Informacion de interes acerca de esta fascinante profesión -Administrado por Francisco González-

Motores aeronáuticos.

  Aunque se que esta informacion esta disponible en wikipedia, el dia de hoy me di                          cuenta que falta en mi blog. espero que esta corta lectura sea de su agrado y se empapen un poco mas en el tema de los motores aeronauticos.

Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza 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(donde se incluyen las turbinas). 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.

La aviación como la conocemos comenzó gracias a la propulsión de aeronaves mediante motores de cilindros y pistones, también llamados motores alternativos. A pesar de que existían otros métodos y formas de propulsión, los motores permitieron una propulsión de trabajo constante, operados principalmente por gasolina. Debido a la rudimentaria tecnología de finales del Siglo XIX, puede atribuirse en parte al desarrollo de los motores el que a comienzos del Siglo XX el vuelo propulsado fuera posible. Por ejemplo, el motor que usó el Flyer III de los hermanos Wright hecho con la ayuda del mecánico Charles Taylor, fue un gran éxito debido a su excelente relación peso a potencia, ya que era un motor con un peso de 170libras que producía una potencia de unos 12 CV a 1.025 RPM.

MOTORES DE EXPLOSION

Motor rotativo

A principios de la Primera Guerra Mundial, cuando los aviones estaban siendo utilizados para fines militares por primera vez, se hizo evidente que los motores en línea existentes eran demasiado pesados para la cantidad de potencia que ofrecían. Los diseñadores de aviones necesitaban un motor que fuera ligero, potente, barato, y fácil de producir en grandes cantidades. El motor rotativo cumplió esos objetivos. Los motores rotativos —no confundir con el motor Wankel— tienen todos los cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter como el posterior motor radial, pero con la diferencia de que el cigüeñal está atornillado a la estructura del avión, y la hélice está atornillada a la carcasa del motor. De este modo el motor entero gira junto a la hélice, proporcionando un montón de flujo de aire para la refrigeración, independientemente de la velocidad de avance de la aeronave. Algunos de estos motores eran de dos tiempos, con una gran relación potencia a peso. Por desgracia, los severos efectos giroscópicos de un pesado motor rotando a altas velocidades hacían que el avión fuera más difícil de pilotar. Estos motores también consumían grandes cantidades de aceite de ricino, que se propagaba por todo el fuselaje y creaba humos repugnantes para los pilotos. Eran motores muy poco fiables, debido a que funcionaban a máxima potencia todo el tiempo sin que pudiera controlarse el paso de gasolina (sólo se podían encender o apagar), sus componentes internos no estaban hechos para resistir varias horas de uso, tendían a sobrecalentarse por encima de 350 °C, temperatura a la cual varios componentes comienzan a fundirse y perforarse permitiendo fugas de aceite que se inflamaba inmediatamente, provocando el incendio del motor y de la aeronave, un hecho que cobró muchas vidas en la Primera Guerra Mundial, época en la cual no se contaba con paracaídas o trajes ignífugos.

Los diseñadores de motores siempre habían sido conscientes de las muchas limitaciones del motor rotativo. Una vez los motores de estilo estático se hicieran más fiables y redujeran su peso relativo, los días del motor rotativo estaban contados.

Motor en V

En este tipo de motores los cilindros están dispuestos en dos bancadas, inclinadas con una diferencia de entre 30 y 60 grados, es decir, en forma de V. La gran mayoría de motores en V son enfriados con agua. Estos ofrece una relación potencia a peso mayor que un motor en línea, mientras que siguen manteniendo una área frontal reducida. Quizás el más famoso ejemplo de este tipo de motores sea el legendario Rolls Royce Merlin, un motor V12 60º de 27 litros usado, entre otros, en los cazas británicos Supermarine Spitfire y Hawker Hurricane, que jugaron un importante papel en la Batalla de Inglaterra, y en el exitoso bombardero también británico Avro Lancaster. La Serie DB 600 de Daimler-Benz también es un buen ejemplo de motores V12, en este caso que equipaban muchos aviones alemanes de la Segunda Guerra Mundial.

Motor radial

El motor radial o en estrella apareció hacia 1925. Este tipo de motores tienen una o más filas de cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter. Cada fila tiene un número impar de cilindros para que el motor tenga un buen funcionamiento. De cuatro tiempos y refrigerados por aire, los motores radiales sólo tienen una muñequilla en el cigueñal por cada fila de cilindros y por tanto un cárter relativamente pequeño, ofreciendo una buena relación potencia a peso. Debido a que la disposición de los cilindros expone muy bien las superficies de irradiación de calor del motor al aire y tiende a cancelar las fuerzas recíprocas, los radiales suelen enfriar de forma uniforme y funcionar correctamente.

El gran salto de estos motores fue permitir mayor potencia con menos peso, mayor confiabilidad que los motores rotativos y a diferencia de estos tenían un bloque fijo; tienen menor complejidad del conjunto en comparación a los motores en línea o en V ya que no necesitan del sistema de refrigeración por líquido y sus componentes.

En los aviones militares, la gran área frontal que caracteriza a este tipo de motores actúa como una capa extra de blindaje para el piloto. Sin embargo, esa gran área plana frontal también hace que el avión tenga un perfil aerodinámico ineficiente. Otro inconveniente es que los cilindros inferiores, que están debajo del cárter, pueden llenarse de aceite cuando el motor está parado durante un largo periodo, y si el aceite no el retirado de los cilindros antes de arrancar el motor, se pueden producir graves daños en los componentes por bloqueo hidrostático.

Estos motores se produjeron hasta comienzos de la década de 1960, cuando fueron desplazados definitivamente por otro tipo de motores.

Motor de cilindros en oposición

Un motor en oposición tiene dos bancadas de cilindros ubicadas en los lados del cárter una en contraposición de la otra. Puede ser refrigerado por aire o por líquido, pero las refrigeradas por aire son las predominantes. Este tipo de motor es montado con el cárter en posición horizontal en aeroplanos, pero puede ser montado con el cárter en vertical en helicópteros. Debido a la disposición de los cilindros, las fuerzas recíprocas tienden a cancelarse, resultando en un buen funcionamiento del motor. A diferencia del motor radial, no padece ningún problema de bloqueo hidrostático.

Relativamente pequeños, livianos y económicos, los motores de cuatro o seis cilindros opuestos refrigerados por aire son de lejos los motores más comúnmente usados en pequeñas aeronaves de aviación general que requieren una potencia no superior a 400 HP (300 kW) por motor. Las aeronaves que necesitan una potencia superior en cada motor tienden a ser propulsados por motores de turbina.

 MOTORES DE TURBINA

Turbohélice (turboprop)

Mientras que los cazas militares requieren velocidades muy altas, esto no es un requisito en muchos de los aviones civiles. Con todo, los diseñadores de aeronaves civiles querían beneficiarse de la alta potencia y bajo mantenimiento que ofrece un motor de turbina de gas. Así nació la idea de acoplar un motor de turbina a una hélice tradicional. Estos motores no basan su ciclo operativo en la producción del empuje directamente del chorro de gases que circula a través de la turbina, sino que la potencia que producen se emplea en su totalidad para mover la hélice, y es esta la genera la tracción para propulsar la aeronave. Debido a que el óptimo funcionamiento de las turbinas de gas se produce a altas velocidades de giro —superiores a 10.000 RPM—, los turbohélice disponen de una caja de engranajes para reducir la velocidad del eje y que las puntas de la hélice no alcancen velocidades supersónicas. A menudo la turbina que mueve la hélice está separada del resto de componentes rotativos para que sean libres de girar a su óptima velocidad propia (se conocen como motores de turbina libre). Los turbohélice son muy eficientes cuando operan dentro del rango de velocidades de crucero para las que fueron diseñados, que en general va desde los 320 a los 640 km/h. Al igual que en la mayoría de motores recíprocos, los motores cuentan con controles que mantienen fija la velocidad de la hélice y regulan el paso de sus palas (hélice de velocidad constante y paso variable). La potencia de los motores turbohélice, al igual que los turboeje, se mide por su potencia en eje, en inglés: shaft horsepower (SHP), normalmente en caballos de potencia o kilowatios.

Turboeje (turboshaft)

Un motor turboeje es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Estos motores son utilizados principalmente en helicópteros y en unidades de energía auxiliar. El turboeje es muy similar al turbohélice, con una diferencia clave: en el turbohélice la hélice es soportada directamente por el motor, y el motor está atornillado a la estructura de la aeronave; en un turboeje el motor no tiene que ofrecer un soporte físico directo a los rotores del helicóptero, ya que el rotor está conectado a una transmisión fijada a la estructura y el turboeje simplemente transmite la potencia mediante un eje de transmisión. Algunos ven esta distinción poco relevante, de hecho, en algunos casos las compañías fabricantes de motores producen turbohélices y turboejes basados en el mismo diseño.

MOTORES DE REACCIÓN.

El componente fundamental de este tipo de motores es la tobera de escape. Esta es la parte que crea el empuje mediante un chorro de gas. El flujo de aire caliente del motor es acelerado al salir de la tobera, creando el empuje que junto con las presiones que actúan dentro del motor empujan la aeronave hacia adelante.

Los motores de reacción más habituales son el turborreactor, el turbofán y el cohete. Aunque también se emplearon de forma menos habitual otro tipo de motores de reacción como el pulsorreactor (desarrollado en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial para impulsar las bombas guiadas V1), el estatorreactor (ramjet), el estatorreactor de combustión supersónica (scramjet) o el motor de detonación por pulsos.

El funcionamiento de estos motores es relativamente más simple que el de los motores recíprocos, sin embargo las técnicas de fabricación, componentes y materiales son mucho más complejos ya que están expuestos a elevadas temperaturas y condiciones de operación muy diferentes en cuanto a altitud, rendimiento, y velocidad interna de los mecanismos.

Turborreactor

Un turborreactor es un tipo de motor de turbina de gas desarrollado originalmente para aviones de combate durante la Segunda Guerra Mundial en el que los gases generados por la turbina, al ser expelidos, aportan la mayor parte del empuje del motor.

El turborreactor es el más simple de todos los motores de turbina de gas para aviación. Generalmente se divide en zonas de componentes principales que van a lo largo del motor, desde la entrada hasta la salida del aire: en la zona de admisión (parte delantera) hay un compresor que toma el aire y lo comprime, una sección de combustión inyecta y quema el combustible mezclado con el aire comprimido, a continuación una o más turbinas obtienen potencia de la expansión de los gases de escape para mover el compresor de admisión, y al final una tobera de escape acelera los gases de escape por la parte trasera del motor para crear el empuje. Entre los diseños de turborreactores se distinguen dos grandes grupos: los de compresor centrífugo y los de compresor axial.

En el momento que fueron introducidos los turborreactores, la velocidad máxima de un caza equipado con este tipo de motores era por lo menos 160 km/h más veloz que uno con motor de pistones. El célebre Messerschmitt Me 262 fue el primer avión no experimental y de producción en ser propulsado por turborreactores. La relativa simplicidad de diseño de los turborreactores se prestaban para la producción en tiempo de guerra, pero el conflicto finalizó antes de que los turborreactores pudieran ser producidos en masa. El modelo más avanzado desarrollado durante la guerra fue el Heinkel HeS 011 pero no llegó a tiempo para entrar en servicio.

En los años posteriores a la guerra, gradualmente se fueron evidenciando los inconvenientes de los turborreactores. Por debajo de una velocidad en torno al Mach 2, los turborreactores son muy ineficientes en cuanto a consumo de combustible y producen una enorme cantidad de ruido. Además los primeros diseños tenían una respuesta muy lenta a los cambios de potencia, un hecho que provocó la muerte a muchos pilotos experimentados cuando intentaron la transición a los reactores. Esos inconvenientes finalmente condujo a la caída del turborreactor puro, quedando solo un puñado de modelos en producción y dando paso a los turborreactores de doble flujo conocidos como turbofán o turboventiladores. El último avión comercial que empleó turborreactores fue el avión supersónico Concorde, que con su velocidad superior a Mach 2 permitía que los motores lograran una alta eficiencia.

Turbofán

En el motor turbofán (turbosoplante o turboventilador) los gases generados por la turbina son empleados mayoritariamente en accionar un ventilador (fan) situado en la parte frontal del sistema que produce la mayor parte del empuje, dejando para el chorro de gases de escape solo una parte del trabajo (aproximadamente el 30%).

Estos motores comenzaron a usar el sistema de flujo axial, que mantiene la corriente de aire comprimido presionada hacia el eje de la turbina, por lo que el aire sale propulsado con mayor velocidad y con menos tendencia a disiparse de la corriente de salida. Esto incrementa notablemente la eficiencia.

Otro gran avance del Turbofan fue la introducción del sistema de doble flujo en el cual, el ventilador frontal es mucho más grande ya que permite que una corriente de aire circule a alta velocidad por las paredes externas del motor, sin ser comprimido o calentado por los componentes internos. Esto permite que este aire se mantenga frío y avance a una velocidad relativamente igual al aire caliente del interior, haciendo que cuando los dos flujos se encuentren en la tobera de escape, formen un torrente que amplifica la magnitud del flujo de salida y a la vez lo convierte en un flujo más estrecho, aumentando la velocidad total del aire de salida. Este tipo de motor tiene una gran entrega de empuje, permitiendo el desarrollo de aviones con capacidad de carga y transporte de pasajeros mucho más grande, y al nivel que conocemos en la actualidad.

Es el motor utilizado por la mayoría de los aviones de reacción modernos por su elevado rendimiento y relativa economía de combustible respecto a un Turbojet.

Normalmente son motores de dos ejes, uno para la turbina de gas y otro para el ventilador. Sin embargo Rolls Royce plc produce motores turbofan de tres ejes, que corresponden a los modelos de la serie Trent.

 

Cohete

Pocos aviones utilizaron motores cohete como principal medio de propulsión. El único avión cohete puro producido en serie fue el interceptor alemán de la Segunda Guerra Mundial Messerschmitt Me 163, propulsado el Walter HWK 109-509 de combustible líquido bipropelente, que debido a la corta duración de su combustible tenía que regresar a tierra planeando. Como aviones cohete experimentales destacan el Bell X-1 (primer avión en superar la barrera del sonido) y el North American X-15.

Los motores cohete ofrecen mucho empuje pero poca autonomía y no son usados como propulsores de aviones porque su eficiencia es bastante pobre, excepto a altas velocidades. Se ha probado la propulsión mixta con otro tipo de motores en los años 1950, especialmente en el ámbito militar, pero en cuanto mejoró la fiabilidad de los motores de reacción ya se abandonó la idea. La única implementación operacional de propulsión mixta fue el despegue asistido por cohetes (RATO), un sistema utilizado en aviones pesados.

 

Otros motores alternativos

Recientemente se han desarrollado algunos motores alternativos de ciclo Diésel realizados en materiales ligeros, a partir del campo en el que se ubican los motores de cilindros horizontalmente opuestos. El motor Diésel ofrece un mayor par motor relativo en bajas revoluciones de operación, dificultad que los motores de gasolina usados en aviación confrontan ya que deben entregar máxima potencia a revoluciones más bajas que en motores de automoción con el fin de incrementar la durabilidad y rentabilidad.

Las compañías que trabajan en su desarrollo se empeñan por producir motores que tengan el económico consumo de combustible del Diésel, con la refrigeración por aire de los motores actuales. También se hace énfasis en reducir las emisiones ya que la tecnología actual de los motores Diésel permite ofrecer motores más amables al medio ambiente que los motores que usan gasolina de 100 octanos, ya que para alcanzar este octanaje tan elevado no puede prescindirse del uso del plomo como se hace en los automóviles. Además el motor Diésel ha probado tener un sistema de reparación que involucra menos componentes (en algunos casos sólo se cambian pasadores de pistón, anillos, y bomba de inyección) y su durabilidad es mucho mayor. Esto ampliaría notablemente las horas TBO (time between overhauls) haciendo que operar aviones con motores recíprocos se convierta en una actividad menos costosa para los propietarios y operadores.

acá les dejo un libro muy interesante que trata a mas profundidad de este tema.

Pueden descargarlo o leerlo en linea.

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9 comentarios

  1. ncrp_90@hotmail.com

    ya le di un vistazo muy buen aporte amigo el autor se deja entender. gracias de verdad por la ayuda

    25 de julio de 2012 en 1:17

  2. elvis velasquez

    Excelente resumen, muy didáctico…

    15 de diciembre de 2012 en 7:44

  3. robert

    esta pagina web es excelente es lo máximo algo muy diferente de todo lo que se encuentra en la red

    9 de marzo de 2015 en 15:14

  4. Esta muy bueno para conocer los motores que tiene los aviones excelente

    9 de noviembre de 2015 en 6:49

    • Hay un libro completo de motores alternativos (pistón) al final del articulo, del autor Martín Cuesta Alvarez y los motores radiales son motores a pistón. Gracias por tu opinión.

      9 de noviembre de 2015 en 11:34

  5. bueno y los motores solares que hay en prueba como estan

    22 de enero de 2016 en 19:34

    • David

      Esos serían eléctricos, estátor y rotor en lugar de pistones y cigueñal.

      18 de abril de 2016 en 2:50

  6. jaime livaquefernandez

    señores la historia de los motores de la aviación esta incompleta no pusieron desde que siglo y quien fue el inventor y en que país

    18 de abril de 2016 en 14:49

    • El titulo de la publicacion es motores aeronauticos, no es la historia de los mismos. de todas formas te invito a contribuir y con mucho gusto la publico para los lectores del blog y hago referencia que tu hiciste la investigacion.

      20 de abril de 2016 en 16:27

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