Motor aeronáutico, definición y tipos

Un motor aeronáutico o motor de aviación es aquel que se utiliza para la propulsión de aeronaves mediante la generación de una fuerza de empuje. Los motores transforman la energía química presente en el combustible en energía mecánica. En el motor esta energía mecánica produce la rotación de un eje al que se une el mecanismo que se quiere mover (por ejemplo una hélice). Existen distintos tipos de motores de aviación aunque se dividen en dos clases básicas: motores recíprocos (o de pistón) y de reacción (donde se incluyen las turbinas). En aviación distinguimos el elemento propulsor y el motopropulsor. El propulsor es el órgaño que transforma la energía mecánica del motor en energía cinética de una corriente de aire (o de gases). Por otra parte, se llama elemento motopropulsor al conjunto formado por el motor y el propulsor (motor y hélice por ejemplo). El Ciclo de Otto El desplazamiento el pistón en el cilindro se realiza en cuatro fases o etapas conocidas como el Ciclo de Otto, que son: admisión, compresión, explosión-expansión y escape. En los dos primeros tiempos la mezcla es aspirada y comprimida, con tiempo suficiente para realizar una buena carburación y combustión de la mezcla; en el tiempo de explosión se realiza una transformación de la energía, aportada por el combustible, en trabajo mecánico y, durante el tiempo de escape, se evacuan al exterior los gases residuales y el calor sobrante que no se ha transformado en trabajo mecánico. De los cuatro tiempos que componen el ciclo, solo efectúa el trabajo útil el tiempo de expansión. Gracias al ciclo Otto se inventó el motor de combustión interna, que sería aplicado a la incipiente aeronáutica de finales del siglo XIX. Estos motores, enfriados por agua, generaban potencia por medio de una hélice. La hélice, debido a sus dos palas alabeadas, propulsaba la masa de aire circundante, arrastrando al aeroplano hacia adelante, produciendo el vuelo. En 1903, los hermanos Wright lograron realizar el sueño casi imposible de hacer volar un artefacto más denso que el aire. Los motores se perfeccionaron con el tiempo, logrando aprovechar su potencia para luego ser montados en los primeros aviones de transporte y militares, como los de la Primera Guerra Mundial. Entre los años 1940 y 1942 se crearon los primeros motores a reacción a ser utilizados en los aviones de combate en la Segunda Guerra Mundial. Los últimos aviones de transporte comercial de hélices emplearon cuatro motores radiales de 36 cilindros y de 3.500 caballos de fuerza; son ejemplos de ello los Douglas DC-7 y los Lockheed Constellation. Más tarde, vendría el gran cambio a los motores a reacción, que en un inicio fueron motores Straight Jet, es decir, de flujo de aire directo, (no poseían fan). La industria del motor de aviación ha dado un gran salto tecnológico; hoy se emplean los motores turbofán en aviones comerciales. Para los aviones de combate se ha mejorado su rendimiento, no emplean el mecanismo del turbofan pero sí el postquemador, que es un quemador posterior que aumenta el empuje real de los motores durante una maniobra forzada. En la aviación moderna se emplean básicamente dos tipos de motores, los de turbofan y los de turbohélice. Tipos: Motores de eje Motores de explosión La aviación como la conocemos comenzó gracias a la propulsión de aeronaves mediante motores de cilindros y pistones, también llamados motores alternativos. A pesar de que existían otros métodos y formas de propulsión, los motores permitieron una propulsión de trabajo constante, operados principalmente por gasolina. Motor en línea Este tipo de motor tiene los cilindros alineados en una sola fila. Normalmente tienen un número par de cilindros, pero existen casos de motores de tres o cinco cilindros. La principal ventaja de un motor en línea es que permite que el avión puede ser diseñado con un área frontal reducida que ofrece menor resistencia aerodinámica. Ranger L-440, motor en línea invertido de seis cilindros refrigerado por aire, usado en el Fairchild PT-19 Motor rotativo Los motores rotativos —no confundir con el motor Wankel— tienen todos los cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter como el posterior motor radial, pero con la diferencia de que el cigüeñal está atornillado a la estructura del avión, y la hélice está atornillada a la carcasa del motor. De este modo el motor entero gira junto a la hélice, proporcionando un montón de flujo de aire para la refrigeración, independientemente de la velocidad de avance de la aeronave. Motor rotativo Le Rhône 9C Motor en V En este tipo de motores los cilindros están dispuestos en dos bancadas, inclinadas con una diferencia de entre 30 y 60 grados, es decir, en forma de V. La gran mayoría de motores en V son enfriados con agua. Estos ofrece una relación potencia a peso mayor que un motor en línea, mientras que siguen manteniendo una área frontal reducida Rolls-Royce Merlin, un motor en configuración V12 refrigerado por líquido Motor radial El motor radial o en estrella apareció hacia 1925. Este tipo de motores tienen una o más filas de cilindros distribuidos circularmente en torno al cárter. Cada fila tiene un número impar de cilindros para que el motor tenga un buen funcionamiento. De cuatro tiempos y refrigerados por aire, los motores radiales sólo tienen una muñequilla en el cigueñal por cada fila de cilindros y por tanto un cárter relativamente pequeño, ofreciendo una buena relación potencia a peso. Wright R-2600, un motor radial de 14 cilindros dispuestos en dos filas Motor de cilindros en oposición Un motor en oposición 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 las refrigeradas por aire son las predominantes. ULPower UL260i, un motor de cilindros horizontalmente opuestos refrigerado por aire Motores de turbina Este tipo de motores usan una turbina de gas para mover el eje propulsor. Turbohélice Estos motores no basan su ciclo operativo en la producción de potencia a partir del empuje de los gases que circulan a través de ellos, sino que la potencia que producen se usa para mover una hélice. Vista en corte de un Garrett TPE331, un pequeño motor turbohélice Turboeje Un motor turboeje es un motor de turbina de gas que entrega su potencia a través de un eje. Estos motores son utilizados principalmente en helicópteros y en unidades de energía auxiliar. Vista en corte de un Lycoming T-53, un motor turboeje diseñado en los años 1950 utilizado en varios tipos de helicópteros Motores de reacción El componente fundamental de este tipo de motores es la tobera de escape. Esta es la parte que crea el empuje mediante un chorro de gas. El flujo de aire caliente del motor es acelerado al salir de la tobera, creando el empuje que junto con las presiones que actúan dentro del motor empujan la aeronave hacia adelante. Turborreactor Un turborreactor es un tipo de motor de turbina de gas en el que los gases generados por la turbina, al ser expelidos, aportan la mayor parte del empuje del motor. Vista en corte de un de Havilland Goblin, un turborreactor de flujo centrífugo utilizados en los primeros aviones de reacción británicos Turbofán En el motor turbofán (turbosoplante o turboventilador) los gases generados por la turbina son empleados mayoritariamente en accionar un ventilador (fan) situado en la parte frontal del sistema que produce la mayor parte del empuje, dejando para el chorro de gases de escape solo una parte del trabajo (aproximadamente el 30%). General Electric CF6, ejemplo de turbofán de alto índice de derivación, usado en aviones comerciales modernos. Cohete Los motores cohete ofrecen mucho empuje pero poca autonomía y no son usados como propulsores de aviones porque su eficiencia es bastante pobre, excepto a altas velocidades. Se ha probado la propulsión mixta con otro tipo de motores en los años 1950, especialmente en el ámbito militar, pero en cuanto mejoró la fiabilidad de los motores de reacción ya se abandonó la idea. Walter HWK 109-509, motor cohete de combustible líquido del Me 163, el único avión cohete en entrar en servicio. En próximos posts habrá información mas detallada de los distintos tipos de motores y aviones