MOTORES

1. MOTORES DE EXPLOSION PARA AERONAVES

2. Motor de un avión de 1915, con disposición radial y refrigerado con agua. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

3. 1.0 DESARROLLO DEL MOTOR AERONÁUTICO El pequeño motor de explosión de 12 HP, utilizado en la hazaña an­terior, 1903, dio lugar a multitud de modelos que fueron incorporando mejo­ras en las actuaciones de los aviones. La sobrealimentación, prácticamente generalizada en 1914, así como el empleo de la hélice de paso variable, en 1930, permitieron conseguir altitudes y velocidades difíciles de imaginar Aunque se fabricaron motores de potencias muy elevadas (3000 HP), el desarrollo de la turbina de gas, tanto en turborreactores como en tur­bohélices, impidió que se generalizara la producción de dichos motores. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

4. DESARROLLO DEL MOTOR AERONÁUTICO En la banda de bajas velocidades se impone el empleo del motor de explosión, pues además de conseguirse con éste operaciones económi­cas, se llevan a cabo ciertos trabajos específicos, tales como instrucción de vuelo, contra-incendios, fumigación de campos, etc.. Por tanto, dada la importancia de la aviación ligera en el conjunto de la actividad aeronáutica, el estudio del motor de explosión exige la misma profundidad que el turbo­rreactor, empleado actualmente en los grandes aviones de transporte. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

5. 1.1. MOTOR TÉRMICO Es una máquina que transforma la energía térmica en mecánica, siendo la primera, la mayoría de las veces, la obtenida de la combustión de combustibles líquidos. Debido a las variaciones periódicas de presión y de volumen de dicho fluido, el motor va a ser ca­paz de proporcionar trabajo útil. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

6. 1.2. CLASIFICACIÓN Una primera clasificación de los motores térmicos se puede hacer atendiendo al tipo de combustión producida. Si se realiza sin intercambio entre las masas de combustible y fluido empleado o si ocurre lo contrario. Así pues, los motores se pueden clasificar en: • — Exotérmicos. • — Endotérmicos. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

7. Motor exotérmico o de combustión externa Es el que quema el com­bustible empleado en un lugar distinto en el que se encuentra el fluido utili­zado en las transformaciones termodinámicas. Un ejemplo típico de motor exotérmico es la máquina de vapor (Fig. 1.1). En la figura anterior se puede ver que el calor generado en la com­bustión, se emplea en calentar el fluido inmerso en la máquina a través de las paredes de la caldera Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

8. Motor endotérmico o de combustión interna, si la combustión efectuada es la del fluido empleado. En este caso, dicho fluido estará constituido por el combustible y el aire. Como ejemplo de motor endotérmico podemos ver el siguiente (Fig. 1.2): Fig. 1.2. Motor endotérmico. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

9. El motor alternativo • El motor alternativo, visto en las dos figuras anteriores, recibe este nombre por estar dotado de pistones o émbolos que se mueven alternati­vamente, entre ciertos límites, en el interior de unos cilindros. • Si es endo­térmico, puede ser de encendido por chispa, también denominado de explosión (gasolina) o de encendido por compresión (diesel). • Nuestro estudio se va a centrar en el motor de explosión, de cuatro tiempos, pues este tipo es el empleado en aviación. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

10. Máquina de vapor Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energíamecánica. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

11. Máquina de vapor Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

12. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas: Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela - manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

13. el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas: El vapor a presión se controla mediante una serie de dedales ultrasónicos de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro. El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras, motores marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas; es decir, son atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

14. Máquina de expansión Auspiciado por Joseph Black, ocupado en las investigaciones que le conducirían al descubrimiento del calor latente, James Watt se propuso mejorar la máquina de Newcomen, descubriendo en el curso de sus experimentos que el vapor era una reserva de calor mucho más vasta que el agua y comprendiendo que era necesario limitar todas las pérdidas de calor que se producían en la artesanal máquina de Newcomen para disminuir el consumo de combustible, principal inconveniente de estas máquinas. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

15. identificó las pérdidas debidas al propio cilindro, a la práctica de enfriar el vapor para lograr el vacío necesario para mover la máquina y a la presión residual del vapor. En sus experimentos posteriores, verdaderos trabajos científicos, llegó a la conclusión de que el cilindro debía mantenerse a la misma. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

16. Máquina de expansión Según sus palabras, mientras daba un paseo un espléndido sábado por la tarde y meditaba sobre la máquina, una idea le vino a la cabeza: como el vapor es un cuerpo elástico se precipitará en el vacío, y, si se comunicara el cilindro con un depósito exhausto, se precipitaría en su interior donde podría condensarse sin enfriar el cilindro. Sin embargo, el desarrollo y perfeccionamiento del condensador separado dejó a Watt en la ruina y en 1765 se vio obligado a buscar empleo y abandonar su trabajo hasta que, en 1767, John Roebuck accedió a financiar sus experimentos y la explotación comercial de la máquina a cambio de las dos terceras partes de los beneficios de la patente que se obtuviera Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

17. Máquina de expansión En 1768Watt construyó un modelo que operaba de manera satisfactoria, aún imperfecta, y se presentó el año siguiente la solicitud de la patente. Tras diferentes avatares económicos, Roebuck se desprendió de su parte del negocio en favor de MatthewBoulton y juntos Boulton & Watt finalmente llevarían a la práctica la invención de Watt y otros perfeccionamientos. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

18. Máquina de expansión La primera máquina se construyó en Kinneil, cerca de Boroughstoness en 1774. A partir de entonces la historia de la máquina de vapor será la de la firma Boulton & Watt, y casi todas las mejoras que se introduzcan en ella serán obra del propio Watt; entre otras, el paralelogramo de Watt, la expansión del vapor, la máquina de doble efecto (en la que el vapor actúa alternativamente sobre ambas caras del pistón), etc. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

19. Máquina de vapor de Watt, procedente de la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre, expuesta en el vestíbulo de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

20. Entre las reliquias de la civilización egipcia encontramos el primer registro conocido de una máquina de vapor en el manuscrito de Herón de Alejandría titulado SpiritaliaseuPneumatica. Los aparatos allí descritos no se sabe con certeza si fueron obra del ingenio de Herón, porque él mismo dice en su obra que su intención no es otra que recopilar las máquinas que ya eran conocidas y añadir las inventadas por él. Nada en el texto indica quién pudo ser el artífice de los dispositivos descritos y se sospecha que muchos puedan ser, en realidad, obra de Ctesibio, de quien Herón fue pupilo. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

21. Lycoming O-320 Motor endotérmico o de combustión interna Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

22. Motor endotérmico o de combustión interna si la combustión efec­tuada es la del fluido empleado. En este caso, dicho fluido estará constitui­do por el combustible y el aire. Como ejemplo de motor endotérmico podemos ver el siguiente (Fig. 1.2): Fig. 1.2. Motor endotérmico. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

23. Fig. 1.2. Motor endotérmico. • El motor alternativo, visto en las dos figuras anteriores, recibe este nombre por estar dotado de pistones o émbolos que se mueven alternati­vamente, entre ciertos límites, en el interior de unos cilindros. Si es endo­térmico, puede ser de encendido por chispa, también denominado de explosión (gasolina) o de encendido por compresión (diesel). • Nuestro estudio se va a centrar en el motor de explosión, de cuatro tiempos, pues este tipo es el empleado en aviación. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

24. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

25. Invención del motor de combustión interna Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

26. AUGUST OTTO NikolausAugust Otto nació el 14 de junio de 1832 en Holzhausen, Alemania. A la edad de dieciséis, Otto abandonado la escuela secundaria y trabajó en una tienda . También trabajó como empleado en Frankfurt y como viajante de comercio. Vendió azúcar, utensilios de cocina y té a las tiendas de comestibles en el lado alemán de la frontera belga y francesa. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

27. AUGUST OTTO Fué cuando era un viajante de comercio que se enteró sobre el motor de gas , inventado por EtienneLenoir. Este fue el primer motor de combustión interna viable. Según la Universidad de Nottingham publicó , "El Otto y Langen motor atmosférico de pistón libre",  Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

28. AUGUST OTTO "Desafortunadamente, el motor de Lenoir no llega a las expectativas iniciales y cayó repentinamente su popularidad. Esto se debió, en parte a la problemática del sistema de encendido eléctrico, pero principalmente al elevado consumo de lo que era entonces, el gas, un producto caro. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

29. AUGUST OTTO En la práctica, casi 100 pies cúbicos de gas fueron quemados por caballo de fuerza por hora. Además, la cantidad de agua de refrigeración requerida era considerable y el calor generado fue tan grande, que, a menos que los cojinetes se engrasaran constantemente, el motor no aguantaría. " Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

30. AUGUST OTTO Otto consideró que el motor puede tener más usos y que se podía trabajar con combustible líquido. Otto ideó un carburador para este motor y trabajando en esta idea quería mejorar su rendimiento. En 1861, Otto patentó un motor de dos tiempos a gas. Otto y su socio, el industrial alemán EugenLangen, construyeron una fábrica y trabajó en la mejora del motor. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

31. AUGUST OTTO Su motor de dos tiempos ganó una medalla de oro en el 1867 en la Feria Mundial de París. La compañía fue nombrada NA Otto & Cie, que fué la primera empresa en la fabricación de motores de combustión interna. La empresa existe en la actualidad como Klöckner-Humboldt-Deutz AG, la más antigua empresa de fabricación de motores de combustión interna más grande del mundo. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

32. En mayo de 1876, Otto construyó el primer cuatro tiempos del ciclo de pistón de motor de combustión interna. Esta fue la primera alternativa práctica a la máquina de vapor. En los próximos diez años, más de 30.000 motores se han vendido. Este motor fue el prototipo de los motores de combustión que se han construido. El motor se denominó el "ciclo de Otto" en su honor Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

33. El motor de diseño consta de un pistón que comprime y se basa en una mezcla de aire-gas dentro de un cilindro. Este proceso da lugar a una explosión interna. No había patente del motor de gas, así que se creó. 365.701. En 1862, AphonseBeau de Rochas, un ingeniero francés, patentó el ciclo de cuatro tiempos. Sin embargo, Otto fue el primero en construir un ciclo de cuatro tiempos del motor. Sin embargo, en 1886, Otto revocó la patente a Rochas y fue revocada. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

34. August Otto construyó un motor muy ligero, Otto utilizando el modelo adjunto y uno de ellos a una bicicleta. Este se convirtió en la primera motocicleta del mundo. Karl Benz construyó su primer automóvil de tres ruedas que emplea el motor de Otto. Daimler también construido un automóvil, utilizando el motor de Otto. Las empresas de Daimler y Benz se fusionaron y la fabricación del famoso vehículos Mercedes-Benz. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

35. Otto práctico motor de combustión interna se utiliza para alimentar automóviles, moto y motor. Además, el motor Diesel es una forma de motor de combustión interna, que emplea un ciclo de cuatro tiempos que es similar a la de Otto. Nikolaus Otto agosto falleció el 26 de enero de 1891. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

36. Invención del motor de combustión interna El primer inventor, hacia 1862, fue el francés Alphonse Beau de Rochas. El segundo, hacia 1875, fue el alemán doctor NikolausAugust Otto. Como ninguno de ellos sabía de la patente del otro hasta que se fabricaron motores en ambos países, hubo un pleito. De Rochas ganó cierta suma de dinero, pero Otto se quedó con la fama: el principio termodinámico del motor de cuatro tiempos se llama aún ciclo de Otto. • Otto construyó su motor en 1866 junto con su compatriota EugenLangen. • Se trataba de un motor de gas que poco después dio origen al motor de combustión interna de cuatro tiempos. Otto desarrolló esta máquina, que después llevaría su nombre (motor cíclico Otto), en versiones de cuatro y dos tiempos. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

37. en versiones de cuatro tiempos. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

38. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO 1.3. CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE EXPLOSIÓN.

39. 1.3. CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE EXPLOSIÓN. Se considera un motor de explosión de 4 tiempos, compuesto por un único cilindro (Fig. 1.3). Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

40. CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE EXPLOSIÓN. El cilindro es el elemento que sirve de guía en su interior al émbolo o pistón. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

41. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

42. CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE EXPLOSIÓN. Debe estar sujeto de forma segura al cárter, considerado éste la estructura del motor. El cilindro se encuentra cerrado por un extremo mediante la culata, constituyendo la cabeza del mismo. Por abajo, el émbolo, en su movimiento de traslación, se desliza entre dos límites impuestos por la mecánica. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

43. CONSTITUCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE EXPLOSIÓN. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

44. culata Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

45. Estos son: • Punto Muerto Superior (P.M.S.):El más cercano a la culata. • Punto MuertoInferior (P.M.I.): El más alejado de la culata. • Otros parámetros del motor son los siguientes: • Diámetro (D):Diámetro interior del cilindro. • Carrera (C):Distancia entre los dos puntos muertos. • Se denominan cilindroscuadrados aquellos en los que la carrera esigual al diámetro. • Cilindrada unitaria (V):Es el volumen desplazado por el émbolo entre los dos puntos muertos. • Cilindrada total (N ■ V):Es la suma de las cilindradas unitarias. Si el motor tiene Ncilindros, la cilindrada total será: NV. • Volumen de la cámara de combustión (v):Es el volumen com­prendido entre la culata y la parte superior del émbolo, cuando éste se en­cuentra en el P.M.S. • Volumen total del cilindro (V + v):Es el volumen comprendido en­tre la culata y la parte superior del émbolo cuando éste se encuentra en elP.M.l. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

46. Estos son: • Relación de compresión (Re):También denominada relación volu­métrica de compresión, es el cociente entre el volumen total del cilindro (V + v) y el volumen de la cámara de combustión (v). (V+v) Cálculo de la Relación de Compresión Fórmula: Volumen Culata + Volumen Pistón + Volumen 1 Cilindro / Volumen Culata + Volumen Pistón Ej1: 50 cc + 11,47 cc + 396 cc / 50 cc + 11,47 cc = 7,44 ==> Relación de Compresión Ej2: 50 cc + 3,44 cc + 396 cc / 50 cc + 3,44 cc = 8,41 Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

47. Cálculo de la Relación de Compresión Este valor representa el número de veces que se comprime la mez­cla. Empleamos el término mezcla al referimos a la masa de combustible-aire, pues es sabido que para que un combustible pueda arder es necesario el oxígeno que forma parte del aire (comburente). Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

48. RELACION DE COMPRESION: La presión final alcanzada por la mezcla en la cámara de combustión está en función de la relación de compresión del motor (Rc), la cual viene determinada por la relación existente entre el volumen total (Vu) alcanzado por la mezcla en el cilindro y el volumen de la cámara de combustión (Vc), es decir: Rc = (Vu + Vc) / Vc La relación de compresión es uno de los factores más característicos del motor pues, hasta cierto punto, determina la potencia que es capaz de suministrar. Este valor representa el número de veces que se comprime la mezcla. Empleamos el término mezcla al referimos a la masa de combustible-aire, pues es sabido que para que un combustible pueda arder es necesario el oxígeno que forma parte del aire (comburente). Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

49. Volviendo al funcionamiento del motor, el émbolo se detiene en cada punto muerto para cambiar la dirección de su movimiento. Además, gracias al bulón, al desplazarse en su movimiento de traslación arrastra al pie de la biela consigo. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO

50. Estos son: Ya que éste último goza de libertad de giro en la unión con el bulón, se produce el movimiento oscilatorio de la biela, cuya cabeza gira completamente con la muñequilla de la manivela, provista de movimiento giratorio puro. De este modo, cuando se quema la mezcla y aumenta la presión en la cámara de combustión, el émbolo es impulsado hacia el P.M.I., transmitiendo la fuerza originada por los gases al cigüeñal y produciendo su giro. Centro de Instrucción de Ciencias Aeronáuticas ICARO