* Cinco motores aeronáuticos famosos


EVOLUCIÓN DE LOS MOTORES A PISTÓN: CINCO MOTORES AERONÁUTICOS FAMOSOS.

 

Desde el primer avión hasta nuestros días diversas configuraciones de motores han llegado y se han ido, según las necesidades de las aeronaves de la época, la mayor o menor facilidad de construcción, de la instalación, y de los nuevos inventos en sí. Los motores a pistón se pueden clasificar de diferentes maneras. La principal suele ser por la cilindrada o volumen total de todos los cilindros sumados. Suele seguirle el número de esos cilindros. A continuación el interés se centra en la disposición de dichos cilindros: así es que hemos tenido a los motores en línea, rotativos, opuestos, en V, radiales, y numerosas e ingeniosas otras configuraciones y combinaciones, como en U, en W, en X, en H, con pistones opuestos, con uno o más cigüeñales, invertidos. Ha habido motores de alimentación por aspiración a presión atmosférica y motores sobrealimentados por compresores. La refrigeración se ha hecho por líquido o por aire. La inmensa mayoría han operado siguiendo el Ciclo Otto, aunque también han aparecido motores aeronáuticos de Dos Tiempos y motores del Ciclo Diesel.

Veamos algunos casos famosos:

ESTUDIO DE CASO: WRIGHT No. 1 AÑO 1903

Los hermanos Wilbur y Orville Wright habían calculado que para la primera máquina voladora más pesada que el aire que ellos estaban desarrollando necesitarían una planta de potencia muy liviana, de menos de 200 libras (91 kg), pero al mismo tiempo de una potencia mínima de 8 hp (6 kW).

Así es que con ayuda de Charles Taylor, el mecánico jefe de su fábrica de bicicletas, construyeron un motor de Ciclo Otto de 4 cilindros en línea de 3,3 L de cilindrada.

Con la especificación de la relación peso/potencia dada, el motor resultó ingenioso, pero paradójicamente, también bastante “crudo” aún para los estándares de su época.

El bloque y el cárter formaban una unidad, junto con la bancada del cigüeñal; estaba hecho de una aleación de 92 % de aluminio y 8% de cobre. Dentro fueron colocados cada uno de los cilindros hechos de hierro fundición, corto y de paredes finas para ahorrar peso y permitir una mejor refrigeración. El diámetro era de 100 mm y la carrera era corta, de 100 mm.

Los pistones eran también de hierro fundición, con ranuras para los aros, los tres sobre el eje de conexión a las bielas. No existía aro rascador de aceite, pues se buscaba una buena lubricación de las faldas del pistón.

El cigüeñal era maquinado de acero de alto carbono, sin contrapesos. Existía un volante de inercia de hierro fundición, en el extremo trasero, de 9 kg de masa. Las bielas eran de forma tubular, de acero de cinco piezas: una era el tubo, las otras dos para la cabeza y dos para los pies, con cojinetes de bronce. El cigüeñal, junto con las bielas, sus ejes, los pistones y aros eran introducidos por una abertura lateral al cárter. El cárter tenía cuatro compartimientos, y en cada divisoria había un cojinete. Era cerrado por medio de una fina chapa metálica.

La lubricación era por medio de simple salpicadura de aceite por medio de los muñones del cigüeñal, que quedaban inmersos dentro del aceite. Había pequeñas cucharitas en la cabeza de las bielas para lanzarlo hacia los pistones. En las carreras descendentes, los pistones sobresalían bastante de los cilindros, recibiendo así la lubricación. Como no había aros rascadores, las paredes de los cilindros se mantenían suficientemente lubricadas. No había bomba de aceite.  

No había culata. En el extremo de cada uno de los cilindros, fijado al bloque, había otro pequeño cilindro, transversal al eje del cilindro, formando una “T” con éste. Estas eran las cámaras de combustión. La relación de compresión era de 4,4 a 1.

Existían dos válvulas por cilindro, una de admisión y otra de escape, de tipo de asiento con retorno por resortes helicoidales. Estaban colocas en extremos opuestos de la cámara de combustión, así pues, a 90 grados del eje del cilindro. Eran de hierro fundición y de 50 mm de diámetro, con vástagos de acero de alto carbono. La válvula de escape era accionada mecánicamente mediante balancines, mientras que la de admisión tenía su resorte tarado de tal manera que con la simple aspiración durante la carrera de admisión del pistón se abría y dejaba pasar la mezcla. Durante los otros tres tiempos del Ciclo Otto del motor, la presión dentro del cilindro era superior a la atmosférica por lo que la válvula de admisión permanecía cerrada. Las válvulas tenían una liviana armadura que servía como guía al adentrarse de manera recta al cilindro que servía de cámara de combustión.

Existía un árbol de levas, hueco, de cuatro levas fabricadas separadamente, montado sobre tres cojinetes. Estaba posicionado justo al lado de las válvulas de escape, accionando directamente los balancines, por lo que se evitaba el uso de varillas. Era accionado mediante una cadena desde el cigüeñal, con dos piñones principales, uno exactamente del doble del tamaño que el otro, para sincronizar la apertura de las válvulas según manda el Ciclo Otto. No había múltiple de escape.

El sistema de combustible consistía en una lata con 1,5 litros de gasolina de 50 octanos colgada de la parte superior de uno de los soportes de las alas, desde donde por gravedad descendía hasta una pequeña lata circular por encima del bloque del motor. No existía carburador. La pequeña lata circular estaba abierta por abajo a un múltiple de admisión plano, de chapa, que a su vez se extendía hasta cada una de las válvulas de admisión. La succión de los cilindros era suficiente como para arrastrar el combustible y mezclarlo con el aire. El calor del motor también ayudaba a vaporizar la gasolina. Había dos válvulas de combustible: una cerca del reservorio y otra al lado del motor, para ajustar la mezcla. No había mariposa del acelerador.    

El sistema de encendido no tenía bujías. En vez de esto, se usaban dos contactos con puntas enchapadas con platino que penetraban dentro de las cámaras de combustión. Una de las puntas era fija mientras que la otra de móvil. Un pequeño árbol de levas auxiliar, accionado por el principal, hacía las veces de distribuidor al actuar sobre los brazos de los contactos móviles, mediante balancines planos. El retorno era mediante resortes. Los contactos estaban permanentemente energizados en paralelo por una cinta metálica. La electricidad provenía de un magneto accionado por fricción por el volante de inercia en la parte trasera del motor. El sistema era de bajo voltaje, de 10 voltios, pero era lo suficiente como para hacer saltar una pequeña chispa eléctrica justo cuando se abrían los contactos, suficiente como para lograr la explosión. El árbol de levas auxiliar era ajustable en su avance de encendido, por lo que servía para regular la velocidad de rotación del motor.

El sistema de refrigeración era por líquido con camisas húmedas. No había circulación hacia las cámaras de combustión, por lo que después de un tiempo de funcionamiento estas se ponían al rojo vivo. El radiador no tenía panales sino que consistía en larga caja plana formada por chapas, montadas en uno de los parantes de sujeción de las alas. El líquido salía por dos mangueras fijadas a un lado del motor y retornaba por otra, por convección/difusión. No había bomba de agua.

Con estos sistemas y dispositivos, el motor entregaba una potencia de 9 kW (12 hp) a 1000 rpm y completo pesaba 81 kg (180 libras), mejor que lo especificado. La autonomía estimada era de 18 minutos.

Fue diseñado para ser montado en el avión acostado, o sea, con los cilindros horizontales, y estaba ligeramente desplazado con respecto al eje longitudinal de la aeronave, con el piloto al otro lado haciendo de contrapeso. Las hélices, como el resto del avión, habían sido desarrolladas con ayuda del túnel de viento de los hermanos Wright. Las hélices eran accionadas por cadenas desde dos piñones más en la salida del cigüeñal, con reducción a 350 rpm. Eran contrarrotatorias, para cancelar el torque entre ellas. La cadena izquierda estaba torcida en forma de 8 para conseguir esto.

El arranque era manual, haciendo girar las hélices, ayudando al magneto con pilas secas y una bobina que después se retiraban.

Este es el motor con el que nació la Aviación.

ESTUDIO DE CASO: GNOME OMEGA 50 HP

Este es uno de los motores más raros que han existido, y sin embargo entró en producción en masa por millares, especialmente durante la primera mitad de la Primera Guerra Mundial. Es un motor rotatorio de 7 cilindros y 8 litros de cilindrada, construido en su mayor parte de acero inoxidable, y en menor cantidad, aluminio.

Para describirlo, empecemos diciendo que no hay que confundirlo con un motor Wankel, ni con un motor radial. En el motor rotatorio el cigüeñal permanece estático, mientras que todo el conjunto cárter-cilindros rota. La hélice se monta solidaria al conjunto rotatorio y obviamente no al estático cigüeñal.

Para entender esta solución, entendamos sus ventajas, que explicaremos a lo largo del texto: una es el equilibrio dinámico, otra es la refrigeración y otra es el bajo peso.

El cigüeñal consta de la parte que va concéntrica a su propio eje imaginario y de un muñón desplazado sobre otro eje imaginario. Todo está estático. Concéntrico con el cigüeñal se montan, sobre rulemanes, la carcasa del cárter y sus 7 cilindros, por lo tanto el cárter y los cilindros giran sobre el eje mismo del cigüeñal.

La biela maestra se monta, sobre rulemanes, al muñón desplazado, y sobre esta biela maestra se montan todas las otras bielas. Por último, en los pies de las bielas se montan los pistones, ya alejados del muñón.

Nótese que el conjunto cárter-cilindros gira alrededor de un eje en el espacio y el conjunto bielas-pistones sobre otro eje en el espacio. Enseguida veremos qué implica esto.

El cárter tiene forma de tambor, y en su periferia se fijan los 7 cilindros, que son desmontables. Los cilindros son de acero forjado y cuentan con aletas para refrigeración por aire. El diámetro interno es de 110 mm y la carrera es de 120 mm.

En la culata de cada cilindro hay una válvula de escape de tipo de asiento, paralela al eje del cilindro, abierta por un balancín y cerrada por un resorte, con contrapesos para su mejor funcionamiento al rotar el motor. El movimiento del balancín proviene de una varilla comandada por un disco de levas en el centro de la parte delantera del motor, que gira con una reducción, por medio de engranajes, de 2 a 1 con respecto al resto del motor, para cumplir con el Ciclo Otto. La válvula de admisión también es de tipo de asiento circular y va montada en el propio pistón: en la carrera descendente del tiempo de admisión, estando la válvula de escape cerrada, se produce una depresión suficientemente fuerte como para abrir la válvula, dejando entrar a la mezcla aire/combustible. La válvula de admisión tiene contrapesos para su mejor funcionamiento. En los otros tres tiempos la presión dentro del cilindro es positiva, por tanto la válvula de admisión permanece cerrada.

La mezcla aire/combustible entra desde el carburador, que está detrás del motor, a través del cigüeñal hueco, hasta el cárter. Desde ahí se distribuye a cada uno de los cilindros cuando sucede la apertura de sus respectivas válvulas de admisión. El consumo de combustible era de 0,36 kg por kW por hora, o 18 litros por hora a potencia máxima.

La chispa la provee un magneto movido por engranaje de relación 4 a 7, en la parte trasera del motor, que alimenta de corriente a un distribuidor de disco en ebonita del que parten 7 hilos desnudos, uno para cada bujía. La bujía (reiteramos, una por cilindro) va inclinada en la cámara de combustión, a un lado de la válvula de escape.

Había tres formas de controlar el motor: una era controlando el paso de combustible, otra era ajustando el paso de gas con una mariposa, y otra era conectar y desconectar el encendido del motor, o sea, apagándolo y encendiéndolo momentáneamente.

La lubricación era por medio de una bomba, pero como el efecto centrífugo era muy fuerte, el aceite se perdía rápidamente por los cilindros. Había que reponer constantemente este aceite desde un reservatorio, al ritmo de 3 litros por hora. Como invariablemente el aceite se mezclaba en el cárter con la mezcla aire/combustible, este sistema de lubricación tenía cierta semejanza al sistema de lubricación del Ciclo de Dos Tiempos. Es así que la autonomía de vuelo no estaba solamente dictada por la cantidad de combustible, sino que también por la cantidad de aceite que se llevaba abordo.

La refrigeración estaba asegurada tanto en vuelo como en tierra, debido a que los cilindros estaban en constante movimiento. Esa gran masa metálica giratoria, sin embargo, era importante, por lo que el efecto giroscópico podría complicar la maniobrabilidad del avión en vuelo.

Su peso, sin los fluidos, era de 76 kg y su potencia máxima de 37 kW (50 hp) a 1200 rpm.

Nótese que como el muñón del cigüeñal está fijo, los pistones alcanzan su punto muerto superior todos en el mismo lugar del espacio. En este lugar ocurre la explosión. Como el muñón no baja, el único lugar para donde puede ir la energía de la explosión es para el costado, es decir, tangencialmente generando un movimiento giratorio. Si despreciamos vibraciones parásitas, vemos que este motor es, por lo menos en teoría, notablemente equilibrado. De hecho, no existe un pesado volante de inercia como en otros motores de pistón. Por tanto, aunque el motor sigue estrictamente el Ciclo Otto, es difícil añadirle la palabra “alternativo” o “recíproco” en sentido lato.

Una versión de este motor es la que equipaba al Deperdussin del notable acróbata Silvio Pettirossi.

ESTUDIO DE CASO: CONTINENTAL IO-550

Continental ha sido la primera empresa en ofrecer al mercado masivo el motor de cilindros opuestos. Convengamos primero que un motor de cilindros opuestos no es un motor en H ni un motor de pistones opuestos, que tienen dos cigüeñales, ni un motor plano con un muñón por biela. Es un motor “bóxer” en que dos bielas comparten un mismo muñón del cigüeñal, es decir, cuando un pistón está en el punto muerto inferior su opuesto está en el punto muerto superior. De ahí la palabra “boxer”, pues recuerdan a los puños de dos boxeadores devolviéndose los golpes.

El Continental IO-550 es un motor actual de seis cilindros opuestos y 550 pulgadas cúbicas de cilindrada, ó 9 litros. Normalmente la primera letra de identificación de un motor de cilindros opuestos es la “O”, pero el IO-550 siempre se fabricó con inyección de combustible, de ahí la “I”. Se ofrece en diferentes versiones: alimentación por aspiración a presión atmosférica, sobrealimentación soplada por turbocompresores con intercambiadores de calor aire/aire (“turbo intercooler”), con potencias que van desde 209 kW a 261 kW (280 hp a 350 hp). A continuación estudiaremos el Continental IO-550-G.

El cárter (de modelo “Permold”) está dividido en dos por su línea media, con las bancadas del cigüeñal entre ambas partes. El cigüeñal es hueco, tiene un tratamiento superficial al nitrógeno, y cuenta con contrapesos de equilibrado. Las bielas son forjadas. Los cilindros son montados separadamente, cada uno ligeramente desfasado de su opuesto debido al ancho de la biela. El diámetro de cada cilindro es de 133 mm y la carrera de 108 mm.

Las válvulas están en la culata, una de admisión y una de escape por cilindro, y la alimentación es por aspiración a presión atmosférica. Están ligeramente inclinadas con respecto al eje del cilindro, lo que crea una cámara de combustión semihemisférica. La relación de compresión es de 9 a 1. El flujo de gases es cruzado, lo que significa que entran por un lado de la cámara de combustión y salen por el lado opuesto. Las  válvulas son abiertas por balancines y cerradas por resortes. Los balancines, aislados del exterior por una tapa, son accionados por varillas externas al motor, que se mueven dentro de tubos, las cuales reciben el empuje desde un árbol de levas en el bloque/cárter, con la holgura regulada automáticamente por tuchos hidráulicos.

La alimentación de combustible es por inyección directa a la cámara de combustión. La bomba está montada en la parte trasera. Continental ofrece la opción de un sistema FADEC (“Full-Authority Digital Engine Control”) para la serie IO-550, eliminando la necesidad de regular la mezcla a mano, entre otras ventajas. El combustible es de 100 octanos LL (“Low Lead”, bajo plomo).

El encendido es por bujías dobles, recibiendo la corriente por dos magnetos independientes. Existe un alternador, montado en la parte delantera, accionado por engranajes. El avance del encendido es de 22 grados antes del punto muerto superior. El orden de encendido es 1-6-3-2-5-4. Continental fabrica sus propias bujías.

La lubricación es por cárter húmedo, con ocho litros de capacidad. La bomba lo hace circular a 300 kPa. La galería principal de lubricación es el árbol de levas, hueco. El lubricante recomendado para climas cálidos es el 20W-50 de aviación y el consumo máximo aceptable de aceite es de 800 gramos por hora a potencia máxima. 

La refrigeración es por aire, con aletas de refrigeración en los cilindros y culatas. No necesita ventilador. La temperatura de la cabeza de cilindros recomendada es de 215 grados C en vuelo de crucero. El sistema de lubricación posee un radiador montado en la parte trasera; la temperatura máxima permisible del aceite es de 115 grados C.

La potencia desarrollada es de 231 kW (310 hp) a 2700 rpm. Su peso total es de 212 kg. El TBO es de 2200 horas.

Este motor propulsa al Mooney M20U Ovation Ultra. Esta pequeña aeronave (MTOW 3368 libras, 1528 kg) tiene una autonomía sorprendente: con tanques auxiliares permanentes en las alas (totalizando 130 galones americanos, 490 litros), es capaz de volar desde el Aeropuerto Internacional de Gander (YQX), en Canadá, hasta el Aeropuerto Internacional de Shannon (SNN), en Irlanda, efectivamente cruzando el Océano Atlántico. Sólo se necesitan una radio HF y una balsa salvavidas en el asiento del copiloto.

ESTUDIO DE CASO: ROLLS-ROYCE MERLIN

La Rolls-Royce comenzó el desarrollo de este motor a mediados de la década de 1930 pero su evolución técnica recibió una prioridad extraordinaria durante la Segunda Guerra Mundial, a tal punto que terminó con el doble de su potencia inicial. Es un motor de 12 cilindros en V, de 27 litros de cilindrada. El nombre “Merlin” no se refiere a Merlín el mago de la leyenda del Rey Arturo, sino que al ave halcón esmerejón (“Falco columbarius”). La siguiente descripción corresponde a las últimas versiones:

El cárter era de dos piezas de aleación de aluminio, unidos en la línea central horizontal. La porción superior alojaba a la caja de engranajes para los accesorios, parte de la carcasa del reductor de la hélice y otros. Sobre ella se apoyaban los bloques de cilindros, a 60 grados de inclinación uno con respecto al otro, de aleación de aluminio al níquel. La parte inferior alojaba al colector de aceite. Las bancadas del cigüeñal eran de acero suave forrados con aleación de bronce-plomo.

Los 12 cilindros consistían en camisas de acero de alto carbono. El diámetro era de 137 mm y la carrera de 152 mm.

El cigüeñal era de una pieza, maquinado de acero forjado de aleación con níquel-cromo-molibdeno y endurecido con tratamiento por nitrógeno. Era balanceado estática y dinámicamente. Tenía siete bancadas y seis muñones.

Las bielas eran de sección en "H" maquinadas a partir de acero inoxidable forjado. Las cabezas de biela llevaban cojinetes de acero con casquillos de aleación de bronce-plomo. Los pies de biela llevaban cojinetes de bronce al fósforo.

Los pistones eran maquinados a partir de aleación forjada de aluminio al níquel. Los ejes, huecos, eran de acero al níquel-cromo endurecido. Llevaban tres anillos de compresión y dos anillos rascadores de aceite, uno por encima del eje y otro por debajo.

Las culatas tenían las guías de las válvulas de admisión de hierro fundición, en cuanto que las guías de las válvulas de escape eran de aleación de bronce-fósforo. Los asientos de válvulas, intercambiables, eran de aleación de acero al cromo-silicio. El flujo de gases era cruzado. Las cámaras de combustión tenían el techo plano. La relación de compresión era de 6 a 1.

Las válvulas, paralelas a los cilindros, eran de tipo de asiento, dos de admisión y dos de escape por cilindro, dando un total de 48 válvulas. Eran de acero al cromo-cobalto endurecido, con las cabezas recubiertas con níquel-cromo. Los vástagos de las válvulas de escape eran huecas y estaban rellenas hasta la mitad con sodio. Como el sodio tiene bajo punto de fusión (menos de 100 grados C), con el motor caliente se liquidificaba y debido el movimiento alternativo de la válvula bajaba y subía dentro de ella, tomando el calor de la cabeza de la válvula y sacándolo de la culata. Cada válvula se cerraba por la compresión de dos resortes helicoidales concéntricos, de diferente tarado para evitar resonancias. Existía un árbol de levas en la parte superior de cada culata, que accionaba sus respectivas 24 válvulas por medio de balancines de acero. Los ejes de los balancines estaban en los lados opuestos de sus válvulas, por lo que el movimiento de las levas para la apertura era el descendente. El giro de los árboles de leva llegada de la caja de engranajes en la parte trasera del motor.

Para la alimentación se decidió usar un carburador en vez de un sistema de inyección directa debido a que el carburador refrigera la mezcla aire/combustible antes de llegar al motor. El carburador era un Skinner-Union (SU) de tipo de inyección. El control de la mezcla era automático. El combustible llegaba impulsado por un dos bombas independientes que operaba en función de las presiones del motor y la velocidad del cigüeñal. El motor era sobrealimentado, con dos compresores centrífugos en tándem, del tipo rotores y estatores, alojados en la parte trasera del motor, succionando el gas desde el carburador. Había un intercambiador de calor (“intercooler”) aire/líquido para mantener la mezcla en un rango aceptable de temperatura. Este sobrealimentador tenía un sistema de engranajes que le permitía trabajar a dos velocidades, una para baja altitud y otra para gran altitud. En esta última condición giraba a una velocidad de 25 000 rpm, de hecho con las puntas de los álabes a velocidad supersónica. La presión de sobrealimentación era regulada automáticamente por la manete de potencia. La presión de sobrealimentación máxima era de 170 kPa manométricos (25 psi). El Rolls-Royce Merlin consumía una inmensa cantidad de aire, el volumen de un ómnibus por minuto. De hecho, los múltiples de escape, virados hacia atrás, estaban diseñados para proveer un empuje extra equivalente a 52 kW (70 hp) adicionales. 

El encendido era de doble bujía por cilindro, por magnetos alojados en la parte trasera del motor en la caja de engranajes. En esa zona también había un generador eléctrico, un motor de arranque eléctrico y un sistema para arranque manual.

La lubricación era por cárter seco, con dos bombas succionadoras y una bomba de presión. El giro llegaba desde la caja de engranajes trasera.

La refrigeración era por líquido, 70 % agua y 30 % glicol, con camisas de cilindros húmedas y radiadores de panales. El líquido del intercooler tenía su circuito independiente.

La potencia máxima era de 1480 kW  (2000 hp) a 3000 rpm, con combustible de 150 octanos. En estas condiciones, el consumo era de 390 litros por hora (130 galones Imperiales por hora). La caja reductora de la hélice tenía una relación de 0,42 a 1. El peso total, sin los fluidos, era de 746 kg (1645 lb).

Este motor propulsaba a dos de los aviones a pistón más famosos de la Historia: el North American P-51 Mustang y el Supermarine Spitfire. El primero tenía una impresionante velocidad superior a los 700 km/h. Del segundo, luego de ganar la Batalla de Inglaterra, decidida en el aire, Winston Churchill dijo: “Nunca tantos han debido tanto a tan pocos.”

CASO DE ESTUDIO: WRIGHT R-3350 DUPLEX-CYCLONE TURBO-COMPOUND

El tamaño de los cilindros tiene un cierto límite, debido a las fuerzas inerciales de los pistones y bielas sometidas a un movimiento alternativo, de vaivén, miles de veces por minuto. Si se quiere obtener más potencia, una solución es entonces colocar más cilindros. Los motores radiales son más aptos para esto que los motores en línea o aún en V, puesto que estos podrían hacerse indeseablemente largos. Como contra, en un motor radial el área frontal aumenta.

En los años 1930, la compañía Wright era la sucesora, después de varias fusiones y adquisiciones, de la compañía fundada originalmente por los hermanos Wright. La enorme planta de poder Wright R-3350 Duplex-Cyclone Turbo-Compound es un motor derivado del Wright R-1820 Cyclone de 9 cilindros, al añadírsele otra estrella y formar un motor de dos estrellas y 18 cilindros. La “R” es de radial y “3350” es la cilindrada en pulgadas cúbicas, equivalente a 55 litros. Su desarrollo continuó aún después de la Segunda Guerra Mundial.

Tiene dos cárteres en tándem, de acero forjado y maquinado. Aparte de ellos, existen una pieza delantera y varias piezas traseras de aleación de magnesio. En la pieza delantera hay un eje para la hélice que va montado sobre un rulemán de bolas y otro de rodillos. Uno absorbe las fuerzas radiales y otro las longitudinales. La desmultiplicación con respecto al cigüeñal se da con un engranaje planetario de relación  7 a 16. El cárter principal de cada estrella está a su vez dividido en cuatro piezas maquinadas atornilladas entre sí. Los cilindros salen de ambos lados de las líneas de unión entre estas piezas.

El cigüeñal está construido en tres piezas, y va montado sobre tres rulemanes de rodillos. En la parte frontal están las ranuras para conectarlo a la caja reductora de hélice. En la parte trasera tiene ranuras internas para insertarlo al sistema Turbo-Compound. Tiene dos muñones a 180 grados uno del otro, a los cuales están unidas las bielas maestras delantera y trasera. Las bielas maestras y las otras bielas tienen una construcción en perfil de “I”. Cada conjunto de bielas tiene un contrapeso dinámico de bronce de dos piezas flotantes en sus ejes de sujeción. El propósito de estos contrapesos es contrarrestar la masa reciprocante y giratoria de los conjuntos bielas-pistones. Montándolos sobre ejes flotantes se consigue una mejor absorción de los efectos de la vibración torsional del cigüeñal. Los pistones son de aluminio forjado y tienen cuatro aros sobre el eje y uno debajo del eje.

Los cilindros son de construcción aeronáutica tradicional de aluminio, con camisas de acero, y van atornilladas al cárter. Cada cilindro pesa 25 kg. El diámetro es de 156 mm y la carrera es de 160 mm.

Las culatas son de aluminio forjado. Hay dos orificios de acero inoxidable para las bujías, uno en la parte delantera y otro en la parte trasera. Un inserto de bronce está colocado en la parte delantera para instalar el inyector. Hay dos válvulas por cilindro, de admisión y escape. Son accionadas por balancines, que reciben su impulso por varillas desde el cárter. Las varillas van en la parte delantera, para la estrella delantera, y en la trasera, para la estrella trasera. En la parte delantera del motor está un anillo que contiene dos pistas, una para las válvulas de admisión y otra para las válvulas de escape. Cada pista tiene cuatro levas y giran con una reducción 1 a 8 en relación al cigüeñal. El anillo de levas para los cilindros traseros está al final del motor, junto con contrapesos de balanceo.

La alimentación de combustible era por inyección directa a las cámaras de combustión. Había dos bombas de inyección, 18 líneas de combustible y 18 inyectores individuales. El control maestro Bendix enviaba combustible cuantificado a las dos bombas de inyección. Las bombas estaban en la parte trasera del motor. La bomba derecha suministraba combustible a la estrella de cilindros delantera, y la bomba izquierda a la estrella de cilindros trasera. La inyección se daba en la carrera de admisión del pistón, a una altísima presión de 3500 kPa (500 psi). El motor era sobrealimentado: en la parte trasera había un compresor centrífugo de 343 mm de diámetro, accionado por engranajes que le permitían trabajar en dos velocidades, una a 6,45 veces la velocidad del cigüeñal y otra a 8,67 veces, para condiciones de vuelo a baja altitud y a alta altitud, respectivamente. Nueve tubulaciones salían del compresor, que luego se dividían cada una en dos brazos: un brazo para un cilindro delantero y otro para un cilindro trasero. Trabajaba a 410 kPa de sobrepresión manométrica con gasolina de 144 octanos. Y por si los 144 octanos no fueran suficientes, para reducir aún más la probabilidad de detonación era posible inyectar una mezcla de agua y alcohol en el sistema, a partir de una bomba montada en el área del control maestro de combustible.

El magneto Bendix Scintilla está montado en la parte central superior del compresor. Este magneto se movía en una relación de 9 a 8 con respecto al cigüeñal, y era del tipo de baja tensión para gran altitud. Conductores eléctricos iban hasta dos distribuidores en la parte delantera del motor. En las culatas estaban montados transformadores de alto voltaje para generar la chispa. El distribuidor izquierdo disparaba las bujías traseras de cada cilindro, mientras que el distribuidor derecho disparaba las bujías delanteras de cada cilindro, 36 bujías en total. El orden de encendido de los cilindros es 1 - 12 - 5 - 16 - 9 - 2 - 13 - 6 - 17 - 10 - 3 - 14 - 7 - 18 - 11 - 4 - 15 - 8.

La lubricación era por cárter seco. El colector delantero estaba en la parte baja del frente del motor. Había dos bombas ahí: la más pequeña succionaba aceite de los cilindros 8 al 12 vía un múltiple de drenado de caja de balancines y un tubo de drenado de caja de balancines. La bomba más grande succionaba aceite de las secciones principales delanteras y traseras del cárter, y junto con el aceite colectado por la bomba pequeña lo enviaba por una línea externa al colector trasero. Una tercera bomba colocada ahí mandaba el lubricante al tanque de aceite, donde por su volumen tenía tiempo para refrigerarse. Una cuarta bomba, colocada también en la parte trasera tomaba el aceite del tanque y lo mandaba através del sistema de canalizaciones para lubricar y enfriar todo el motor. La presión era de 480 kPa (70 psi). El aceite se drenaba por medio de tapones magnetizados, para recoger partículas metálicas que pudieran desprenderse de dentro del motor con las horas de funcionamiento.

La refrigeración era por aire, con aletas fijas en los cilindros, y desmontables en las culatas. Los cilindros traseros estaban desalineados con respecto a los delanteros para recibir mejor el flujo de aire.

El sistema más notable de este motor era el Turbo-Compound. Montadas en la parte trasera, había tres turbinas de descarga que sobresalían cada una a 120 grados de la otra. Estaban montadas sobre ejes perpendiculares al cigüeñal, y mediante engranajes y acoplamientos viscosos, retornaban parte de la energía del calor del escape que sería perdida en la atmósfera. Las turbinas recibían los gases de escape, a alta velocidad, de seis cilindros cada una, por medio de las debidas tubulaciones. Devolvían 410 kW (550 hp) al motor, que hubieran sido desperdiciados. Si bien varios fabricantes experimentaron con el sistema Turbo-Compound, sólo Wright lo puso en venta comercial.

Pesando 1712 kg sin los fluidos, el Wright R-3350 Duplex-Cyclone Turbo-Compound generaba 2760 kW (3700 hp) a 2800 rpm, habiendo sido así el motor a pistones de producción en masa más potente de la Aviación Civil. El rendimiento de combustible era notable: 0,23 kg por kW por hora, para una eficiencia termodinámica cercana a 34%.

Este motor equipó al recordado Lockheed L-1049 G “Super Constellation”, serie de aviones que abrió las primeras rutas transatlánticas de Norteamérica a Europa.

El vuelo comercial de mayor duración pertenece a esta era: en 1957, la TWA cubría la ruta Heathrow (LHR)-San Francisco (SFO) con los cuatrimotores a pistón Lockheed L-1649A Starliner (un derivado del Constellation, pero con alas mucho más grandes). Con un fuerte viento contrario, un vuelo llegó a durar 23 h 19 min sin escalas, un record que aún persiste.

A. L.


FUENTES RECOMENDADAS

Scott M. Fisher, "Powered Flight's First Recip”, Aviation Pros, 2008. Disponible en: www.aviationpros.com/article/10377997/powered-flights-first-recip. Fecha de acceso: 25 mayo 2018.

Tom Benson, editor, “Wright 1903 Aircraft Engine”, National Aeronautics and Space Administration – NASA, 2018. Disponible en: https://wright.nasa.gov/airplane/eng03.html. Fecha de acceso: 25 mayo 2018.

Philip Jarret, “Wright power”, Flight International, 7 enero 2003.

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Fotografía: el recordado Lockheed L-1049 G "Super Constellation" volando sobre Nueva York. Crédito: Lockheed Martin, vía HistoryNet.com, World History Group.

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