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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
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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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
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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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