Repsol YPF

Motores a pistón

No período que vai dende os primeiros voos impulsados por motor en 1903 e ata o final da Segunda Guerra Mundial houbo grandes avances tecnolóxicos en motores de avións de combustión interna. 

A potencia e confiabilidade dos motores incrementáronse abruptamente, mentres a relación peso-potencia caía en forma constante.

Posteriormente, os desenvolvementos en deseños de motores levados a cabo dende o final da Segunda Guerra Mundial resultaron en continuas melloras das eficiencias térmicas e do consumo de combustíbel dos motores modernos.

Isto permitiu o desenvolvemento de aeronaves de alta performance para cumprir coas demandas actuais dos mercados.

Motores de combustión interna

O motor de combustión interna queima o combustíbel nunha cámara transformando dese xeito a enerxía química contida neste, en enerxía mecánica.

A maioría dos motores de aviación son do tipo de pistóns alternativos nos que un pistón se move de arriba cara a abaixo nun cilindro. A potencia do motor é xerada pola forza exercida sobre o pistón pola rápida expansión dos gases resultantes da combustión dunha mestura comprimida de aire-combustíbel. A potencia que provén do movemento do pistón transmítese a través dunha biela que o conecta ao cegoñal, o cal está adaptado á hélice.

Sistema do aire de admisión

O aire é forzado dentro do motor polo sistema de admisión. Pasa a través dun filtro que lle quita o po e os contaminantes para que non entren no motor. Unha bolboreta (disco solidario a un eixe) montada na admisión, controla o fluxo de aire. Cando o piloto acciona o acelerador, o disco inclínase, permitindo entrar máis aire ao motor. Así, o motor pode usar máis combustíbel e producir máis potencia para despegar ou ascender.

Un motor que posúe a admisión de aire a presión atmosférica dise que ten aspiración natural. A cantidade de aire que un motor naturalmente aspirado pode ingresar é limitada pola densidade de aire local (presión barométrica) e polas perdas de presión no sistema de admisión. Para que ingrese máis aire ao motor (aumentar a presión do aire), adóitanse utilizar pequenos compresores que presurizan o aire de admisión. 

Hai dúas maneiras de impulsar o compresor, a través do cegoñal do motor (superalimentado) ou a través dunha turbina movida polos gases de escape (turboalimentado). Para manter a presión nun valor relativamente constante sobre un amplo rango de velocidades do motor requírese certa regulación. O turbocompresor é o preferido xa que extrae enerxía dos gases de escape que se desperdiciaría, polo tanto é máis eficiente que o sistema superalimentado, o cal toma enerxía do cegoñal.

Como a densidade do aire diminúe coa presión atmosférica a medida que a altura da aeronave aumenta, cada vez menos aire ingresa a un motor naturalmente aspirado. Isto limita a velocidade máxima e altura que poden alcanzarse. Esta limitación foi coñecida aínda antes da Primeira Guerra Mundial, pero os turbocompresores non foron desenvolvidos ata a metade da década dos anos 20. Tiveron tanto éxito que os motores naturalmente aspirados quedaron virtualmente obsoletos en avións de alta performance a principios dos anos 30.

Carburación

No sistema de admisión dun motor, o aire mestúrase cunha pequena cantidade de combustíbel vaporizado para producir unha mestura homoxénea de aire-combustíbel. O carburador é o máis exitoso entre moitos dispositivos desenvolvidos para descargar a correcta cantidade de combustíbel no caudal de aire de admisión.

O corazón dun carburador é o venturi (unha tobeira converxente-diverxente).

O diámetro da tobeira diminúe ata un mínimo na garganta e despois increméntase cara ao extremo da descarga. A medida que o aire pasa a través do venturi, a súa velocidade incrementa ata a garganta porque a área transversal diminúe. Cando a velocidade do aire se incrementa, a súa presión diminúe, xerando un baleiro que forza o combustíbel a saír da cuba do carburador a través dunha pequena boquilla. Boquillas adicionais utilízanse para enriquecer a mestura durante a aceleración e para prover suficiente combustíbel en ralentí. Un elemental operado a man é usado en moitos motores para enriquecer a mestura para arranques en frío.

Os carburadores non controlan o fluxo de combustíbel con suficiente precisión para aplicacións críticas ou de altas performances. En parte é porque o control o realiza sobre o volume combustíbel e é difícil de calibrar para cubrir todas as condicións de operación.

Inxección de combustíbel

O segundo sistema de combustíbel máis importante é o de inxección.

Inxectores de combustíbeis van montados no tubo de admisión de cada cilindro, onde pulverizan combustíbel sobre as válvulas de admisión. Para enriquecer a mestura durante arranques en frío, pode usarse un inxector adicional. Este inxector suma combustíbel ao aire de admisión por un curto lapso mentres o motor toma temperatura.

A primeira vantaxe do inxector de combustíbel é a maior uniformidade na distribución do combustíbel dentro de cada cilindro comparada coa carburación. Os motores de inxección tamén responden máis rapidamente que os motores carburados cando o piloto cambia a configuración de control. Unha vantaxe adicional é a eliminación do efecto de conxelación no carburador. As desvantaxes do sistema de inxección comparado coa carburación radican nunha maior complexidade, máis partes móbiles, pasaxes moi angostas no inxector que se poden obstruír, e maior tendencia ao vapor lock.

Os sistemas de inxección usados en aviación non son xeralmente tan sofisticados como aqueles usados en motores de automóbiles modernos.

Operan a menor presión e provén un caudal continuo de combustíbel, a diferencia dos inxectores de solenoides onde existe un tempo de inxección, típico dos sistemas de automóbiles.

O sistema de avión usa unha bomba de combustíbel movida polo motor e xeralmente inclúe unha bomba auxiliar eléctrica, a cal impide a formación de vapor e actúa como respaldo da bomba principal. Os filtros de combustíbel son instalados un antes e o outro despois da bomba principal, de xeito que removen partículas do combustíbel que poderían causar obstrución dos inxectores.

Nalgúns sistemas, un regulador de presión de diafragma mantén a presión e envía o exceso de combustíbel de volta ao tanque.

Configuracións de motores

Os motores de aviación a pistón foron construídos con diferentes configuracións. Os motores en liña e en "V" son moi similares aos usados en automóbiles. Ao principio algúns deseños separaran cilindros para reducir peso; os deseños posteriores usaron bloques de cilindros. Estes eran refrixerados por auga xa que os bloques de cilindros son ideais para a circulación de líquido refrixerante.

A configuración radial de motores é exclusiva de aviación. Aquí o cegoñal está situado no centro do motor e os cilindros radiais nun plano perpendicular ao cegoñal. Neste deseño, cada cilindro recibe o mesmo fluxo de aire, polo que a maioría deste tipo de motores é arrefriado por aire. Un temperán e interesante deseño é o motor rotativo, no cal o block do motor xira ao redor dun cegoñal fixo.
Os motores opostos horizontalmente ou "boxer" son a terceira maior configuración. Estes poden ser considerados un caso extremo dos motores en "V", onde o ángulo entre pistóns é de 180 graos. Os cilindros están deitados nun plano paralelo ás ás. A maioría destes motores son de arrefriamento por aire. Foron utilizados en case todos os avións pequenos construídos a partir da Segunda Guerra Mundial.