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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA U.P TICOMAN “ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO” Trabajo realizado por los alumnos: Anaya Delgado Gabriel Bonilla Navarro Alejandro Téllez Santiago Héctor Daniel Sánchez Pérez Manuel Del grupo: 4AM2 Profesor: Cruz Osorio Adolfo Fecha de entrega: 28/Abril/2015 Introducción

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Page 1: Trabajo OH4

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA

Y ELECTRICA

U.P TICOMAN

“ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4

CILINDROS DE USO AERONAUTICO”

Trabajo realizado por los alumnos:

Anaya Delgado Gabriel Bonilla Navarro Alejandro

Téllez Santiago Héctor Daniel Sánchez Pérez Manuel

Del grupo: 4AM2

Profesor: Cruz Osorio Adolfo

Fecha de entrega: 28/Abril/2015

Introducción

Page 2: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Karl Benz lo patento en 1896, en los inicios del automóvil. Benz lo llamo contra-motor por su peculiar movimiento.

Los motores horizontalmente opuestos de cuatro cilindros se han usado desde finales de los

años treinta en miles de aeronaves pequeñas y han sufrido ligeras mejoras al igual que todos

los motores a pistón, tales como el sistema de inyección o los cada vez más eficientes sistemas

de sobrealimentación, sin embargo son motores que presentan una configuración de válvulas

de culata y una relativa baja compresión en comparación con motores de automoción

modernos, ya que son usados bajo otro tipo de condiciones; así mismo, no se han producido

motores de aviación que tengan turbo-cargador de geometría variable como se viene

desarrollando desde mediados de la década de los ochenta para automóviles.

Motor horizontal opuesto de cuatro cilindros:

Un motor en oposición de cuatro cilindros 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 los refrigerados por aire son los 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.

El motor de cuatro cilindros horizontalmente opuesto es, usado normalmente en aviación, en

el que los cilindros se oponen, pero los pistones que se oponen entre sí se acercan y se alejan a

destiempo ya que el orden de encendido se ha distribuido de forma alternada como si se tratara

de un motor en línea, dando prioridad a la continuidad de movimiento a través de todas las

bancadas en caso de que un cilindro falle, para que afecto al movimiento completo del motor

pero no específicamente a su cilindro o pistón contrapuesto.

Son relativamente pequeños, livianos y económicos, los motores de cuatro cilindros

horizontalmente opuestos refrigerados por aire son lejos los motores más comúnmente usados

en pequeñas aeronaves de aviación general que requieren una potencia no superior a 400 HP

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Page 3: Trabajo OH4

HOJA DE CONTENIDO

Portada Introducción ……………………………………………………… 2 Desarrollo Origen de los MCIA de uso aeronáutico………………………….. 4 Descripción del motor Horizontal Opuesto de 4 cilindros…………. 11 Comparativo de los MCIA………………………………………… 27 Conclusiones………………………………………………………... 30 Bibliografía …………………………………………………………. 32 Anexos………………………………………………………………..32

Origen de los motores de combustión interna alternativos de uso aeronáutico

Page 4: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

El famoso Wright Flyer I, es considerada la primer maquina voladora que ayudó a los

hermanos Wright a hacer historia con el primer vuelo tripulado y propulsado con ayuda de un

motor de combustión interna alternativo, con lo cual logro volar 37 metros durante 12

segundos.

Imagen 1|, replica del motor utilizado por los hermanos Wright, fuente:

http://wright.nasa.gov/airplane/eng03.html

El motor funcionaba con gasolina y con un ciclo de cuatro tiempos, contaba con cuatro

cilindros dispuestos en línea y era enfriado con un sistema cuyo refrigerante era agua; éste

motor era capaz de producir 12HP y fue creado por los hermanos Wright con ayuda de su

mecánico Charlie Taylor, con lo cual se crearon los fundamentos de los motores de

combustión interna alternativos gracias a la simpleza de éste.

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Page 5: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Durante la Primera Guerra Mundial se dio un paso significativo en el desarrollo de los motores

de combustión interna, creando con ello un nuevo campo de batalla en el cielo con la

movilización de la entonces nacida fuerza aérea siendo de una gran importancia; entre los

motores creados en este periodo están los que equiparon a los aviones Nieuport 17, el motor

Le Rhône 9J que era capaz de entregar una potencia de 110CV, contaba con nueve cilindros

los cuales se encontraban dispuestos en estrella, el método de enfriamiento era a través de aire,

el cigüeñal se sujetaba a la estructura del avión y las hélices a la carcasa del motor, girando el

motor junto con las hélices. Este motor tenía la particularidad de cubrir las necesidades de

potencia, producción barata y en masa además de ligereza, aunque la evidente desventaja era

la enorme vibración que se producía y con ello la dificultad para maniobrar el avión.

Imagen 2, Un Nieuport 17 del año 1916, fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Nieuport_17

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 3, Le Rhône 9J, fuente:

http://en.wikipedia.org/wiki/Le_Rh%C3%B4ne_9J

Para la Segunda Guerra Mundial la fuerza aérea desempeñó un papel de crucial importancia,

tanto como las fuerzas marítimas y terrestres; un ejemplo de ello es la Luftwaffe en sus inicios,

conformada por los Junkers G 24 los cuales utilizaban los motores Junkers Jumo 204, el cual

era un motor diésel de dos tiempos con seis cilindros y doce pistones con una configuración

opuesta en I, capaz de entregar 740 HP a unas 1800 rpm.

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Page 7: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 4, aeronave

Junkers G 24, fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Junkers_G_24

Imagen 5, motor Junkers Jumo 204, fuente: http://en.wikipedia.org/wiki/Junkers_Jumo_204

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Page 8: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Sin embargo, paralelamente se desarrollaron en otros países motores para mejorar la

movilización aérea, dándoles más velocidad, eficiencia y autonomía a los cazas. La Royal Air

Force implemento para sus Hawker Tempest (los cazas más poderosos de ese entonces y que

decidieron en parte el rumbo de la guerra), un motor de última generación llamado Napier

Sabre IV, el cual estaba en arreglo H, contaba con 24 cilindros y era capaz de entregar 2240

HP a 4000 rpm, el sistema era enfriado por agua.

Imagen 7 , Aeronave Hawker Tempest, fuente:

http://www.hawkertempest.se/index.php/action/worldwar2

Imagen 8, motor Napier Sabre IV,

fuente:http://www.hawkertempest.se/index.php/thetempest/2014-05-13-09-30-04/napier-sabre

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Page 9: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Durante el transcurso de la Guerra comenzaban los desarrollos teóricos de los motores de

reacción por parte del Ingles Frank Whittle y la aplicación práctica a un avión por parte del

Alemán Hans Von Ohain.

Hacia la entrada del nuevo milenio se han desarrollado de manera exponencial los motores

turborreactores y de combustión interna alternativa, siendo los últimos para aplicación

automotriz mayoritariamente además de algunas herramientas; en un caso tenemos que se ha

retomado el motor de tipo axial concebido a principio del siglo XX y se encuentra en proceso

de desarrollo.

Imagen 9, motor axial,

Fuente: http://noticias.autocosmos.com.mx/2014/07/21/este-motor-axial-podria-cambiar-los-

motores-de-combustion-interna

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Page 10: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

En este motor los pistones giran en torno del eje y pasan por diferentes cámaras, las cuales

están hechas para su operación específica, en una primer cámara se inyecta la mezcla de

combustible y aire y pasa a la siguiente en la cual se comprime y quema la mezcla, al pasar a

la tercer cámara los desechos de la combustión son expulsados. En total hay nueve cámaras y

cinco pistones, los cuales pueden entregar tanta potencia como uno de seis, reduciendo así el

peso en un 30% y junto con el sistema en donde no existen válvulas en la cámara de

combustión se logran mayores presiones al evitarse la pre-ignición. Otras ventajas son la

reducción de vibraciones y ruido.

Llevados a una gran escala, se tiene el motor que equipa a los barcos portacontenedores más

grandes del mundo: el motor Wärtsilä-Sultzer RTA96-C, el cual tiene una altura de 13.5m, el

equivalente a un edificio de cinco pisos y 27.3m de longitud, un peso de 2,300 toneladas y

cuenta con 14 pistones que funcionan con un ciclo Diésel de dos tiempos, además tiene la

capacidad de entregar 114,800 HP con una cilindrada individual de 1,820 litros y consume 3.8

litros por segundo. Llega a tener una eficiencia térmica de poco más del 50%.

Imagen 10, el motor más grande del mundo (actualmente), fuente:

http://www.diariomotor.com/2009/12/07/wartsila-sultzer-rta96c-el-motor-mas-grande-y-

eficiente-del-mundo/

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Descripción de motor horizontal opuesto de 4 cilindros o “bóxer”

En 1896, se inventó el primer motor de combustión interna con pistones horizontalmente

opuestos. Lo llamaron el contra motor, ya que la acción de cada lado se opuso a la acción del

otro. Este diseño posteriormente fue llamado el motor "bóxer", ya que cada par de pistones se

mueve dentro y fuera juntos, algo así como los guantes de boxeador. El motor bóxer tiene

pares de pistones que alcanzan el punto muerto superior simultáneamente.

A través del proceso de evolución, la disposición de cilindros horizontalmente opuestos ha

salido como la configuración más popular para el motor de émbolo.

Los resultados de la configuración es un buen equilibrio de las partes de movimiento

alternativo, un bajo centro de gravedad, y una longitud del motor muy corto. La disposición

también se presta a la eficiente refrigeración por aire con excelente equilibrio térmico. Sin

embargo, es un diseño costoso de fabricar.

Tiene la ventaja de tener un área mucho más pequeña en la parte delantera que un motor radial

de potencia equivalente, y por el escalonamiento de cilindros en las dos filas, cada una de las

bielas del cigüeñal tiene su propio lanzamiento, sin embargo el cigüeñal puede ser mucho más

corto que el de un motor en línea con el mismo número de cilindros.

Motores horizontalmente opuestos han sido construidos con dos, cuatro, seis y ocho cilindros,

con potencias que van de 37 caballos de fuerza a más de 400.

La suavidad de

funcionamiento, el área

frontal pequeña, y la alta

potencia para su peso han

hecho los cuatro y los seis

modelos del cilindro del

motor más populares de los

aviones modernos, tanto de

ala fija y de rotor. Imagen 11, Partes de un motor “bóxer” Fuente: Tesis

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Page 13: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Motores de cuatro cilindros horizontalmente opuestos:

Hay dos principales fabricantes de motores opuestos en los Estados Unidos, Avco Lycoming, y

Teledyne Continental. Los motores de estos fabricantes funcionan de la misma manera, pero

sus cilindros se numeran de forma diferente.

En los motores Lycoming, el número uno es el cilindro delantero el del lado derecho, y el

número de cuatro es el cilindro trasero en el lado izquierdo. En Continental su número de

cilindros es todo lo contrario.

El número uno es el cilindro trasero en el lado derecho, y cuatro cilindros es el frente en el

lado izquierdo. Ambos motores tienen todos los cilindros pares en el lado izquierdo y todos los

números impares a la derecha.

Imagen 12 Orden de los cilindros en un motor horizontal opuesto, fuente:

http://www.aficionadosalamecanica.net/cursos-de-mecanica-2/

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Page 14: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Orden de encendido de los motores de 4 cilindros:

Motores de cuatro cilindros horizontalmente opuestos, ya sea con el Lycoming o el sistema de

numeración continental, el fuego sigue el mismo patrón, aunque sus números son diferentes.

Estos motores utilizan un cigüeñal de 180 grados, es decir los tiros son de 180 grados de

separación, con dos tiros libres entre cada cojinete principal.

Los émbolos en los cilindros de uno y dos están en la parte superior central, al mismo tiempo,

y tres y cuatro trabajar juntos.

Imagen 13, 14 orden de encendido del motor y cigüeñal fuente: Tesis Motores de combustión

interna alternativos de uso aeronáutico

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Page 15: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

CILINDROS

El cilindro básicamente está formado por el cuerpo y la culata. El cuerpo, de forma cilíndrica,

es determinado directamente por el tipo de motor y sus características como la cantidad de

cilindros y la potencia. La función principal del cilindro es permitir el desplazamiento

del pistón, el cual se mueve entre los denominados punto muerto inferior (PMI) y punto

muerto superior (PMS).

Para disminuir el rozamiento al máximo posible la superficie interior de los cilindros son lisas

y en muchos casos poseen un revestimiento de metal de cromo en las superficies altas para

aumentar la rigidez y proporcionarle una resistencia adicional a los efectos corrosivos.

Existen los cilindros que están directamente labrados en el mismo bloque del motor y

existen otros que poseen encamisados que se sitúan en el bloque.

Las camisas suelen ser húmedas o secas. Las secas son sencillamente una camisa que

se presiona dentro del bloque por todo el largo de éste.

Las camisas húmedas de reemplazan el cilindro y son sujetadas solamente en su parte superior

e inferior. La ventaja de los encamisados radica en el mantenimiento cuando se produce el

desgaste provocado por la presión que ejercen

los anillos de los pistones en su desplazamiento.

Cuando el desgaste compromete el buen

funcionamiento del motor, solo se necesita

reemplazar la camisa gastada por una nueva.

Imagen 15 Ejemplo de un Cilindro

fuente: http://operadoresmecanicosteconolia.blogspot.mx/

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Page 16: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

En el caso de motores sin camisas con el cilindro labrado en el bloque la forma de repararlos

es mediante un rectificado. Es importante destacar que el desgaste de los cilindros también

puede ser provocado por la temperatura del motor, el rendimiento de la lubricación,

fenómenos de detonación, pre encendido, etc. Para conservar una temperatura estable

alrededor de la totalidad del cilindro los bloques son construidos de forma que existan unas

camisas de agua alrededor de todos los cilindros.

VALVULAS

Las válvulas son elementos que abren y cierran los conductos de admisión y escape

sincronizados con el movimiento de subida y bajada de los pistones. A su vez mantiene

estanca o cerrada la cámara de combustión cuando se produce la carrera de compresión y

combustión del motor. Se utilizan dos válvulas por lo menos para cada cilindro (una de

admisión y una de escape), aunque actualmente hay muchos motores con 3, 4 y hasta 5

válvulas por cilindro.

Las válvulas están constituidas por una cabeza mecanizada en toda su periferia, con una

inclinación o conicidad en la superficie de asiento, generalmente de 45º, que hace de cierre

hermético sobre el orificio de la culata. Unido a la cabeza lleva un vástago o cola

perfectamente cilíndrica, cuya misión es servir de guía en el desplazamiento axial de la

válvula, centrar la cabeza

en su asiento y evacuar el

calor de la misma durante

su funcionamiento. En la

parte del pie de la válvula

lleva un rebaje o chavetero

para el anclaje y retención

de la válvula sobre la

culata.

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Page 17: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 16 Dimensiones y tipos de válvulas: Fuentehttp://www.aficionadosalamecanica.net/cursos-de-mecanica-2/

Las válvulas se fabrican de aceros especiales con grandes contenidos de cromo y níquel, que le

dan una gran dureza, pues tienen que soportar grandes esfuerzos y resistir el desgaste y las

corrosiones debidos a las grandes temperaturas a que están sometidas.

La válvula de admisión puede llegar a temperaturas de funcionamiento de 400 ºC y eso que es

refrigerada por los gases frescos de admisión. La válvula de escape está sometida al paso de

los gases de escape por lo que puede alcanzar temperaturas de hasta 800 ºC. Para soportar

estas temperaturas, tiene que estar fabricada con materiales que soporten estas condiciones de

trabajo. El calor que soportan las válvulas es evacuado en mayor parte a través de los asientos

en la culata, el resto es evacuando a través de las guías de las válvulas. Para evacuar más calor

las dimensiones de las guías son distintas dependiendo que sea para la válvula de escape o de

admisión. La guía utilizada para la válvula de escape será más larga para evacuar más calor.

En la mayor parte de los motores, las válvulas de admisión tienen la cabeza con mayor

diámetro que las de escape, para facilitar el mejor llenado del cilindro. Las válvulas de escape,

por el contrario, suelen hacerse con menor diámetro de cabeza para darle mayor consistencia,

ya que estarán sometidas a las elevadas temperaturas de la salida de los gases. Por esta causa,

en algunos casos, el vástago es hueco y este relleno de sodio, que tiene la propiedad de que

con el calor se hace líquido y transmite muy bien el calor, con lo que se consigue que la

elevada temperatura de la cabeza de la válvula se disipe rápidamente a través del vástago.

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Page 18: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Dimensiones de las válvulas

El diámetro de la cabeza de la válvula de admisión siempre será mayor que la de escape, para

dejar entrar la mayor cantidad de masa gaseosa en el cilindro. Sin embargo el diámetro de la

válvula de escape es menor por que la salida de los gases de escape se hace a presión

empujados por el pistón.La válvula de admisión tiene un diámetro entre un 20 y 30% mayor

que la válvula de escape. Las medidas más importantes de las válvulas son:

El diámetro de la cabeza

de la válvula.

La alzada o el

desplazamiento de la

válvula sobre su asiento.

El ángulo de asiento.

El diámetro del vástago.

Imagen 17 Dimensiones de la Válvula Fuente:

http://www.aficionadosalamecanica.net/cursos-de-mecanica-2/

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Page 19: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

EMBOLO:

El émbolo de un motor alternativo es un dispositivo cilíndrico que se mueve hacia adelante y

hacia atrás dentro del cilindro, actuando como una pared móvil en la cámara de combustión. A

medida que el émbolo se mueve hacia el interior en el cilindro, crea una presión baja y se basa

en la mezcla de aire - combustible. A medida que se mueve hacia fuera, comprime la carga, y

cuando se produce la ignición, los gases en expansión producen una fuerza en el émbolo hacia

adentro. Esta fuerza se transmite al cigüeñal a través del pasador y la biela, y en la carrera

hacia el exterior que viene, el émbolo empuja los gases quemados del cilindro.

Imagen 18 Partes principales del embolo, fuente: Tesis Motores de Combustión

Interna Alternativo de Uso Aeronáutico

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

La mayoría de los émbolos de piezas forjadas de los motores se trabajan a máquina de

aleación de aluminio, y tienen ranuras cortadas en su superficie exterior para recibir los anillos

del émbolo. La parte inferior de la cabeza es por lo general funned para ayudar en la

refrigeración y para proporcionar una resistencia adicional. Casi todos los émbolos de aviones

son de tipo en línea, con la parte superior, o la cabeza, ya sea abovedado o plano, muchos

huecos en la cabeza mecanizados para proporcionar más espacio para las válvulas.

El buje del émbolo es una parte ampliada de la falda que se trabaja a máquina para adaptarse

al bulón, con el material adicional que proporciona la fuerza necesaria para transmitir la fuerza

de los gases en expansión de la conexión del vástago. La relación de compresión del motor

puede variar por cambio de émbolos, y por esta razón es vital que el número de partes sean

adecuadas a utilizar cada vez que se sustituye un émbolo en un motor. Desde el émbolo es la

parte de un motor alternativo, la inercia que participan en su continuo arranque y parada harán

que las vibraciones del motor, si hay alguna diferencia en el peso del émbolo. Debido a esto, la

tolerancia de fabricación de émbolos de los motores requiere que se retenga dentro de un

cuarto de onza (siete gramos) de cada uno.

Cabeza: Parte superior del pistón cuya cara superior (Cielo) está en contacto

permanente con todas las fases del fluido: Admisión, compresión, combustión y

consecuente expansión y escape. Para permitir las dilataciones producidas por el aumento

de temperatura la cabeza es de menor tamaño, alcanzando su menor diámetro en el cielo.

Según sean las necesidades del motor, la parte superior puede adoptar diversas formas

Cielo: Superficie superior de la cabeza contra la cual ejercen presión los gases de la

combustión. Puede ser plana, cóncava, convexa, tener labrados conductos toroidales,

deflectores para crear turbulencia, etc. Generalmente posee menor diámetro que el

extremo inferior del pistón debido a que se tiene que prever que al estar en contacto con

las temperaturas más altas de todo el motor va a existir una cierta dilatación en el pistón,

consistente en un cierto ensanchamiento en su sector superior -es decir, en su cabeza- y

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Page 21: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

por esta razón el pistón adopta una forma tronco cónica con su menor diámetro en su

superficie superior.

Alojamiento porta-aros: Son canales asignados a lo largo de la circunferencia del

pistón, destinados a alojar los anillos. Los canales para los anillos rasca-aceite poseen

orificios en el fondo para permitir el paso del aceite lubricante.

Paredes entre canaletas: las partes de la región de los anillos que separan dos canales

entre sí.

Falda o pollera: Parte del pistón comprendida entre el centro del orificio del perno y el

extremo inferior del pistón. Forma una superficie de deslizamiento y guía al pistón dentro

del cilindro. Las faldas son de hierro fundido, y se la une a la corona mediante soldaduras

o por embutimiento. En motores Diésel las faldas pueden formar una sola pieza con la

cabeza, y en motores grandes se suelen usar faldas no integrales. Las faldas del pistón

suelen ser de tipo planas o lisas, acanaladas o partidas o también del tipo arrugado. Esto

sirve para contrarrestar la dilatación o para mejorar la lubricación. Las faldas o ranuras

permitan la expansión del metal sin aumento de diámetro. Una particularidad interesante

de las faldas arrugadas es que tienen micro fisuras en las cuales se transporta aceite, lo

cual mejora considerablemente la lubricación y por ende alarga el tiempo de vida útil del

pistón. El juego entre la falda y la superficie del cilindro debe ser los más reducido posible

para evitar el cabeceo del pistón. Para facilitar el deslizamiento y agarrotamiento del

pistón en muchas faldas se coloca una protección que consta de una capa de metales

antifricción tales como plomo, cadmio, zinc o estaño.

Orificio para perno del pistón: es el orificio situado en la falda que aloja al perno, los

pernos del pistón son piezas cilíndricas de acero al carbono, tratadas térmicamente que

sirven de articulación entre el pistón y la biela. Cuando el perno está libre tanto en el

pistón como en la biela, se debe evitar el desplazamiento axial (Es decir, hacia los

costados) del mismo, para lo cual se realizan unas ranuras en el borde de cada orificio y en

dichas ranuras de montan anillos elásticos que constituyen un tope al movimiento axial del

perno.

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Page 22: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Perno del pistón: Es un pasador tubular construido en acero al 10% de carbono. Tiene

tres formas posibles de fijación entre el pistón y la biela:

Fijo a la biela y loco en el pistón: En este tipo de anclaje el pasador del pistón queda

fijo (Sin movimiento radial respecto del pie de biela) en la biela y libre en el pistón. Este

tipo de anclaje permite al pistón bascular sobre el pasador, para que pueda adoptar en su

desplazamiento las posiciones adecuadas con respecto a la biela.

Loco en la biela y fijo en el pistón: En este anclaje el perno queda fijo al pistón

mediante una chaveta o tornillo pasador, mediante la biela bascula libremente sobre el

perno. La unión biela-perno se realiza mediante un cojinete antifricción.

Loco tanto en la biela como en el pistón: En este tipo de anclaje el perno queda libre

tanto respecto del pistón como de la biela, con lo cual ambos elementos bascular

libremente teniendo además la ventaja adicional de repartir las cargas y disminuir el

desgaste por rozamiento. El perno se monta en el pistón en frío con una ligera presión de

modo que al dilatarse queda libre.

Aros o segmentos: Son piezas circulares que se adaptan a la circunferencia del émbolo

o pistón a una ranura practicada en el cuerpo del mismo y cumplen determinadas

funciones, entre las cuales se cuentan asegurar la hermeticidad de la cámara de

combustión, transmitir calor a las paredes del cilindro, y controlar la lubricación de las

paredes internas de dicho cilindro.

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Page 23: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 19

Tipos de

anillo para

Embolo

fuente: Tesis

MCIA de uso

aeronáutico

Biela:

Se define como el elemento mecánico que une el pistón con el codo del cigüeñal, y está

sometido a esfuerzos de compresión y flexión, por su movimiento lineal y rotativo a la vez.

Las bielas se construyen en fundición aleada con Cromo al Vanadio o cromo al níquel, y

posteriormente se equilibran. Para disminuir el peso de las bielas en algunos motores, se

montan de titanio.

En función de su peso y su diámetro en pie y cabeza las bielas se clasificarán en un motor por

familias, teniéndose que montar en un motor siempre bielas de la misma familia.

Imagen 20 Biela para un motor Horizontal opuesto. Fuente:

http://www.aficionadosalamecanica.net/cursos-de-mecanica-2/

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

CIGÜEÑAL

Es la pieza del motor que recoge el esfuerzo de la explosión, y lo convierte en movimiento

rotativo. Se construye generalmente en acero cementado, y templado con aleaciones de cromo

y níquel. Además se les da un recubrimiento especial a los apoyos de bancada y muñequillas

de biela llamado nitruración.

Se diferencian las siguientes partes de los cigüeñales:

- Apoyo de bancada: son los puntos donde apoya y sustenta el cigüeñal con el bloque motor,

por norma general es de 3 o 5 apoyos (antiguamente eran 3) en un motor de cuatro cilindros,

siendo de la misma anchura o ancho, a excepción del más próximo al volante de inercia que es

de mayores dimensiones.

- Muñequilla de biela: también llamados codos de cigüeñal, y determinan la carrera del motor.

Son los puntos que acoplan las bielas, y no siempre son del mismo diámetro debido a

pequeñas diferencias en el proceso de mecanizado (pueden variar 0,02mm).

- Contrapeso: su misión es la de equilibrar lo mejor posible el cigüeñal.

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Se colocan en sentido opuesto a la muñequilla de biela correspondiente, y su peso es

normalmente el del codo del cigüeñal.

Suelen presentar formas que no perjudiquen al giro del mismo, aunque en la actualidad los

contrapesos no chocan nunca con el depósito de aceite que hay en el cárter del motor.

Normalmente en el primer o último contrapeso se encuentran las letras, números o códigos de

identificación de las medidas de los apoyos de bancada y de biela del cigüeñal.

- Orificios de equilibrado: para ajustar el equilibrado del cigüeñal se realizan unos taladros de

diferente profundidad, y normalmente el mismo diámetro en los extremos de los contrapesos.

- Arandelas de juego axial (lateral): es necesario el uso de más arandelas que limiten el juego

lateral del cigüeñal, principalmente debido al movimiento del propio cigüeñal cuando se

acciona el embrague, y estas arandelas tienen siempre posición de montaje.

El cigüeñal es la parte más pesada en el motor de un avión, la evolución del motor ha sido en

gran medida dictada por el cigüeñal.

Motores en línea deben tener cigüeñales largos cada cilindro tiene su propio lanzamiento, a

menudo con una relación principal entre cada cilindro. Esto los hace fuertes. Motores en V

resuelven este problema de peso parcialmente, como dos cilindros comparten un cigüeñal de

un solo tiro.

Solo motores radiales pueden tener una fila de tres, cinco, siete o nueve cilindros, y cuando es

necesario para obtener más potencia se puede obtener de una sola fila, usando dos o incluso

cuatro bancos de cilindro apilados y dos o cuatro lanzar cigüeñales usados.

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Page 26: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 21 Partes del Cigüeñal Fuente: Tesis MCIA de uso aeronáutico

Por mucho, la configuración más popular en la actualidad es la del motor horizontalmente

opuesto con un cigüeñal con un tiro para cada cilindro. El tiro se empareja y los cilindros

ligeramente son escalonados

Este cigüeñal tiene cuatro tiros y tres cojinetes principales. Los dos pares de tiros son 180

grados, de modo que cuando el número émbolo un cilindro está en la cima de su carrera, el

número cuatro será en la parte inferior, y cuando dos llegan a la parte superior, tres estarán en

la parte inferior.

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Imagen 22 Cigüeñal de cuatro cilindros para un motor horizontal opuesto. Fuente: Tesis MCIA

de uso aeronáutico

Principio de operación de las válvulas en un motor horizontal opuesto:

Las válvulas en los motores horizontalmente opuestos se abren en la misma forma que los de

motores radiales, excepto en un árbol de levas recto, impulsado a una velocidad media del

motor, se utiliza para el tiempo de la apertura de la válvula la posición del cigüeñal. La leva

gira contra la leva de acero templado, o seguidor de leva, la cara y en casi todos los motores de

oposición moderna, elevadores hidráulicos que se utilizan dentro de los empujadores a ocupar

todo el juego de las válvulas.

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

El levantador hidráulico de la válvula consiste en un émbolo provisto de una tolerancia muy

estrecha en el cuerpo del elevador. Un muelle mantiene el émbolo de la parte inferior del

cuerpo, y una válvula de retención permite que el aceite para entrar, no permita que salga del

cuerpo. Cuando se arranca el motor, el aceite fluye a través de la válvula de retención, y

cuando la cámara gira y empuja en el seguidor de leva, el aceite en el cuerpo está atrapado, y

el levantador de actúa como una porción sólida del mecanismo de la válvula, empujar la

válvula abierta. Mientras que la válvula se mantiene abierta contra la fuerza del muelle de la

válvula, una cantidad extremadamente pequeña y calibrado con precisión de fugas de aceite

entre el cuerpo y el émbolo. Esto es para que cuando la válvula se cierra, ya no hay más fuerza

en el tren de la válvula, el resorte en la palanca se mueve hacia fuera del émbolo, de modo que

el aceite del motor fluye a través de la válvula de retención y otra vez llena el cuerpo. Esta

acción mantiene una tolerancia cero entre el vástago de la válvula y el balancín, por lo que no

hay golpes, y solo un mínimo de desgaste en el mecanismo de la válvula.

Tabla de comparación de motores respecto al motor horizontal opuesto de 4 cilindros:

Motor Similitudes Diferencias Ventajas DesventajasOH-4

Vs.

Lineal(4,6cilindros)

Normalmente disponen configuraciones de 4 cilindros

Utilizado en automóviles, locomotoras y

Cilindros dispuestos en dos bancos a ambos lados de un único cigüeñal

Cantidad de

Son mucho más reducidos de altura

Centro de gravedad más bajo

Son más anchos que uno en línea

Mayor costo dedesarrollo y fabricación

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

aviones árboles de levas

Tienden a producir más ruido que los motores en línea

OH-4

Vs.

Vee (8, 10,12 cilindros)

Tienen dos bancos de cilindros

Tienen dos culatas

Generalmente son compactos

Cilindros dispuestos a diferentes ángulos

Utilizan una mayor cantidad de piezas

El diseño proporciona un buen equilibrio

Tienen un diseño natural de equilibrio dinámico

No necesitan contrapesos en elcigüeñal

Tienen una característica de suavidad en toda la gama de revoluciones

Mayor costo dedesarrollo y fabricación

Tienden a producir más ruido que los motores en V

OH-4

Vs.

W (3,6,9,12 cilindros)

Utilizado en automóviles y aviones

Cantidad de bancos de cilindros

Cantidad de árboles de levas

Menos peso

Menos altura

Centro de gravedad más bajo

Menos potencia

Produce más ruido

OH-4

Vs.

Horizontal opuesto 6 cilindros

Pistones dispuestos horizontalmente

Los pistones llegan apunto muerto simultáneamente

Reducidos de altura

Menor númerode cilindros

Menor cantidad de piezas

Mayor equilibrio

Menos peso

Menor longitud

Menos potencia

OH-4

Vs.

Horizont

Pistones dispuestos horizontalmente

Los pistones llegan a

Menor númerode cilindros

Menor cantidad de

Mayor equilibrio

Menos peso

Menor longitud

Menos potencia

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

al opuesto 8 cilindros

punto muerto simultáneamente

Reducidos de altura

piezas

OH-4

Vs.

Radial 7 cilindros

Sistema de enfriamiento

Buena relación peso potencia

Mecanismo biela –manivela

Si se desea usar sobrealimentaciónes necesario sólo un conducto para el bloque entero

Menor vibración

Sistema de enfriamiento más eficiente

Mayor fiabilidad

No hay un fallo comúnmente conocido como "choque térmico"

Necesitan de un arranque para mover los componentes einiciar su ciclo operativo

Menor área frontal por ende menor resistencia

Mayor cantidadde piezas

OH-4

Vs.

Radial 9cilindros

Sistema de enfriamiento

Buena relación peso potencia

Mecanismo biela –manivela

Si se desea usar sobrealimentaciónes necesario sólo un conducto para el bloque entero

Menor vibración

Sistema de enfriamiento más eficiente

Mayor fiabilidad

No hay un fallo comúnmente conocido como "choque térmico"

Necesitan de un arranque para mover los componentes einiciar su ciclo operativo

Menor área frontal por ende menor resistencia

Mayor cantidadde piezas

OH-4

Vs.

Sistema de enfriamiento

Mecanismo biela –manivela

Si se desea usar sobrealimentación

Necesitan de un arranque para mover los

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Page 31: Trabajo OH4

ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Radial 36cilindros

Buena relación peso potencia

es necesario sólo un conducto para el bloque entero

Menor vibración

Sistema de enfriamiento más eficiente

Mayor fiabilidad

No hay un fallo comúnmente conocido como "choque térmico"

componentes einiciar su ciclo operativo

Menor área frontal por ende menor resistencia

Mayor cantidadde piezas

OH-4

Vs.

H

Un motor en H puedeser visto como dos motores bóxer, uno sobre o junto al otro

Tiene solo un cigüeñal

Cantidad de árboles de levas

Mejor relación potencia/peso

Centro de gravedad más bajo

Es un motor más largo

Menor aerodinámica

OH-4

Vs.

I, Y, X

Comparten un cigüeñal

Más de un block de cilindros

Mecanismo biela –manivela

Menor volumen general

Si se desea usar sobrealimentaciónes necesario sólo un conducto para el bloque entero

Mayor aerodinámica

Menor relación potencia/peso

Conclusiones:

Anaya Delgado Gabriel

Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el

quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o

cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento

lineal alternativo del pistón

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigüeñal,

donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de

transmisión de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas,

con la potencia necesaria para desplazar el vehículo a la velocidad deseada y con la carga que

se necesite transportar.

Mediante el proceso de la combustión desarrollado en el cilindro, la energía química contenida

en el combustible es transformada primero en energía calorífica, parte de la cual se transforma

en energía cinética (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo útil aplicable a las

ruedas propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeración y el sistema de escape,

en el accionamiento de accesorios y en pérdidas por fricción.

En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente

dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en

los sistemas con control electrónico. Después de introducir la mezcla en el cilindro, es

necesario provocar la combustión en la cámara de del cilindro por medio de una chispa de alta

tensión que la proporciona el sistema de encendido.

Téllez Santiago Héctor Daniel

Los MCIA son muy variados y existen de acuerdo al uso que se les puede dar algunos se

desarrollaron con un objetivo diferente al que se usan ahora pero con el tiempo se fueron

adaptando y mejorando para cumplir mejor cierto tipo de función.

En cuanto al motor horizontal opuesto de 4 cilindros es usado en motos, automóviles (subaru)

y aviones ligeros como los lyncom y continental que en su gran mayoría son aviones pequeños

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

este motor tiene cierto tipo de ventajas ante otros pero también grandes desventajas que evita

que tenga mayor aplicación en el sector aeronáutico ya que la potencia que genera no es

suficiente comparada con la de sus sucesores.

Bonilla Navarro Alejandro

En conclusión podemos decir que un motor horizontal opuesto de cuatro cilindros tiene

grandes prestaciones en comparación con otros motores ya que garantizan mayor estabilidad

son relativamente pequeños y livianos, presentan vibraciones mucho menores que otros

motores, aunque la principal desventaja de estos motores es su mayor costo de desarrollo y

fabricación los podemos encontrar tanto en uso aeronáutico como terrestre, manteniéndose

como uno de los motores utilizados en aeronaves pequeñas de aviación general que requieren

una potencia no superior a 400 HP por motor y en vehículos terrestres de gama alta.

Bibliografia:

http://img.tallervirtual.com/wp-content/uploads/2010/07/Relacion-Compresion.jpg

https://www.youtube.com/watch?v=s_-j8f2D26I

http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/9682/4/03_Mem%C3%B2ria.pdf

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ORIGEN Y EVOLUCION DE LOS MOTORES HORIZONTALES OPUESTOS DE 4 CILINDROS DE USO AERONAUTICO

https://www.bolido.com/2010/12/sin-terminartipos-y-geometria-de-los-motores-a-combustion/

http://www.aficionadosalamecanica.net/cursos-de-mecanica-2/

http://aprendemostecnologia.org/2009/05/02/el-ciguenal/

Tesis: Motores de Combustión Interna Alternativos por Belinda Villanueva

Anexos:

https://www.youtube.com/watch?v=xAtG3UAIS-4

https://www.youtube.com/watch?v=MI8UY6gXFWQ

https://www.youtube.com/watch?v=lE86oTPzNBQ

Como trabaja un motor radial video (Dentro de carpeta)

Ciclo Brayton Video (Dentro de carpeta)

https://www.youtube.com/watch?v=z1B5UjKmpBE

http://www.lycoming.com/

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