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Motores
Alternativos
Por Gizmo
Vista del morro de un 109 “emil”
Sea
del tipo que sea el motor que da vida a nuestro aparato (excepto motores
cohete), todos se basan en lo mismo: “algo” coge una masa de aire y la lanza en
dirección contraria a la que queremos volar. Si hacemos un pequeño repaso de
física, tenemos una masa y su variación de velocidad, es decir, un incremento
de su cantidad de movimiento. Relacionamos la cantidad de movimiento con la
fuerza... y ahí tenemos el origen de la fuerza que impulsa nuestro aparato. Los
que hayan estudiado física, conocen las ecuaciones. Los que no hayan
estudiado... creo que pueden entender con relativa facilidad que si “empujamos”
hacia atrás aire, el aire nos empuja hacia delante, así que intentaré evitar al
máximo las matemáticas...
Comparación de
cómo produce el empuje un reactor y una hélice
Antes
de seguir viendo como funcionan, vamos a “soltar” algunos conceptos básicos...
El
motor va unido al avión por medio de la estructura conocida como bancada.
En función
del número de motores, clasificamos a los aviones en monomotores, bimotores,
trimotores, cuatrimotores...
En
función del tipo de motor los tenemos alternativos o de reacción, y dentro de
éstos turborreactores,
estatorreactores, pulsoreactores, motores cohete...
En
función de la posición de la hélice, impulsora o tractora...
La Hélice
Esas ventanillas,
ese capó, ese fuselaje corrugado delatan a un clásico entre clásicos, el
Ju52/3m
La
hélice es la encargada de proporcionar ese incremento de velocidad al aire que
la rodea para obtener la tracción (hélice montada delante del motor) o el
empuje (hélice montada tras él) necesario para que el avión vuele. Grosso
modo esto se consigue de la siguiente forma: La sección transversal de la
hélice (de la pala) no deja de ser un perfil alar. La tracción que nos
proporciona la hélice es la suma de cada una de esas pequeñas sustentaciones
que nos da cada uno de esos perfiles alares, o mejor dicho, su componente
paralela a la dirección de vuelo. La potencia para mover la hélice vendrá
determinada por la suma de las resistencias aerodinámicas de cada uno de esos
perfiles que forman la hélice, más la componente de la sustentación de cada uno
de los perfiles que esté contenida en el plano de giro de la hélice.
La
hélice va unida al motor mediante el buje. Éste a su vez está instalado sobre
el árbol porta hélices, con acanaladuras para el montaje y arrastre de la
hélice y una rosca exterior para apriete de la hélice.
Como
materiales de construcción típicos de las hélices podemos encontrar maderas
(nogal, caoba, encina, fresno, plátano, maderas muy estables respecto a humedad
y temperatura, su borde de ataque suele protegerse con láminas metálicas),
metales (acero, aluminio...), plásticos y materiales compuestos...
En
las hélices, recibe el nombre de pala cada una de las “alas” que la forman. La
longitud de pala es la distancia existente entre el eje de giro y el extremo de
la pala. El perfil de la pala es la sección transversal de la misma. Son
perfiles aerodinámicos que tienen, según la distancia al eje de giro, distintos
ángulos de paso (ángulo que está girada la sección respecto al plano del disco
de la hélice), espesores, cuerdas –longitud del perfil-, e incluso puede variar
el tipo de perfil. En función del número de palas la hélice será bipala,
tripala, cuatripala...
Puesto
que la idea es hablar aquí de los motores, dejaremos el funcionamiento de la
hélice para otro momento, considerando estas pocas líneas como unos conceptos
básicos, e introducidas aquí dado que motor alternativo (elemento motor) y
hélice (elemento propulsor) son inseparables como grupo motopropulsor.
El Motor
Veamos
a ver que podemos hacer sin meternos demasiado en ciclos termodinámicos...
(dejo un enlace muy básico de todos modos aquí)
Un
motor de émbolo, un motor alternativo, es una máquina que transforma la energía
calorífica liberada en la reacción de combustión del combustible (gasolina o
gasoil en nuestro caso) con el comburente (el oxígeno del aire). La combustión
se realiza en el interior de un cilindro (uno o más forman el motor), en un
espacio limitado por la culata, las paredes del cilindro y una pared móvil, el
pistón. Al quemarse el combustible, se producen unos gases que se expanden
rápidamente, haciendo desplazarse al pistón de un modo rectilíneo. Mediante
dispositivos mecánicos (biela-manivela) transformaremos este movimiento
rectilíneo alternativo en uno circular.
Los motores
de combustión interna, pueden dividirse en dos grandes grupos, aunque los
principios de funcionamiento son básicamente los mismos. Por un lado tenemos
los de ciclo Otto, alimentados por gasolina. El combustible se mezcla
con el comburente, se inyecta en el motor y se hace detonar mediante una
chispa. Los de ciclo Diessel son los alimentados con gasoil. En estos,
el combustible y el comburente detonan debido a la alta presión generada dentro
del cilindro.
Tipos de motores
según número de cilindros y disposición
Según
el número de cilindros que compone el motor, éste puede ser monocilíndrico (un
cilindro), bicilíndrico (dos), tricilíndrico (tres)... y así sucesivamente.
Como ocurre con la clasificación de los aviones en función del número de
motores, a partir de 3 se hablaba de polimotores, aquí a partir del motor
tricilíndrico se utiliza la denominación genérica de motores policilíndricos.
En cuanto
a su disposición, (o “arreglo”, anglicismo que viene de traducir mal la palabra
“arrangement”) podemos tener...
Motor con
cilindros en línea o motor en “I”
Motor
en línea o en I, cuando los cilindros están dispuestos uno a continuación del
otro. Las bielas de cada uno de los cilindros está conectada a un cigüeñal. En
la práctica no son útiles motores de este estilo de 6 o más cilindros, debido a
que se hacen demasiado largos, y a problemas de fabricación y equilibrado
dinámico (problemas de vibraciones) de cigüeñales tan largos.
Motor en “V”
Los
cilindros se acoplan en dos filas distintas, inclinados, con sus bielas
formando una V. Este tipo de motores soluciona el problema de los motores en
línea, reduciendo la longitud del motor y del cigüeñal, pero complica su
arquitectura. Los cilindros van “emparejados”, montando uno la biela y el otro
una bieleta.
Motor en “W” (el
motor de 3 cilindros del Blèriot XI tenía esta configuración)
Esta configuración
es similar a la configuración en V, pero con tres hileras de cilindros.
Motor en “X”
Este
montaje es algo así como un motor de estrella de tan solo cuatro cilindros. Uno
de ellos monta una biela maestra, arrastrando los demás bieletas, como en los
motores de estrella.
Motor en “H”
El
motor en H se puede considerar que está formado por dos motores con los
cilindros opuestos, moviendo cada uno su cigüeñal, y transmitiéndose el
movimiento de ambos cigüeñales a un eje de salida común
Motor con
cilindros opuestos o “boxer”
Este
tipo de motores permite tener motores más cortos que los motores en línea, a
igual número de cilindros. De hecho podría considerarse un caso particular de un
motor en V, con el ángulo de los cilindros de 180º.
Motor en estrella
En
los motores en estrella, la disposición de los cilindros es radial. Me
arriesgaré a decir que casi el 100% de los motores en estrella tienen un número
impar de cilindros. En este tipo de motores, un pistón mueve una biela maestra,
estando todos los demás conectados a bieletas, que están unidas a la primera,
moviendo entre todas el cigüeñal.
Motor en doble
estrella
Al
crecer las necesidades de potencia de los motores, crecieron el número de
cilindros. En los motores en estrella, se pasó de 5 a 7 y a 9 cilindros. Para
números mayores (habitualmente 14 y 18 cilindros), éstos se dispusieron en dos
filas, en doble estrella. Al aumentar aún más los requisitos de potencia, se
aumentaron el número de estrellas. Un ejemplo típico es el motor que motorizó
al Superconstellation, o el que motorizaba a una curiosa versión de Corsair:
El F2G montaba el P&W R-4360-4 , motor radial
refrigerado por aire, con 3000hp disponibles al despegue. Tenía cuatro filas de
7 cilindros cada una, para un total de 28 cilindros, lo que le valió el
sobrenombre de corncob (mazorca).
Nota:
el que desee más información puede recurrir a algún libro más técnico, por
ejemplo alguno de los de nuestra bibliografía, siendo el Arias Paz
sencillo de conseguir (la 1ª edición de este “clásico” es de 1940, yo dispongo
de la 53ª edición, editado en mayo del 99 y reimpreso en junio de 2000).
Bibliografía
·
Manual de automóviles, Arias-Paz
·
Nociones Tecnología
Aeronáutica, F. De la Malla , editorial
Dossat (2ª edición, 1963)