracción. Esta combinación impulsa el avión y hace funcionar varios sistemas para sostener la operación de la aeronave.
Tipos de Motores Aeronáuticos
Motores
Motores Moto res de
Motores
Alternativos
Reacción
Cohete
MOTOR RECIPROCO O MOTOR DE COMBUSTION INTERNA Los motores de pistón son los más comunes en la aviación general. Estos motores motores tienen la común habilidad habilidad de convertir la energía calorífica en energía mecánica, mecánica, además además de: La mayoría de los motores motores aeronáuticos están refrigerados refrigerados por aire. Esto evita tener que cargar con el peso de un radiador y del refrigerante, refrigerante, además del riesgo que la pérdida pérdida de refrigerante o la avería del sistema de enfriamiento enfriamiento de un motor refrigerado refrigerado por por líquido provocarían provocarían una avería avería general general del motor. motor. Estos motores poseen sistemas de encendido dobles y la energía para crear la chispa la generan los magnetos. Los magnetos son impulsados por el cigüeñal, no dependen de la batería del avión. Además, cada cilindro tiene dos bujías. Si una bujía o magneto se avería, la otra dispara la la chispa chispa para encender la mezcla. mezcla. Estos motores funcionan a muy diversas diversas altitudes, por lo que los controles de potencia potencia incluyen incluyen un control de la mezcla manual que el piloto utiliza para ajustar la proporción adecuada de aire y combustible combustible según ascienda o descienda descienda el avión.
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El nombre reciproco nace del movimiento de los pistones de atrás hacia adelante en cada uno de los pistones. Es este movimiento lo que produce la energía energía mecánic mecánicaa necesaria necesaria para generar generar potenc potencia. ia. En 1876, Otto un ingeniero alemán construyó un motor con ciclo de trabajo de 4 tiempos, que resulto en los motores recíprocos que conocemos hoy en día. Estos motores son usados en aquellas aeronaves que no exceden los 250 mph por su excelente eficiencia y bajo costo y para conseguir mayor altura de vuelo se instalan motores recíprocos turbo-cargados dada su capacidad de mantener su potencia a altitudes superiores.
Propósito Proporcionar una fuerza propulsiva igual y opuesta a la dirección de la resistenc resistencia ia al avance para para mantener mantener a la aeronave en un vuelo nivelado. nivelado.
Requerimiento de un Motor Aeronáutico 1. Eficiencia
A. Potencia y Peso: Si el peso especifico de un motor es disminuido, la performance de la aeronave disminuirá. B. Los motores recíprocos producen aproximadamente 1 Hp por cada libra de peso. 2. Economía de Combustible A. El parámetro básico para describir la economía de un motor de aeronave es el consumo especifico de combustible. B. El consumo especifico de combustible en un motor reciproco es el flujo de combustible (Lb/Hr) dividido entre el BHP (Brake Horsepower).
Requerimiento de un Motor Aeronáutico 3. Durabilidad y Confiabilidad A. Durabilidad es el tiempo de vida del motor mientras se mantiene con la confiabilidad deseada. B. La Durabilidad y la Confiabilidad son considerados durante la fabricación del motor. C. La continuidad de la confiabilidad es determinada por el Mantenimiento, Overhaul y la Operación del motor. 4. Flexibilidad de Operación A. Capacidad de un motor para operar suavemente y dar la performance deseada desde la velocidad de mínimo hasta full potencia. B. Y operar eficientemente a través de todas las variaciones de condiciones atmosféricas.
Un motor aeronáutico o motor de aviación son motores de combustión interna y se utilizan para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje. Existen distintos tipos de motores de aviación aunque se dividen en dos clases básicas: motores recíprocos (o de pistón) y de reacción. Recientemente y gracias al desarrollo de la NASA y otras entidades, se ha comenzado también la producción de motores eléctricos para aeronaves que funcionen con energía solar fotovoltaica. Motor Radial o en estrella - Estos motores se produjeron
hasta comienzos de la década de 1960, cuando fueron desplazados definitivamente por otro tipo de motores.
Motores Horizontalmente Opuestos - (Usados comúnmente en aviación), el orden de encendido se ha distribuido de forma tal que los pistones en oposición no comparten la misma posición en el cigüeñal y todos efectúan sus movimientos en diferente momento.
Motor de cilindros horizontalmente opuestos Estos motores son de 4, 6 y excepcionalmente de 8 cilindros que se ubican en bancadas con pares de cilindros en contraposición, los motores de cilindros opuestos impulsaron la aviación general ya que son relativamente pequeños, livianos y pueden ajustarse en compartimientos de aviones pequeños y son usados por una amplia gama de aviones ligeros tanto de aviación general, como de aviación militar y comercial. El octanaje para operarlos es la gasolina AvGas 100LL.
D es c r ip c i ón d e C ód i g o d e Mo d e lo L y c o m i n g
D es c r ip c i ón d e Cód i g o d e Mo d el o T CM
Num eración de Cilin dr o s
Abreviaturas usadas Las abreviaturas comúnmente usadas describen la posición del pistón y el cigüeñal para la apertura y cierre de las válvulas. A continuación se muestra:
Top Dead Center (Punto muerto superior) TDC Se refiere a la posición que alcanza el pistón al final de su carrera ascendente, escape o compresión, en el cual no existe fuerza que actúe sobre él y sólo se encuentra moviéndose gracias a su inercia o fuerza potencial, en este instante ha finalizado su carrera ascendente y comienza su carrera descendente de admisión o potencia.
Bottom Dead Center (Punto muerto inferior) B DC Se refiere a la posición que alcanza el pistón al final de una carrera descendente, admisión o potencia, en el cual no existe fuerza que actúe sobre él y sólo se encuentra moviéndose gracias a su inercia o fuerza potencial, en este instante ha finalizado su carrera descendente y comienza su carrera ascendente de escape o compresión.
Relación de Compresión La relación de compresión de un motor es una comparación del volumen ocupado cuando el piston esta en la parte mas baja de su carrera, con el volumen de espacio ocupado cuando el piston esta en la parte mas alta de su carrera, a pesar de que se puede crear un motor más eficiente, aumentando la relación de compresión, hay límites. Si la presión es demasiado alta, se producirá el encendido prematuro y en consecuencia sobre-temperatura. La relación de compresión es un factor de control de la potencia máxima desarrollada por un motor, pero está limitado por el octanaje de combustible y las altas velocidades del motor y presiones múltiples requeridas para el despegue.
Relación de Compresión Los motores de aspiración normal son categorizados como de baja compresión y de alta compresión. El rango de relación de compresión varían desde la baja 6.5:1 a el mas alto de 10:1. Siendo el rango de baja compresión aquellos con una relación de compresión de 6.5:1 a 7.9:1; y los de alta compresión desde 8:1 hasta los mas altos.
Todos los motores de alta compresión requieren un combustible de grado
Desde que fueron introducidos los motores de combustión interna, enfriados por aire de impacto, un hecho ha permanecido invariable y es la disipación de calor producido por la combustión. 25 - 30% 40 - 45% 5 - 10% 15 - 20%
Convertido en Potencia útil Expulsado con los gases de escape Removido por el aceite Escapa a través de las paredes del cilindro y cabeza del cilindro para ser absorbidos por el aire de enfriamiento.
La disipación de calor a través de los cilindros crea un inusual problema de expansión, la mayor parte de los cilindros expanden desproporcionadamente con respecto a la cabeza del cilindro que es donde ocurre la combustión. Para que las paredes del cilindro sean paralelas durante la operación del motor la parte superior de la cabeza del cilindro debe ser de menor diametro cuando el cilindro esta frio. Esta reducción de medida es referida como un «CHOKE».
Operación del Motor La transformación de la energía química del combustible en energía mecánica se produce dentro del motor en un ciclo de funcionamiento. Cada ciclo de funcionamiento consta de cuatro tiempos en cuatro movimientos separados del pistón claramente definidos en dos giros completos del cigüeñal. Los cuatro eventos son denominados: Admisión Compresión Expansión (Potencia) Escape
1.- Carrera de admisión - Cerca del final de la carrera de escape, los gases están aun saliendo, la inercia de los gases provoca una condición de baja presión en la cámara de combustión del cilindro, sumado a la inercia de los gases y el tiempo requerido para la apertura total de las válvulas, produce la apertura de válvula de admisión antes del punto muerto superior (TC) para empezar la inyección de la mezcla aire-combustible en el cilindro, de esta manera se consigue una gran carga dentro del cilindro y se mejora la eficiencia volumétrica.
1.- Carrera de admisión La válvula de admisión permanece abierta 30º después del punto inferior (ABC), esto permite tomar ventaja de la inercia de la mezcla aire-combustible que entra al cilindro, que sigue fluyendo al interior del cilindro, hasta que el pistón a pasado por el punto inferior (BC). El periodo total durante el cual la válvula de admisión está abierta es diseñado para permitir la mayor carga de mezcla aire/combustible posible ingrese a la cámara de combustión.
2.- Carrera de compresión - se inicia cuando se cierra la válvula de admisión y el pistón comienza a moverse desde la parte mas baja a la parte mas alta del cilindro.
3.- Carrera de Potencia – al encenderse la mezcla aire/combustible se produce un aumento brusco de presión en la cámara de combustión del cilindro y el pistón se desplaza hacia la posición mas baja.
4.- Carrera de Escape - La válvula de escape abre antes del punto inferior (BC) por dos razones principales : Para una completa evacuación de los gases de escape en el cilindro, y para una mejor refrigeración del motor. La válvula de escape abierta permite que los gases calientes salgan tempranamente y el calor sea transferido a las paredes del cilindro, cerrándose después del punto superior (ATC), la inercia de los gases ayudan a extraer adicionalmente dichos gases de escape, después de que el pistón a pasado por el punto
Si la válvula de admisión se abriera mucho antes de lo debido, los gases de escape fluirían hacia fuera a través del conducto de admisión produciendo una ignición ascendente de la mezcla aire combustible resultando en un auto encendido, el autoencendido también ocurre cuando la válvula de escape se queda en la posición abierta. La válvula de escape se cierra brevemente después de que el pistón llega al punto superior (TC) y evita que los gases de escape regresen o se devuelvan al cilindro. La distancia angular a través de ambas válvulas cuando están abiertas es llamada
Manual de Entrenamiento Secciones y Partes de Motor Reciproco
Sección de Potencia - Parte delantera del motor e incluye el
cárter, los cilindros, hélice.
parte posterior del motor e incluye los engranajes de mando de los magnetos, bomba de combustible, bomba de vacío, etc. Sección
de
Accesorios -
Sección Colector de aceite -
parte mas baja del motor y el lado opuesto donde las bridas de los tubos de admisión están ubicados.
Partes Básicas de un motor reciproco o alternativo:
Carter Consiste de dos partes hechos de aleación de aluminio reforzado, unidos por pernos prisioneros, espárragos, pernos y tuercas. Ambas partes están unidas sin el uso de empaquetaduras, y los alojamientos de los rodajes planos son maquinados para el uso de rodajes de precisión. Es una pieza fundida de aluminio que aloja los cilindros así como los soportes de apoyo del cigüeñal.
Caja de accesorios Esta fabricada de aluminio vaciado y esta asegurada a la parte posterior del cárter y a la parte superior posterior del colector de aceite. Este forma un alojamiento para la bomba de aceite y los varios engranajes impulsores de los accesorios.
Colector de aceite y sistema d e Ind ucc ión El colector consiste en un deposito empernado en la parte baja del cárter, dentro del colector como parte integral se encuentran los ductos de admisión. En la parte baja del colector se encuentra la base para el carburador.
Colector de aceite y sistema de Inducción
Tapones de drenaje de aceite están provistos en el colector y también incorpora una rejilla de succión de aceite.
Cigüeñal Esta construido de acero cromo níquel molibdeno forjado. Libre de vibración rotacional por medio de un sistema de contrapesos dinámicos tipo péndulo. Es un eje acodado con contrapesos, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio y viceversa. El cigüeñal va sujeto en los apoyos.
Un cigüeñal tiene TRES partes principales: Journal - Puntos de soporte y giro del cigüeñal Crankpin - Es la sección donde va instalada la biela Crank Cheek - Conectan el crankpin con el journal
La falla de un cigüeñal es la falla mas grave de un motor. Sin embargo, rara vez son reemplazados en un Overhaul. Lycoming hizo un estudio que mostró que sus cigüeñales a menudo permanecen en servicio durante más de 14.000 horas (aprox. 7 TBO) y/o 50 años. TCM no ha publicado ningún dato sobre esto, pero sus cigüeñales probablemente tienen similar longevidad. Los cigüeñales fallan de tres maneras: (1) Falla prematura debido a materiales inadecuados o de fabricación; (2) Falla por paro o golpe de hélice
Durante los últimos 15 años, hemos visto una racha de fracasos prematuros de los cigüeñales, tanto en Continental como Lycoming debido a que el acero se forjo mal o fueron dañados durante la fabricación. Estos fracasos se produjeron dentro de las primeras 200 horas en servicio. Si pasa sus primeras 200 horas, podemos estar seguros de que fue fabricado correctamente y son fiables para varios TBO. Fallas por paradas de golpe de hélices no declaradas cada vez son menos frecuentes porque los propietarios y los mecánicos tienen mas claro el alto riesgo de operar un motor después de una parada o golpe de hélice. un AD manda un desmontaje del motor posterior a una parada o golpe de hélice para los motores Lycoming, y un Boletín de Servicio mandatorio para los motores Continental. Eso deja solo a fallas debido a la falta de
Las bielas están fabricadas de aleación de acero forjado en forma de “H”, con rodajes planos insertados, reemplazables en el extremo que va unido al cigüeñal y bocinas de bronce en el extremo que va unido al pistón.
Los cilindros son de diseño convencional enfriados por aire, con dos partes mayores, Cilindro y Culata. Su nombre proviene de su forma, aproximadamente un cilindro geométrico. Lugar donde se realiza los eventos del ciclo Otto.
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Las culatas son hechas de aleación de aluminio con una cámara de combustión completamente maquinada.
Los soportes de las bocinas del eje de los balancines son integrales con la culata, con un alojamiento para formar la caja de balancines el cual aloja los balancines de ambas válvulas,
también alojan los helicoides que permiten la instalación de las bujías, y aletas de enfriamiento integral.
Pistones y Pin de Pistón
Son maquinados de aleación de aluminio forjado. Dependiendo del cilindro, puede alojar tres o cuatro anillos, consulte la última revisión del Service Instruction No. 1037 para verificar la combinación pistón y anillos.
Manual de Entrenamient E ntrenamiento o Sistemas de Mot M otor or
Manual de Entr En trenamiento enamiento Sistema Disipador de Calor
Sistema disipador de Calor Estos motores son diseñados para que el exceso de calor sea disipado por presión de aire de impacto actuado por la velocidad hacia adelante del avión.
Si la temperatura en el interior del cilindro es demasiada, la mezcla aire/combustible se precalienta, y se produce la combustión adelantada. Causando combustión prematura, detonación, explosión y otras condiciones indeseables, por ello la temperatura debe mantenerse en su nivel operacional antes de que cause daño al motor. Cowlings y deflectores están diseñados para forzar al aire sobre las aletas de refrigeración de los cilindros y evitar que se formen puntos calientes.
El medio más común de controlar la temperatura es el uso de aletas de refrigeración. Estas aletas actuadas desde la cabina se abren o cierran manualmente o mediante mecanismos eléctricos o hidráulicos
Aletas de refrigeración de los cilindros Las aletas de refrigeración son de suma importancia para que los cilindros mantengan su temperatura, ya que proporcionan un medio de transferencia de calor del cilindro al aire. Su condición puede significar la diferencia entre la adecuada o inadecuada refrigeración de un cilindro. Las aletas deben ser inspeccionadas en cada inspección regular. El área total (ambos lados de la aleta) expuestos al aire. Las aletas deben ser examinadas en busca de grietas y roturas. Pequeñas grietas no son razón para el cambio del cilindro. Estas grietas pueden repararse o incluso perforar agujeros de aligeramiento. La definición de área de la aleta se vuelve importante en el examen de las aletas para las zonas rotas.
Temperatura de Cabeza de Cilindro Consiste en un indicador, cableado eléctrico y un termopar. El termopar consta de dos metales disímiles, usualmente constantan y hierro, conectados por cables a un instrumento de indicación. Si la temperatura del cable es diferente de la temperatura donde el termopar está conectado a los cables, se produce un voltaje. Este voltaje llega al indicador con una escala en grados. El termopar instalado en el cilindro es del tipo bayoneta. El largo del cable no debe ser modificado pues está diseñado para producir cierta cantidad de resistencia. El termopar se instala en el cilindro más caliente del motor.
Temperatura de gases de escape El sistema de indicación de temperatura de gases de escape consiste en una termopar colocado en uno de los tubos de escape justo cerca de la brida del cilindro, conectado al instrumento en el panel de instrumentos. Esto permite el ajuste de la mezcla, que tiene un gran efecto en la temperatura del motor. Pudiendo ser controlado y monitoreado.
