El documento describe los componentes principales de un motor de combustión interna, incluyendo el cigüeñal, la biela, el pistón, las válvulas, el cilindro y el carter. Explica el ciclo de cuatro tiempos del motor con las fases de admisión, compresión, explosión y escape. También describe los componentes individuales y su función dentro del motor.
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El documento describe los componentes principales de un motor de combustión interna, incluyendo el cigüeñal, la biela, el pistón, las válvulas, el cilindro y el carter. Explica el ciclo de cuatro tiempos del motor con las fases de admisión, compresión, explosión y escape. También describe los componentes individuales y su función dentro del motor.
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El documento describe los componentes principales de un motor de combustión interna, incluyendo el cigüeñal, la biela, el pistón, las válvulas, el cilindro y el carter. Explica el ciclo de cuatro tiempos del motor con las fases de admisión, compresión, explosión y escape. También describe los componentes individuales y su función dentro del motor.
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MOTORES RECIPROCOS
POTENCIA DEL MOTOR
SOBRE Y TURBO ALIMENTADORES SISTEMA DE INDUCCION DE AIRE Y ESCAPE DE GASES
BY: ROBER SULLCAPUMA ROSALES MOTORES RECPROCOS Tambin llamados: alternativos, a chispa, de embolo atmosfricos.
Existen: Radiales, Opuestos, En V y en lnea
CICLO DE OTTO dentro de un cilindro a volumen constante, aumenta la presin y temperatura
para poner en funcionamiento el motor: sistema de combustible -(carburador). Sistema de encendido - (magneto). Sistema de arranque -(arrancador).
Nikolaus august otto TIEMPOS 4 tiempo = 5 fases I. Admisin II. Compresin III. Explosin - Expansin IV. escape
1 ciclo= el crankshaft gira 720*
CODO: donde se ajusta la cabeza de la biela. Mun: punto de apoyo del cigeal, soporte del eje.
De aleacin de acero CIGEAL ; Mueve al pistn al momento de funcionamiento del motor. El movimiento alternativo de los pistones es transformado en movimiento giratorio por el cigeal. La hlice se acopla al extremo delantero del eje del cigeal. BIELA: Transmite el movimiento vertical a movimiento circular del cigeal. Transforma el movimiento alternativo del embolo en movimiento de rotacin del eje. Hecha de aleacin de aluminio de alta resistencia o de acero forjado. Existen: Biela simple, Biela maestra y Biela horquilla y dentada. Biela simple. Para motores en lnea y opuestos. la cabeza de biela esta dividida en dos mitades, esto para q pueda encajar en el codo del cigeal Biela maestra Esta es usada en motores radiales, tambin conocida como biela madre. Esta es solo una principal, para motor de doble estrella se requiere de dos bielas maestras A las otras restantes que se le unen mediante pasadores se les conoce como bieletas. Biela horquilla y dentada: Esta es empleada para motores en V Esta es un conjunto de dos bielas articuladas.
PISTON (EMBOLO): Cuerpo cilndrico en forma de vaso invertido, que se desplaza por el interior del cilindro. El trabajo que recibe el embolo por la accin de la presin de los gases se transmite al eje(cigeal) mediante la biela. Hechos de aleacin de aluminio de alta resistencia. En la falda existen ranuras hechas para la colocacin de anillos. Existe en agujero para la colocacin del buln (pin).
Existen diferentes cabezas de pistn.
Buln: conecta al pistn con el pie de biela, este pasador esta hecho de acero segmentado. Estos pasadores son de tipo flotante debido a que es libre de rotar tanto en el pistn como en el cojinete de biela. ANILLOS: son aros metlicos situados en la parte superior de la falda del embolo. Son los encargados de prevenir las fugas y de reducir al mnimo la filtracin de aceite.
Tipos de anillos: de compresin, de control de aceite, de barrido de aceite.
Anillo de compresin: La funcin dele anillo de compresin es prevenir la fuga de gases desde la cmara de combustin a la seccin del cigeal funcin de estanqueidad. Anillo de control de aceite: los anillos de control de aceite estn ubicados inmediatamente debajo de los de compresin, su funcin es regular el grosor de la pelcula de aceite sobre la pared del cilindro. Si ingresa demasiado aceite este se quemara y dejara una capa gruesa de carbn en las paredes del cilindro, esto causara un pre-encendido, detonacin excesiva o excesivo consumo de aceite. Anillo de barrido de aceite: Su funcin es barrer o rascar el aceite lubricante que ha quedado en la pared del cilindro y devolverlo al sistema de lubricacin atreves del anillo de control de aceite. VALVULA: Mecanismo que regula la entrada de la mezcla (aire-combustible) en la admisin y salida de gases en el escape desde el cilindro. Las vlvulas de admisin son diferentes de las vlvulas de escape.
Lumbrera: orificio que queda cuando la vlvula baja esto ocurre en la admisin y en el escape. Vlvula de admisin: Es hecha de vstago solido y tiene una marca en la punta para su fcil identificacin. ADMISION: esta vlvula abre justo antes de que el pistn llegue al punto muerto superior, en la carrera de escape.
Vlvula de escape : Son hechos de vstago ahuecados. ESCAPE: permanecen abiertas despus de que le pistn pasa por el punto muerto superior.
Traslape de vlvula: ocurre en la carrera de escape, cuando el pistn esta antes de llagar al punto muerto superior, la vlvula de admisin baja haciendo que la mezcla enfre y limpie el cilindro y el mltiple de escape. MECANISNO DE OPERACIN DE LA VALVULA: El mecanismo deben estar perfectamente ajustado y sincronizado para que las vlvulas abran y cierren en el momento adecuado. Consiste de un eje de camn (motores opuestos, en V y en lnea) o un disco de camn( motores radiales).
el camn(leva) empuja una varilla y esta a su ves al balancn haciendo que este ejerza presin sobre el vstago de la vlvula, haciendo que ocurra la lumbrera. El vstago esta rodeado por un resorte cuya funcin es de regresar a la vlvula a su estado original (cerrado). Tanque: es un conjunto de pequeos accesorios que hacen la funcin de empujador de la varilla, este recibe el mecanismo del rodillo que es movido por el camn. Varilla: recibe el movimiento directo del tanque y lo transmite al balancn. Balancn: transmite el movimiento final al vstago de la vlvula. Entre el pie del vstago de la vlvula y la cabeza del balancn (roldana) debe existir una luz de espacio de acuerdo a las caractersticas del motor. Esto debido a la dilatacin por el calor que sufrir el vstago de la vlvula y la cabeza del balancn, de otra forma la vlvula no llegara a cerrar por completo. CILINDRO: Aqu es donde se desarrolla la potencia del motor (HP). Tiene aperturas para la admisin y escape. Debe estar sellada(hermtica) para que no exista fuga. Contiene dos alojamientos con roscas para las bujas(crean la chispa) Al interior tiene una forma de conicidad con respecto al dimetro. La superficie interna se llama camisa, este es para que el pistn se pueda deslizar. El cilindro se fabrica por partes separadas (cabeza y cuerpo). La operacin de unin se llama ZUNCHADO CABEZA: De aleacin de aluminio resistente a las altas temperaturas. Aqu se encuentra el principal lugar de detonacin de la mezcla. En este lugar se alojan gran cantidad de aletas de enfriamiento ( en el exterior), sobre todo en la vlvula de escape. CUERPO: Esta construido de acero. La camiseta esta hecha de acero al cromo-nquel (superlacin). Aqu en el interior opera el pistn Existen dos orificios para las vlvulas (admisin y escape). Existen dos orificios para las bujas. Numeracin de los cilindros: Esto depender del fabricante, por ejemplo: TELEDYNE-CONTINENTAL enumera los cilindros vindolos desde una vista posterior al motor.
LYCOMING, enumera los cilindros vindolos desde una vista frontal. CARTER : Es el soporte bsico del montaje del motor. A este se asegura los cilindros, la seccin delantera y posterior. Transmite el empuje de la hlice al avin. Aqu se son absorbidos los esfuerzos de torsin y vibracin. existen Carter hmedo y Carter seco. Carter hmedo: el aceite se almacena en el fondo del motor. Esto usualmente se da en motores pequeos. Carter seco: el aceite se encuentra en un deposito independiente( motores grandes). COJINETES: Elemento de forma de anillo de metal especial que se monta fijo en un casquillo de soporte de eje. Sirve de pista de deslizamiento a los ejes. Existen cojinetes de deslizamiento friccin y de rodadura. Estos estn expuestos a dos diferentes cargas, las cargas radiales y cargas axiales
Cargas radiales: soportan cargas perpendiculares al eje. Las fuerzas empujan hacia el centro del eje.
Cargas axiales: soportan cargas que actan en direccin al eje de forma paralela. Las fuerzas empujan hacia adelante.
Existen cojinetes de doble efecto, que soportan tanto cargas radiales como cargas axiales
Cojinetes lisos: Consiste generalmente de un anillo partido en dos mitades. Son hechos de un casquillo de acero cuyo interior esta revestido de un metal apropiado para resistir el rozamiento del eje. Cojinetes de rodamiento: Es un conjunto de dos anillos (interior y exterior), en medio de los dos anillos se sitan un conjunto de partes rodantes( bolas rodillos). Los de rodillo pueden ser cnicos, cilndricos o de aguja. CICLO DEL MOTOR para un mejor entendimiento es necesario conocer los trminos siguientes: Punto muerto superior (PSM)- Es la posicin de desplazamiento mximo , en sentido ascendente, que puede alcanzar el mbolo.
Punto muerto inferior (PMI)- Es la posicin de desplazamiento mnimo que puede alcanzar el mbolo.
PMI
Carrera-Es la medida de desplazamiento del mbolo desde el PMS al PMI a la inversa. Ciclo- Tiene 4 tiempos admisin, compresin , explosin y escape. Mezcla- Carga o masa de aire y de combustible que se introduce en el cilindro del motor. ADMISION Una de las carreras descendentes del embolo. Es el tiempo en que se admite la carga fresca de aire-combustible en el cilindro. El mbolo parte del PMS hacia el PMI. COMPRESION El mbolo se desplaza desde el PMI al PMS. Las vlvulas del cilindro estn cerradas. Aqu se produce la confinacin de la mezcla en volumen cada vez mas pequeo. EXPLOSIN Y EXPANSIN Cuando el mbolo llega al PMS, la buja produce una chispa de origen elctrico que inflama la mezcla carburada. Ocasionando que el mbolo parta del PMS al PMI a una gran fuerza y velocidad. La mezcla pasa a convertirse en gases calientes. Estos gases se irn expandiendo de acuerdo como el mbolo baje al PMI. ESCAPE Cuando el embolo alcanza el PMI se abre la vlvula de escape, los gases salen al exterior por esta vlvula. El embolo se desplaza hacia arriba y empuja los gases fuera del cilindro. POTENCIA DEL MOTOR O CABALLO DE FUERZA (HP) POTENCIA DEL MOTOR la potencia de un mecanismo es el trabajo que efecta por unidad de tiempo. Para determinar la potencia de un motor es necesario en primer lugar calcular el TRABAJO realizado y luego dividir el TRABAJO realizado por EL tiempo EMPLEADO.
POTENCIA= trabajo tiempo Ejemplo de potencia; Una persona puede subir una escalera en 1 minuto de tiempo. Otra de igual peso, emplea 2 minutos para subir la misma escalera. El trabajo que han hecho las dos personas es el mismo, pero la potencia de subida dela primera persona es el doble que la empleada por la segunda. TRABAJO El trabajo es el producto de la FUERZA que se efecta a un cuerpo por la DISTANCIA que se recorre. TRABAJO= fuerza x distancia
Trabajo =W Fuerza =F Distancia =D
El trabajo que efecta un cilindro del motor es el producto de la fuerza que acta sobre el mbolo, multiplicada por la distancia que recorre el mismo. La fuerza es igual a la presin interna del gas en el cilindro. presin=fuerza
entonces basta multiplicar la presin(fuerza) x superficie del embolo x carrera . T=P x S x C La superficie equivale a : S= S= () (D)
x R 2 2 Anteriormente de dijo que la potencia es igual al trabajo dividido entre el tiempo.
Y ya se conoce como se encuentra el trabajo.
Nota: en vista de que la presin de los gases varan continuamente, los ingenieros han credo por conveniente resolver el problema asignando a la presin (P) un valor ficticio llamado presin media efectiva = PME. Entonces la potencia desarrollada en el cilindro es: pot =PME x S x C tiempo Ahora bien, observe estas cuestiones: El motor consta de un numero de cilindros (N), de manera que la potencia de un cilindro (pot) debe multiplicarse por N . La velocidad del motor se mide en revoluciones por minuto (rpm) del cigeal, recordar que el cigeal da 2 vueltas (720*) por cada ciclo de trabajo del motor, entonces el numero de carreras activas de cada embolo es igual a los rpm dividido entre 2 = rpm 2 Por lo tanto la potencia total de un motor que tiene N cilindros es : pot = PME x S x c x N rpm 33000 pie- libra/min. 2 La unidad comn de potencia mecnica es HP(caballo de fuerza- horse power). La unidad estndar de potencia de un HP =33000 pie-libra por min o 550 pie-libra por segundo. x Desarrollaremos un ejercicio matemtico para encontrar el caballo de fuerza de un motor. Datos: Presin media efectiva (PME) = 165 lb / pulg Carrera (c) = 0.5 pies Dimetro = 5.5 pulg r.p.m = 3000 N* de cilindros = 12
2 SOBRE ALIMENTADORES Y TURBO ALIMENTADORES La potencia que el motor de embolo entrega a la hlice disminuye de forma continua con la altitud de vuelo.
A medida de que el avin asciende la masa de aire disminuye y se enrarece de esta forma no se mantendr la proporcin de mezcla equilibrada.
Por lo tanto se dice que cuando el avin hace mas altura la mezcla se vuelve rica, debido a la falta de densidad de aire necesaria para una mezcla estable. La presin del aire estndar sobre el nivel del mar es de 14.7 psi =29.92Hg a una temperatura de 59 f = 15 c, a medida que se va ascendiendo la presin disminuir.
LA ATMOSFERA
78% 21% 1% nitrogeno oxigeno otros gases (Co2,H,He,Kr,Ne,Ar,Xe) La masa de aire que el motor requiere a grandes alturas se puede obtener mediante un proceso previo de compresin del aire. La compresin previa puede obtenerse mediante un componente llamado turbo-alimentador.
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3 Este turbo-alimentador esta compuesto de tres partes: 1. Compresor (centrifugo). 2. Turbina. 3. Bomba de caja de engranajes.
TURBO ALIMENTADOR Este compresor es movido por la turbina y esta turbina es movida(accionada) mediante los gases de escape conducidos por el mltiple de escape.
El aire entra al sistema de induccin a travs de una abertura, all el compresor convierte al aire de gran velocidad y baja presin a baja velocidad y gran presin.
Esquema del sistema de turbo alimentador. UBICASION DEL TURBOALIMENTADOE EN EL AVION SOBRE ALIMENTADOR Este sistema se encarga de comprimir mezcla por lo tanto, estos sobre alimentadores se encuentran internamente y es accionado por el eje del cigeal. El mecanismo que comprime la mezcla es un compresor rotativo de accin centrifuga, la potencia necesaria para accionar el sobre alimentador proviene del mismo motor. El sobre alimentador interno se puede clasificar por etapas. Cuando solo tiene un rodete centrifugo se dice que es de una etapa, cuando tiene dos rodetes colocados en serie se dice que es de dos etapas Estos sobre alimentadores pueden funcionar a una velocidad fija o tener la capacidad de girar distintas velocidades. En este caso el compresor dispone de un embrague de seleccin de velocidad. BARRIDO ALTO: se usa cuando la aeronave se encuentra sobre una altura entre 7000 y 12000 pies, esto es actuado por un juego de piones y es efectuado desde cabina de mando. El impelente es impulsado a una razn de 100:1 relativa al cigeal.
BARRIDO BAJO: por de bajo de alturas de 7000 pies se deber cambiar a embrague de baja velocidad. Esta condicin es conocida como barrido bajo, en este caso el impelente es impulsado a razn de 7:1 relativa a la velocidad del cigeal. Es normalmente empleado para despegue y para bajas altitudes.
SISTEMA TURBO COMPUESTO Existe un sistema turbo compuesto para motores a pistn , este es diferente al turbo alimentador o sobre- alimentador. Tambin llamado sistema PTR. Este sistema le permite al motor recuperar potencia de los gases de escape a traves de una turbina interconectada por engranajes al cigeal. Existen tres turbinas de recuperacin ubicadas con 120 de desplazamiento. Estas estn localizadas vindolas desde la parte posterior, alas 3 horas, 7 horas y 11 horas. Cada turbina aumenta 130 HP
SISTEMA DE INDUCCION DE AIRE Y ESCAPE DE GASES SISTEMA DE INDUCCION DE AIRE La funcin del sistema de admisin es proveer a los cilindros de una mezcla de aire-combustible adecuada para satisfacer todos los requisitos de potencia. Este sistema esta dividido en tres partes las cuales son: carburacin, toma de aire y mltiple de ingreso. Adicionalmente se puede incluir un sistema de compresin de mezcla (sobre alimentadores) El aire entra al sistema a travs de la abertura que se encuentra ubicada en la parte delantera del avin y puede ser mesclado con aire caliente para que llegue con una temperatura estable al carburador. La vlvula del carburador o vlvula de aire caliente tiene como funcin evitar el congelamiento del carburador dejando pasar aire caliente a travs de esta y que se pueda mezclar con el aire de admisin. Esta vlvula generalmente esta cerrada por un resorte comprimido. La vlvula que admite aire frio es controlada desde cabina, cuando se cierra la vlvula de aire frio, la diferencia de presin hace que el resorte abra la vlvula de aire caliente.
El filtro de aire esta instalado en la parte frontal, de la entrada de aire, su propsito es detener al polvo y otros materiales extraos impidiendo su ingreso al carburador, la rejilla consiste de un marco de aleacin de aluminio. El aire pasa a travs de los conductos al carburador quien es el encargado de medir el combustible en proporcin a la cantidad de aire que recibe y los mezcla en las cantidades adecuadas. FORMACION DE HIELO EN EL SISTEMA DE ADMISION La formacin de hielo en el sistema constituye a menudo un riesgo potencial en las operaciones. Los casos mas avanzados de formacin de hielo es causa grave de inconvenientes en el funcionamiento del motor 1. Hielo formado por impacto.- este se forma originalmente del agua que exista en la atmosfera en forma de nieve, cellisca o liquido sub enfriado. Comprende tambin el formado de agua liquida que se hallan en superficies con temperaturas de menos 0* C =32* F (parte sierra del Per). 2. Hielo en la vlvula mariposa.- se forma en esta o en su proximidad cuando se halla principalmente cerrada y es debido al efecto refrigerante causada por el rea de flujo restringido. Este hielo puede formarse aunque la temperatura del aire en el carburador alcance a 3*C = 35*F .
3. Combustible congelado.- la causa es el efecto refrigerante del combustible que se evapora despus de ser introducido en la corriente de aire . El calor necesario para evaporar el combustible es tomado en su mayor parte del aire, cuya temperatura disminuye. la tendencia a congelarse el combustible es mayor en los carburadores de tipo flotador, los carburadores de inyeccin a presin han eliminado virtualmente la posibilidad de que se forme hielo. Existen dos unidades adicional al sistema de induccin de aire, las cuales son vitales, estas son: El pre calentador y liquido anticongelante. Existen tres formas usuales de creacin de hielo en el sistema de induccin: 1. Impacto de hielo directo. 2. Hielo por vaporizacin de combustible. 3. Hielo en la vlvula mariposa.
SISTEMA DE ESCAPE DE GASES Es muy importante eliminar estos gases tanto para los tripulantes como para el mismo avin, el sistema de escape puede realizar varias funciones tiles pero principalmente es la de dar proteccin contra la accin de estos gases txicos. Existen dos tipos de sistema de escape: 1. Sistema de escape corto.- generalmente usados en motores que o tienen sobre alimentadores y de baja potencia 2. Sistema colector.-usado en motores grandes con turbo alimentadores, generalmente motores radiales. El material de este maniful de escape es de (acero, cromo, nquel, molibdeno) tambin llamado INCONEL. Este sistema es tambin aprovechado para para aire acondicionado en el avion. Los motores radiales generalmente emplean anillo colector de escape, este anillo esta soldado en diferentes secciones segn la cantidad de cilindros que tenga el motor. las secciones mas cortas son para los cilindros mas cercano al anillo y los mas largos para los cilindros mas distantes al anillo colector Existen tambin para motores radiales una combinacin de mltiple de escape y conjunto aumentador. El mltiple rene los gases y el aumentador hace que estos salgan con mas velocidad. SISTEMA DE LUBRICACION ACEITE La principal funcin de aceite es reducir la friccin entre las partes mviles. A simple vista una superficie metlica presenta este aspecto:
Pero examinando con el microscopio una seccin transversal de ella, se ve mas bien as:
Si las dos superficies abran de deslizarse una sobre otra en contacto directo, resultara interferencias entre las partes salientes, lo que conducira a un exceso de friccin y finalmente a la destruccin de las superficies.
Valindonos de una pelcula de aceite para separar las superficies, la friccin se reduce a la existente entre las molculas del lubricante.
El aceite lubricante suele considerarse como sangre del motor. Por analoga el sistema de lubricacin puede ser comparado con el sistema circulatorio del cuerpo humano. la seccin de presin de la bomba lubricante (corazn derecho) impele el aceite a travs de distintos tubos y pasajes (arterias) hasta las distintas partes del motor (vasos capilares).cumplida su funcin el aceite de lubricacin y refrigeracin, el aceite pasara a un colector o varios donde es aspirado, a travs de otros pasajes y tubos (venas), por una de las bombas de retorno (corazn izquierdo) y enviado luego a travs del radiador de aceite (pulmones- analoga un tanto forzada) al tanque con lo vuelve a la bomba de presin.
Continuara . COMPRESOR INTERNAMENTE BARRIDO ALTO BARRIDO BAJO