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Sistemas anexos del motor.

Para funcionar correctamente el motor requiere la asistencia de varios sistemas anexos, a continuación veremos cuales son.

Distribución: Este mecanismo es el encargado de abrir o cerrar las válvulas en los momentos precisos.

La apertura de válvula se realiza por acción del árbol de levas, que es un eje al que se le practican protuberancias (levas), aveces este actúa sobre los botadores de las válvulas u otras acciona balancines que transmite el movimiento a la válvula correspondiente.

El árbol de levas es movido por el cigüeñal de forma tal que por cada dos vueltas de cigüeñal el árbol solo da una (relación 1:2). El mecanismo que realiza esta relación es llamado distribución y puede ser un tren de engranajes, cadenas, o correa dentada.

Lubricación: La lubricación tiene como fin reducir el desgaste y el rozamiento entre piezas móviles. El método consiste en interponer una fina capa de aceite entre las superficies de dos piezas que tengan movimiento entre si.

Por lo general se utiliza el sistema de cárter húmedo, el carter o deposito de aceite se encuentra ubicado en la parte inferior del motor, el junta el aceite proveniente del motor.

Dentro del carter se encuentra instalada la bomba de aceite, en la mayoría de los casos es una bomba de engranajes y es la encargada de impulsar el aceite por los conductos hacia el motor. Como el flujo depende de la velocidad del motor tiene incorporadas válvulas de alivio para evitar sobrepresiones.

En su circuito el aceite puede arrastrar suciedad, carbón y virutas metálicas, que ademas de ser perjudiciales para el motor reducen las capacidades del aceite como lubricante, para reducir este daño o incluso eliminarlo se intercala un filtro que debe ser cambiado con relativa asiduidad.

Por el funcionamiento de los motores de aviación otra función muy importante del aceite es la refrigeración. El movimiento entre dos piezas genera calor, el aceite al entrar en contacto con estas absorberá parte de ese calor enfriándolas, luego es necesario enfriar el lubricante. Para lograrlo se lo hace circular por un intercambiador de calor (radiador) ataves del cual pasa aire frío.

Una ultima función de la lubricación es la de disminuir y reducir la corrosión al quedar el elemento bañado en aceite.

Refrigeración: Sin dudas el mejor sistema de refrigeración para estos motores es por circulación de agua, aunque se usó en los primeros aviones a medida que estos aumentaron su altura de vuelo debió ser descartado.

La temperatura de ebullición del agua es de 100ºC a nivel del mar con una presión atmosférica ideal, si la presión disminuye el punto de ebullición también lo hace, entonces cuando se alcanzaban grandes alturas el agua hervía a menor temperatura produciendose grandes perdidas por evaporación.

El método utilizado actualmente es el de refrigeración forzada por circulación de aire, este consiste en forzar una corriente de aire atraves de los cilindros ya sea por un ventilador (forzador o turbina) o por diferencia de presiones.

Generalmente en el interior del carenado del motor se colocan tabiques dividiendo la sección en dos mitades, la superior con alta presión y la inferior de baja presión, lo que genera una corriente de aire por diferencia de presiones, dicha corriente se la hace circular por las paredes del cilindro, enfriándolo En las paredes del cilindro pueden disponerse una serie de álabes para aumentar la superficie de contacto mejorando el rendimiento del sistema.

En los tabiques divisores del carenado por lo general suele haber unas compuertas o dampers de posición regulable para poder variar el flujo de aire permitiendo variar la capacidad de enfriamiento del motor.

Este sistema demostró ser muy eficaz, y su utilización no aumento prácticamente la resistencia al aire de las naves.

Admisión: Impulsado por bombas desde los tanques el combustible llega al motor. Para un correcto funcionamiento es necesario dosificar las cantidades que van a cada cilindro además de mezclarlo con aire en las proporciones correctas.

Originalmente esto lo hacia el carburador. Es básicamente un tubo Venturi con capacidad de regular la cantidad de aire por la apertura o cierre de mariposas o clapetas de acuerdo a la cantidad de combustible utilizada.,

De este, la mezcla pasa al múltiple de admisión para finalmente entrar al cilindro, a la vista el múltiple de admisión es un tubo principal con varias salidas, una para cada cilindro, aclaramos que a la vista pues su correcto diseño es fundamental debido a que tiene la virtud o defecto de mejorar o empeorar el llenado del cilindro, mejorando o empeorando la potencia del motor, aunque en realidad en aeronáutica los múltiples tratan de diseñarse lo mas simples posibles,aún en detrimento del rendimiento final.

Dentro del múltiple tiende a producirse depresión por causa de la aspiración del pistón mientras que fuera del sistema o del carburador hay una presión mayor lo que facilita y permite el ingreso de combustible. El sistema es básicamente atmosférico y será afectado por la presión atmosférica, al ganar altura esta diminuirá y afectara la calidad de la mezcla debiendo regularse la riqueza de carburante para que el motor funcione sin mayores problemas.

Los motores mas modernos cambiaron el sistema de carburador por el de inyección electrónica. Su función es la misma que la del carburador pero el control de las proporciones de aire - combustible es regulado y controlado en forma automática por el sistema. Para hacer esto el sistema mide en los gases de escape, la cantidad de oxigeno y monóxido de carbono atraves de la sonda lambda, determinado si la combustión es completa o no, variando luego la entrada de mezcla.

Este sistema requiere la instalación de un inyector de combustible en la cabeza del cilindro, el aire ingresa por la válvula de admisión mientras que la nafta impulsada por una bomba ingresa pulverizada por el inyector, obteniendose el llenado completo del cilindro.

Básicamente es un sistema presurizado y el mas eficaz hasta el momento, no se ve tan afectado por condiciones atmosféricas externas como ocurre con los carburadores.

Encendido: Primeramente aclaremos que cuando se habla de encendido no nos referimos al arranque del motor sino al sistema encargado de iniciar la combustión dentro de los cilindros.

El combustible empieza a quemarse después del salto de una chispa en los electrodos de la bujía, para que esto ocurra debe haber tensión entre estos. Los métodos por los que se obtiene son mutiples los mas comunes son magnetos, bobinas - capacitor y electrónicos.

Si se hace variar un campo magnético cualquiera, que actúe sobre una bobina, en los extremos de esta ultima se tendrá tensión eléctrica, cuyos valores dependerán de la cantidad de vueltas de alambre en la bobina o devanado y de la velocidad con que varíe el campo magnético.

El campo magnético variable se puede obtener por ejemplo, haciendo girar un imán permanente (inductor) dentro de la bobina (inducido), otra forma es con un segundo devanado por el cual se hace circular una corriente variable, obtenida por la descarga de un capacitor sobre el dicho devanado.

El segundo método tiene el problema de no tener una chispa constante, esta empeora a medida que aumentan las rpm del motor debido a que el capacitor no tiene tiempo suficiente para cargarse completamente, por ende su descarga es pobre generando menos tensión y una chispa mas débil. Este sistema fue muy usado en automóviles aunque hoy se lo esta reemplazando por el encendido electrónico que supera este problema; pero ambos sistemas tienen la desventaja de ser dependientes de la energía que puede entregar la batería, una falla de esta o el alternador y el motor se detendrá.

En motores aeronáuticos se opta por el sistema de magnetos, estos giran dentro de un bobinado induciendo así la corriente necesaria. Los imanes son movidos por el mismo motor lo que independiza el sistema de encendido del correcto funcionamiento de la batería o el alternador, reduciendose las posibles fallas en el sistema. Presenta también la ventaja de no disminuir la chispa con un aumento en las rpm, pues al aumentar estas los imanes también giran mas rápido mejorando la chispa aun mas.

Para arrancar el motor es necesario primero conectar estos magnetos, luego accionar el starter, esto hará mover el motor por acción del motor de arranque (no es mas que un motor eléctrico que hace girar al motor de combustión), a medida que estos giran, los magnetos también, generando las chispas en las bujías, empezando a funcionar el motor, una vez arrancado se suelta el starter dejando de funcionar el sistema de arranque y el motor se independiza finalmente del sistema eléctrico del avión.

Por seguridad se instalan dos sistemas de magnetos y dos bujías por cilindro (twin spark), esto ultimo ademas de brindar seguridad trae la ventaja de hacer completa la combustión dentro del cilindro. Un selector en la cabina permite seleccionar si funcionaran ambos, uno u otro.

Debe tenerse en cuenta que para parar el motor no basta con poner el encendido en OFF, es necesario también desconectar los magnetos, pues de no hacerlo si alguien hace girar la hélice, también girará el motor y los magnetos, pudiendo llegar a arrancar el motor.

Arranque: El sistema de arranque es sencillo, consta de una corona dentada (aro con dientes de engranajes en su perímetro externo) clavada en el volante inercial y de un motor eléctrico con un engranaje en su extremo mas su sistema de acoplamiento (Bendix) llamado motor de arranque o burro de arranque.

Al accionar el starter el engranaje por acción del Bendix se acoplará a la corona y el motor de arranque comenzará a girar moviendo el eje del motor de combustión, al producirse las combustiones de la mezcla el motor empezara a funcionar por si solo, allí se suelta el starter y el burro de arranque se desconecta y desacopla de la corona.

 

Los sistemas hasta aquí nombrados se en cuentran en todos los motores y son necesarios para su funcionamiento. Pueden existir otros que no son comunes a todos los motores, algunos pueden tenerlos instalados por producir alguna mejora. Uno de los mas comunes es el sistema de precompresion mas conocido como turbocompresion, a continuación lo explicaremos.

Precompresion: El concepto de precompresion es muy antiguo, data de los primeros motores y se lo ve en autos deportivos de los años 1930 y 1940 como los Bugatti, aunque con notables diferencias si la comparamos con la de estos días.

El concepto es simple, en un motor normal el aire que ingresa al cilindro es posteriormente comprimido por el pistón, en cambio en uno con precompresion sufre dos compresiones. La primera fuera del cilindro, por un sistema anexo al motor destinado a comprimir el gas para luego ingresar a la cámara del cilindro donde el pistón realizara la segunda comprensión. De esta forma la relación de comprensión. total es mucho mayor y por ende su potencia final, sin que prácticamente varíe el consumo de combustible, pero con esfuerzos y solicitudes sobre las piezas del motor mucho mayores.

Originalmente se utilizaron compresores a pistón (el aire es comprimido por un pistón como en un motor, al estar comprimido sale por una válvula que se abre). Estos eran movidos por el mismo motor. Si bien esta comprensión. le otorgaba potencia extra al motor, por otro lado, el compresor también le consumía potencia aunque la diferencia era favorable.

Con los años, los caballos extras que daba la diferencia entre potencia ganada y potencia consumida por el compresor pudo obtenerse por otros medios y mejoras en general, con la ventaja de la disminución de los esfuerzos sobre las piezas, haciendo injustificado, costoso y complejo el sistema, quedando finalmente en el olvido.

El concepto fue retomado pero con severos cambios, primero se reemplazo el compresor a pistón, por un compresor a turbina, con un rendimiento mucho mas alto. El segundo y mas notable cambio se dio en la forma de mover este compresor.

En lugar de utilizar la energía útil del motor para mover el compresor como se hacia primitivamente, se utilizo la energía que no se aprovechaba, minimizando la perdida de potencia útil del motor.

Gran cantidad de energía se encuentra en el escape de gases del motor, apenas una pequeña parte que se transforma en calor era y es utilizada para precalentar el combustible por entrar al cilindro, el resto se desperdiciaba, y de ella se echo mano. Para ello se intercalo en el escape una segunda turbina, al ser atravesada por los gases de escape con alta presión la hacen girar. Esta es solidaria (esta unida) al la turbina de comprensión., que al girar comprime los gases por ingresar a la cámara de combustión.

Este conjunto de doble turbina es conocido como turbocompresor, al que se le puede agregar un intercambiador de calor (intercooler) en su salida de alta presión Este enfriara los gases reduciendo su volumen, pudiendo de esa manera aumentar la cantidad total de gas que entra a cada cilindro.

Los turbocompresores hoy día son utilizados en motores Diesel que por lo general deben contar con mucha potencia disponible debido a que mueven grandes cargas o en ciclos Otto que necesiten también grandes potencias y contar además con una importante autonomía.

 

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