El motor de los aviones ultraligeros-ULM capt. 1

El motor de los aviones ultraligeros-ULM es el sistema de la aeronave que hace que ésta sea impulsada. Esta fuerza es la necesaria para producir la fuerza que hará que la aeronave se mantenga en vuelo. El motor de los aviones ultraligeros ULM produce la tracción (fuerza hacia adelante) para que exista la sustentación (fuerza contraria al peso) necesaria para que la aeronave se mantenga en el aire.

La tracción se produce arrastrando hacia detrás la masa de aire suficiente para que la aeronave avance mediante la hélice, y ésta a su vez es movida por el motor. Se basa en la ley de acción-reacción de Newton.

La energía química del combustible que almacenan las alas es convertida en energía mecánica.

En aviación existen principalmente dos tipos de motores, los motores de pistón y los de turbina. Los segundos son los que utilizan los aviones reactores mientras que los primeros son más habituales en aviación ligera.

A su vez los motores de pistón pueden ser diesel, de inyección, atmosféricos y sobrealimentados. La mayoría de los aviones ultraligeros-ULM operan con motores atmosféricos.

Fotografía: motor ULPower

El motor de pistón se le llama también motor de combustión interna o endotérmico ya que el combustible se quema dentro de la cámara de combustión.

El motor de los aviones ultraligeros-ULM es muy parecido al motor que llevan los automóviles. Las principales diferencias que tiene el motor de los aviones ultraligeros-ULM que utilizamos a bordo de la aeronave y el que llevamos en el coche es que en los primeros cada cilindro tiene dos bujías y el sistema tiene dos magnetos.

La refrigeración se produce por agua, por ejemplo el motor de los aviones ultraligeros-ULM Rotax 582, o por aire. En los primeros la refrigeración se dice que es líquida mientras que en los segundos la refrigeración se denomina “tipo fan”.

Existen motores, como por ejemplo motor de los aviones ultraligeros-ULM Rotax 912 que se refrigeran por agua y aceite.

El motor de los aviones ultraligeros-ULM de pistón tiene varios componentes. Éstos son el cigüeñal, la biela, el cilindro y el pistón.

Básicamente en el interior del cilindro el pistón mueve al cigüeñal mediante la biela. En la parte superior del cilindro se encuentran las bujías, una o varias válvulas de entrada de mezcla de aire/combustible y una o varias salidas de gases quemados.
Veamos los componentes del motor de los aviones ultraligeros-ULM:

Cilindros del motor

Son los elementos del motor donde se producen todas las fases del ciclo. Dentro de los cilindros se desliza el pistón.

Las paredes del interior de los cilindros deben estar perfectamente pulimentadas para que el desplazamiento alternativo del pistón se haga en las mejores condiciones.

Bujía del motor

Es el elemento que produce el encendido de la mezcla de combustible y aire mediante una chispa. Existen, de forma general, dos tipos de bujías, las frías y las calientes. La diferencia entre ambas radica físicamente en que las frías tienen una longitud de aislante de punta más corta que las calientes. El aislador de punta se encuentra en el interior de la rosca. Las bujías frías son las que disipan más calor, mientras que si la bujía mantiene más calor se denomina bujía caliente.

La gama térmica de una bujía es la capacidad que tiene ésta para soportar grandes cargas sin sobrecalentarse.

Al observar las bujías podemos hacer un diagnóstico del estado de nuestro motor. Una bujía que presente carbonilla y que además esté negra denota una mezcla de combustible demasiado rica.

La bujía está compuesta por las siguientes partes:

• -Aislante de cerámica
• -Tuerca de apriete
• -Junta
• -Electrodo central y de masa
• -Borne de contacto para el cable
• -Costillas
• -Rosca para fijarla a la culata

Culata del motor

Es la parte superior de la cámara de combustión del cilindro.

Está formada por una pieza de fundición especial.

Forma con la parte superior del cilindro la cámara de combustión.

Entre la culata y el bloque de cilindros se encuentra una junta de cobre que sirve para efectuar el cierre estanco, se denomina junta de culata.

Cámara de combustión del motor

Es la zona entre la parte superior del cilindro y el interior de la culata.

Émbolo del motor

Unido a las paredes del cilindro y la culata forma el espacio hermético donde tiene lugar las fases del ciclo.

Segmentos del motor

Son los aros que aseguran la estanqueidad del cilindro, sirviendo además para refrigerar el motor e impiden la subida de aceite a la cámara de combustión.

Es en ellos donde se produce gran desgaste debido al rozamiento y a las altas temperaturas.

Bulón del motor

Es el elemento de unión entre el émbolo y el pie de la biela.
Se encuentra en el interior del pistón y su forma es cilíndrica.

Válvulas de distribución del motor

Abren o cierran el paso de aire a la admisión y al escape.
Existen dos tipos de válvulas, las de admisión y las de escape.
Una válvula de distribución está formada por una cabeza y una cola. La cabeza tiene forma de seta cuya misión es tapar u obstruir el orificio de admisión o de escape, según sea su ubicación. Las válvulas tienen además, los llamados asientos que sirven para mantener la estanqueidad cuando éstas se encuentran cerradas.

Biela del motor

Es el elemento intermedio entre el bulón y la muñequilla del cigüeñal. Las partes más importantes de la biela son la cabeza, el cuerpo (o caña) y el pie. La cabeza que abraza al cigüeñal y el pie al bulón. El cuerpo o caña une todo el conjunto. En la cabeza se hallan dos semicojinetes cuya misión es reducir el roce con el codo del cigüeñal. Del mismo modo en el pie se aloja un casquillo que tiene el mismo cometido en la cabeza.

Cigüeñal del motor

Es el componente que recibe el movimiento de la biela. Está formado por muñones, muñequillas y brazos. La alineación de los muñones comprende el árbol del motor. Es la “columna vertebral” del motor. Transforma el movimiento alternativo de los pistones en movimiento circular.

Leva del motor

Es una pieza giratoria que levanta a la válvula periódicamente.

Árbol de levas del motor

Es el dispositivo de montaje de las levas. El árbol de levas recibe su movimiento del cigüeñal mediante engranajes disponiendo de unas marcas para que las válvulas se abran o cierren un número establecido de grados. Generalmente el árbol de levas se forja con sus levas en una sola pieza de acero. Si el árbol de levas viene montado en un costado del motor las válvulas deberán ser accionadas mediante los taqués, varillas y balancines.
Si, por el contrario, viene montado en la culata actuará directamente sobre las colas de las válvulas.

Reductor de velocidad de la hélice

Es el elemento que une al cigüeñal con la hélice que hace que ésta gire a menos velocidad con respecto al cigüeñal.

Cárter del motor

Es la parte inferior de la bancada y además sirve de depósito cerrado que contiene el aceite para la lubricación del motor. Dispone de un tapón de vaciado y una boca de llenado.
Punto muerto superior (PMS). Cuando el pistón se encuentra en la parte superior del cilindro. Punto muerto inferior (PMI).
Cuando el pistón se encuentra en la parte inferior del cilindro.

Carrera. Llamaremos carrera a la longitud del desplazamiento del émbolo entre el PMS y el PMI.

Cilindrada. Llamamos cilindrada al volumen formado por el émbolo durante su carrera.

Motores de dos (2T) y cuatro tiempos (4T)

En aeronaves ultraligeras existen motores de dos y cuatro tiempos. Si el ciclo operativo se realiza en dos carreras del pistón (distancia entre la posición del pistón más próxima a la culata y la más alejada de la misma) se le denomina de dos tiempos, mientras que si realiza en cuatro carreras del pistón se llama de cuatro tiempos.

Motor de dos tiempos (2T).

En una sola revolución del cigüeñal se realizan en el interior de sus cilindros todo lo que en un motor de cuatro tiempos lo realiza en dos vueltas del cigüeñal.

Las lumbreras, que son orificios de entrada y salida, sustituyen a las válvulas de admisión y escape. Es en el cárter donde se encuentra la toma de presión de la bomba de gasolina.

El ciclo de trabajo es el siguiente:

1.Admisión-compresión
La mezcla de aire y combustible llega a la galería de admisión ayudando al barrido de los gases residuales de la combustión. Cuando el pistón, desde la parte inferior comienza el ascenso los gases se comprimen en el cilindro, cerrando las lumbreras de admisión y escape, dejando entrar aire fresco al cárter. Poco antes de que el cilindro llegue a la culata, la bujía hace saltar la chispa.

2.Explosión-escape
El pistón se encuentra en la parte superior comprimiendo la mezcla. Se produce la explosión por el encendido de la chispa generando una fuerza que obliga al pistón a salir disparado hacia el punto inferior ocultando la entrada de aire al cárter y descubriendo la lumbrera de escape. La mayoría de gases son expulsados al exterior, mientras que los gases residuales son barridos de nuevo cuando es descubierta la lumbrera de admisión.
Motor de cuatro tiempos (4T).

El ciclo de trabajo completo se realiza en cuatro movimientos de pistón. Éste es el denominado ciclo OTTO.

Los movimiento del pistón son:

1.Admisión
El pistón, situado en la parte superior del cilindro (punto muerto superior o PMS) baja provocando una succión que hace que la mezcla entre en el interior del cilindro a través de la válvula de admisión. La mezcla de aire y combustible proviene del carburador. La válvula se cierra al final de la carrera descendente del pistón.

2.Compresión
Una vez que el pistón se encuentra en la parte más baja (punto muerto inferior o PMI) vuelve a subir comprimiendo la mezcla de aire/combustible que había entrado anteriormente.
En esta fase, las válvulas de admisión y escape permanecen completamente cerradas.
La presión existente en la compresión es no es suficiente para elevar la temperatura de la mezcla y producir la inflamación espontánea.

3.Explosión
Una vez el pistón se encuentra casi en la parte superior, la chispa que proviene de la bujía explota la mezcla y hace bajar al pistón violentamente, esto completa el tiempo de trabajo.
Antes completar la carrera de trabajo, la válvula de escape comienza a abrirse y los gases de combustión empiezan a salir.

4.Escape o expulsión
El pistón vuelve a subir pero esta vez se abre la válvula de escape por completo, dejando salir los gases quemados.
Una vez ha subido el pistón se cierra la válvula de escape abriendo a la vez la de admisión reanudándose el ciclo.

Veamos en la siguiente figura la representación gráfica del ciclo Otto ideal.

Pero en el ciclo OTTO existen pequeñas pérdidas que hace que el ciclo teórico o ideal difiera del real. Estas pérdidas son pérdidas por calor, por tiempo, por escape, por rozamiento, etc… Se podría decir que en un motor de los aviones ultraligeros-ULM se producen pérdidas del orden del 10%.
Recordemos que el pistón mueve el cigüeñal y que todos los ciclos de un motor de cuatro tiempos se realizan en dos vueltas del cigüeñal.

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