MOTORES A PISTON

MOTORES A PISTON.

Teoría y clasificación.

A-Transformación básica de energía

1-Conversión de energía en motores calientes:

Los motores de combustión interna utilizados en nuestros aviones modernos son del tipo de motores calientes: es un dispositivo el cual convierte la energía calorífica en energía mecánica. La energía utilizada en los motores viene desde tiempos atrás, desde nuestra fuente principal el sol y fue convertida a energía química por la fotosíntesis de las plantas vivas, entonces durante algunos grandes trastornos en el pasado, las plantas y animales que habían consumido energía fueron enterrados bajo miles de toneladas de tierra. Atreves del calor y la presión llegó a convertirse en productos de petróleo como lo conocemos hoy en día combustible para nuestros motores calientes.

El petróleo es un químico orgánico, un compuesto de hidrogeno y carburo, y es de la familia de los hidrocarburos. La gasolina es refinada desde el petróleo crudo para darnos una forma utilizable de energía química. Entonces cuando es necesario un dispositivo que transforme esto en energía mecánica es donde nuestro motor caliente empieza a funcionar.

Cada libra de gasolina de avión tiene un contenido de energía térmica de aproximadamente 20000 BTU (unidad térmica británica). Con cada BTU tiene suficiente energía térmica para aumentar la temperatura de un litro de agua 1º Fahrenheit (59ºC a 60º C).

La ley de conservación de la energía afirma que la energía no puede ser creada ni destruida, pero puede ser transformada a esta forma; y que es lo que se hace cuando la gasolina se introduce en un cilindro del motor, al ser prendida, la gasolina cambia de energía química a energía térmica, hay una abundancia de energía en el combustible; el problema esta en el aprovechamiento de esta.

La energía.

La energía es el índice de hacer el trabajo, y la energía toma tiempo en consideraciones, en los Estados Unidos, el trabajo se mide normalmente en pies-libras, y la energía se mide en pies-libras por minuto o en caballos de fuerza, un caballo de fuerza es igual a 33000 pies-libras de trabajo hechos en un minuto, o a 550 pies-libras de trabajo hechos en un segundo, el sistema métrico, la energía se expresa en vatios, con un vatio que es igual a 0.001341 caballo de fuerza (1.341. 10 alas menos 3 caballos de fuerza). Una unidad más útil es el kilovatio (1000 vatios), que es igual a 1.341 caballos de fuerza

2- tipos de motores calientes:

a- Motores de combustión externa

Los motores calientes se dividen en tres grupos, el primero es el motor de combustión externa, que fue utilizado por años en las locomotoras de vapor recíprocos. Madera, carbón, aceite caliente fueron utilizados para calentar el agua hasta evaporarla y dilatarla. La presión desde esta expansión de gas mueve los pistones en el motor. Motores de combustión externa más modernos usan el vapor para girar las ruedas de turbinas y estas para evitar la perdida de eficiencia de los pistones

b- motores rocket

Un segundo tipo de motores es el de tipo rocket o cohete. Cuyo combustible, en cualquier forma liquida o sólida contiene su propio oxigeno, una vez la reacción química dentro del combustible es empezada, el calor internamente generado expande y acelera los gases cuando ellos dejan el motor, produciendo empuje independiente de la atmósfera, este principio hace que los cohetes se utilicen en el arte espacial. RATO (dispositivo de despegue asistido por cohetes) son usados para asistir aviones altamente cargados en sus despegues.

c- motores de combustión interna:

(1) Turbinas a gas

Los motores de turbinas a gas son ideales para el vuelo por su excelente relación de potencia / peso el cual es mayor a cuatro veces un motor reciproco. El aire es tomado al motor Atreves de un ducto de entrada cuidadosamente diseñado y entonces se comprime por un gran compresor, cuando este deja el compresor entra a las cámaras de combustión donde el combustible es rociado a este y encendido. La energía térmica se libera cuando el combustible quemado expande el aire acelerándolo hasta que este deja el motor produciendo empuje. Cuando estos gases calentados dejan la cámara de combustión parte de su energía es utilizada para girar la turbina la cual dirige el compresor.

Los aviones jet son impulsados por el empuje producido cuando los gases pasan a través del motor. Son acelerados por la adición de la energía desde el combustible quemado. Los motores turboprop y turboshaft extraen una gran parte de la energía desde los gases expandidos cuando ellos giran varias etapas de turbina la cual maneja la Hélice o rotores a través de la caja reductora.

(2) motores recíprocos

Hay dos formas de motores recíprocos: el de dos tiempos el cual se dificulta para enfriar y es ineficiente y no es utilizado en aviones producidos recientemente; y el motor cuatro tiempos el cual es usado en todos los automóviles y aviones modernos.

(a) motor de dos tiempos

Cuando el pistón se mueve hacia abajo en el ciclo de explosión solo antes de que este alcance la parte baja de la posición central este pasa una serie de orificios de escape y la presión dentro del cilindro forza los gases de escape a salir. Cuando estos gases dejan el cilindro, la válvula de entrada sencilla se abre, y una nueva carga de combustible-aire es conducida desde el carburador, la carga que entra ayuda en la expulsión de los gases escape, y durante el tiempo en el que el pistón ha alcanzado la parte baja y se esta moviendo de regreso hacia arriba para cubrir los puertos de escape la válvula de entrada se a cerrado.

El nuevo movimiento del pistón comprime la mezcla de aire-combustible y se acerca al punto muerto superior del ciclo, la bujía enciende la mezcla hasta que la presión dentro del cilindro pueda hacer y forzar el pistón hacia abajo para el próximo ciclo.

(b) motor de cuatro tiempos

Todos los motores de aviación son diseñados para operar de acuerdo al principio del ciclo cuatro tiempos. Que es. Ellos producen un ciclo de explosión para cada dos revoluciones completas del cigüeñal, o cuatro tiempos del pistón .un ciclo esta representado por el movimiento total del pistón desde el PMI (punto muerto inferior) hacia el PMS (punto muerto superior) del cilindro o viceversa, este movimiento es igual a 180º de rotación del cigüeñal.

El cuatro tiempos, un ciclo de cinco eventos fue desarrollado por Augusto Otto en Alemania alrededor de hace 100 años.

- Admisión

El ciclo de admisión actualmente comienza cuando el pistón deja el punto muerto superior y empieza a bajar, pero la válvula de entrada se abrió

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