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INICIACIÓN AL AEROMODELISMO – EL MOTOR

“RC MODEL AERO – 102 by Ignacio Chíes”

Llega el momento de hablar del motor, elemento fundamental en la generación de empuje en nuestro avión. Entender cómo funcionan nuestros motores y saber ajustarlos es de vital importancia en la práctica del aeromodelismo. Un motor mal carburado puede dar al traste con nuestro avión y hacer que podamos llegar a perder la ilusión por volar.

A pesar de la invación de los motores eléctricos en catálogos, comercio  en espacios de vuelo, lo cierto es que el motor térmico, o de explosión sigue siendo el preferido de muchos aeromodelistas.

El motor eléctrico es realmente insustituible en determinadas situaciones o distintas modalidades de vuelo, como el velero motorizado, el vuelo indoor, park-flyer, helicóperos bizorrotor,…. o en zondas donde, por la próximidad de viviendas, debe evitarse toda contaminación acústica. Pero el motor térmico es el dueño absoluto en aviones o helicópteros de talla considerable (donde los acumuladores LiPo serían excesivamente pesados), en maquetas, por su sonido que se añade al realismo, o también en modelos de iniciació, por el simple placer de una admirable mecánica o por la facilidad de llenar el depósito entre vuelo y vuelo.

En esta serie vamos a dedicarnos enteramente al motor térmico. Todos sabemos como son exteriormente, basta con observar el escaparate de cualquier tienda de aeromodelismo.
Deberemos de instalarlo en el avión y conectarlo a sus accesorios, que inicialmente en un primer avión, serán el depósito de combustible y el mando de aceleración.

Instalación

Muy habitualmente el motor se instala en el avión mediante una bancada de ipo comercial, y mas si el avión es del tipo RTF (ready to fly, preparado pra volar). Estas bancadas puedes ser de dos piezas, y por tanto regulables en anchura, o de una sola pieza y en este caso la anchura entre sus brazos debe de coincidir con la anchura del cárter del motor. Esta bancada es la unión entre el motor y la cuaderna llamada parallamas, la deltantera y más solida del avión. Hay también bancadas amortiguadas, es decir, con una fijacióna la cuaderna ligeramente fléxible y cura misión es amortiguar las vibraciones del motor y su transmisión al avión, y así proeger tanto la estructura del propio avión como los componentes del equipo de radio control.

Las bancadas amortiguadas están indicadas especialmente para la instalación de motores de cuatro tiempos, cuyo funcionamiento genera más vibraciones que las de un motor de dos tiempos.

Para firjarlos a la bancada los motores disponen, a ambos lados del bloque motorde unas aletas con cuatro orificios. Estos orificios deben marcarse en la bancada y taladrarlacon una broca habituamente de 3 o 4 mlimetros, para las cilindradas habituales en modelos de iniciación. El motor se fijará con tornillos del diámetro correspondiente y tuercas. Es ideal utilizar tuercas autoblocantes, tipo nylstop, o por lo menos tuercas normales con líquido fijatornillos.

En la instalación debe de tenerse en cuenta algo fundamental, que es el eje del motor, y por tanto la hélice.

En la instalación debe de tenerse en cuenta algo fundamental, que es el eje del motor (y por tanto la hélice), y el eje longitudinal del avión. Estos no deben coincidir a causa de diferentes condicionantes mecánicos y aerodinámicos. El eje del motor con respecto al eje longitudinal, del avión debe presentar unas desviaciones que se conocen como ángulo de picado (en el plano vertical) y ángulo antipar (en el plano horizontal).

Ángulo de picado: El ala es la parte del avión que, con diferencia, mayor resistencia provoca, por lo que la resultante de todas las fuerzas de resistencia del avión estará situada muy cerca de la posición del ala. En el caso de un modelo de ala alta, FIG. 1, esta resultante estará alejada de la fuerza de tracción de la helice, provocando lo que se conoce como par de fuerzas que llevará al modelo a subir. Un par podemos comparralo a conducir una bicicleta: dos fuerzas opuestas, paralelas, y separadas actuando sobre el manillar provocan su giro. Para compensar esta tendencia a subir se debe de colocar el eje del motor con una cierta inclinación hacia el picado.En el caso de ala media las líneas de tracción y resistencia prácticamente coninciden, y con un ala baja la tendencía es hacia el picado.

La circulación helicoidal alrededor del avión de la corriente provocada por la hélice támbien genera una tendencia a subir, y por otro lado una ligera tendencia al picado tiene un efecto estabilizante, por todo lo cual también en los casos de ala media o ala baja se da al eje del motor una pequeña desviación hacia el picado. Una graduación perfecta será cuando el avión con el mando de profundidad en posición neutra, mantenga un vuelo horizontal sea cual sea el régimen del motor.

Ángulo antipar: Un avión, con el motor en marcha y tanto en tierra como en vuelo, tienden a desviarse hacia la izquierda. La solución a esta tendencia es colocar el motor con su eje ligeramente desviado hacia la derecha. Este ángulo depdende de la potencia del motor, de su par y de la hélice colodada, y en general para un modelo de iniciación o un entrenador será de 2º o 3º.

En muchos aviones RTF los ángulos de picado y de anticipar ya vienen determinados por la inclinación de la cuaderna para llamas, pero en otros muchos kits estos ángulos vienen simplemente indicados, y en este caso debemos saber cómo colocar con precisión el motor para respetar estos ángulos. En la FIG. 2 tenemos una vista en planta de un modelo, con la hélice exagerada para una mayor claridad. 

En el primer caso no hay ángulo antipar, y si con la hélice horizontal tomamos medidas desde sus extremos hasta un punto en el eje longitudinal del fuselaje, por ejemplo la base de la deriva, veremos AB = AC. En el segundo caso, con ángulo antipar, AB´es mayor que AC´.

Para saber cual es la diferencia entre estas dos distancias, y por tanto colocar correctamente el motor, utilizaremos un sencillo cálculo. La diferencia entre AB´y AC´es: D x 0,0175 x ángulo antipar.  D es el diámtreo de la hélice. Por ejemplo, colocar una hélice 9 x 5, o sea 23 x 13 en centímetros, a un ángulo anbtipar de 2º el cálculo será: 23 x 0,0175 z 2 = 0,8 cm, es decir 8 milímetros.

Procederemos del mismo modo para respetar el ángulo de picado.

Como habitualmente el motor se coloca en una bancada de tipo comercial, para obtener estos ángulos intercalaremos unas arandelas, en los tornillos de fijación de la bancada a la cuaderan, entre ambas.

Cilindro vertical… o no: Para reducir la transmisión de vibraciones es aconsejable colocar el motor lo más atrás posible de la bancada, aunque el margen de maniobra estará limitado por la posición de la hélice con respecto al fuselaje.

En cuanto a la orientación del cilindro, es algo que depende de cada avión. En un kit RTF el fabricante ya ha decidido por nosotros, y habrá muy pocas posibilidades de elección. Lo que se persigue es camuflar al máximo posible el motor y el escape y, a la vez, que todo sea muy accesible. Difícil.

En un mo­delo de iniciación, en el que prima la sencillez sobre la estética, el motor se montará en posición vertical con el cilindro hacia arriba, pero en entrenado­res o en modelos más avanzados la posición del motor puede ser inclinada, horizontal, o cabeza abajo, coma mejor se adapten al carenado tanto el motor como su escape.

Una vez en vuelo la orientación del motor no afectará en absoluto a su funcionamiento, pero en el momento de puesta en marcha es otra historia, ya que, cabeza abajo, simplemente por la fuerza de gravedad el combustible tendrá tendencia a ahogar el motor por un exceso de flujo sobre la bujía y la cámara de combustión.

En este caso lo mejor es arrancar el motor con el avión cabeza abajo, con lo que volvemos a la posición vertical hacia arriba del cilindro.

Conexión con el depósito: Una vez instalado el motor debemos proceder a su conexión con el depósito de combustible.

Para ello el primer paso será colocar el depósito en el espacio destinado a tal fin. Se colocará lo más cerca posible de la cuaderna parallamas, con el fin de que los conductos de tubo de silicona sean lo más cortos posible.

En aviones de acrobacia de com­petición el depósito suele colocarse en el centro de gravedad del avión, con el fin de que el pro­gresivo vaciado no influya en el centrado, pero entonces, para asegurar un correcto suministro de combustible al motor, es preciso utilizar una bomba.

Las vibraciones del motor durante su funcionamiento, trasladadas al combustible hacen que este emulsione, formando burbu­jas de aire en su interior, lo que no es nada beneficioso para un funcionamiento regular.

Para evitar este fenómeno el depósito se aísla y a la vez inmoviliza con bloques de espuma blanda, debiendo evitarse las más duros, coma el tipo Porex.

Las conexiones que deberemos efectuar son tres: suministro de combustible al motor, to­ma de presurización y llenado del depósito, FIG 3.

El circuito de suministro de combustible al carburador consta de dos partes, la interior del depósito, formada par el correspondiente conducto de silicona, dotado de un contrapeso en su final que tiene por misión, gracias a la flexibilidad del conducto, asegurar el suministro de combustible sea cual sea la posición del avión. En el exterior se prolonga con otro conducto hasta el carbu­rador. Es en este tramo donde se puede colocar un filtro de combustible, accesorio no imprescindible dada la elevada calidad en general de las combustibles ya preparados, pero sí aconsejable en caso de prepararse uno mismo el combustible.

La toma de presurización tiene par misión aprovechar la presión de los gases de escape y trasladándola al interior del depósito ayudar a la succión de combustible par parte del carburador.

Finalmente tenemos el tubo de llenado, dotado de un tapón durante el funcionamiento del mo­tor. A veces este tubo se suprime, pero entonces para llenar el depósito será necesario cada vez desconectar del carburador y volver a conectar, lo que no siempre es fácilmente accesible.

Respecto al suministro de combustible hay que hacer una observación, que es que, en caso de un aterrizaje violento o una detención excesivamente brusca, el péndulo, por su inercia, puede pasar a alguna esquina delantera del depósito y allí quedar bloqueado par la relativa rigidez del tubo de silicona, FIG 4.

Después de un incidente de este tipo es obligatorio comprobar la libertad del péndulo, ya que, si ha quedado bloqueado, en el siguiente vuelo, en caso de una remontada, esta asegurada la parada del motor par falta de combustible.

La capacidad del depósito esta relacionada con el cubicaje del motor, y para asegurar unos quince minutos de vuelo con el motor a un régimen medio-alto, la capacidad oscilara entre las 75 o 100 c3 para un motor de 2,5 c3, 250 c3 para un motor de 6,5 c3, hasta las 350 o 400 c3 para un motor de 10 c3.

Tipos de motores térmicos

El constante progreso del aeromodelismo ha hecho que se pase, en el tema de los motores térmicos, de los primeros motores diésel a los motores de turbina o jets actuales.

Los motores diésel consiguen la explosión del combustible por su compresión, sin utilizar bujía, y el régimen del motor se regula variando el volumen de la cámara de combustión. Carecen de mando de aceleración, siendo este su principal inconveniente, por lo que prácticamente han desaparecido del aeromodelismo, quedando relegados al vuelo circular y a algunos nostálgicos del vuelo libre. En la época de oro del vuelo circular tuvimos un piloto varias veces Campeón Mundial.

Siguieron los motores que conocemos como glow (del inglés, glow plug, bujía incandescente), que, a diferencia de los anteriores, obtienen la explosión de la mezcla por el filamento incandescente de una bujía y si tienen mando de aceleraci6n. Estos son los motores que vemos actualmente en cualquier campo de vuelo, y que podemos separar en los llamados motores de dos tiempos y en los de cuatro tiempos.

Vamos a ver el funcionamiento de cada uno de ellos.

Motor de dos tiempos

Visto exteriormente un motor de dos tiempos consta de estas partes, FIG 5: Bloque motor, que es el cuerpo principal, la parte inferior la conocemos como cárter y la superior como cilindro. El bloque motor contiene y sirve de unión a todos los demás elementos. 

Está fabricado en aluminio fundido con el fin de disipar al máximo el calor generado en su interior. Para este mismo fin toda la parte que rodea al cilindro dispone de aletas de refrigeración. La culata es la pieza que cierra el bloque motor por la parte superior, al que se une con seis tornillos allen. Rebajada en su parte inferior forma la cámara de combustión y en su centro dispone de un taladro roscado para alojar la bujía. También es de aluminio fundido y dotada de aletas de refrigeración.

El cárter se cierra por la parte posterior por la justamente llamada tapa del cárter, al que se fija con cuatro tornillos allen. El carburador es el encargado de conseguir la mezcla correcta de aire y combustible pulverizado. Se basa en el efecto Venturi que vimos en la primera parte. Dispone de una aguja roscada (aguja de alta) que regulara la entrada de combustible. En la parte opuesta se encuentra el mando de aceleración que regula la entrada de aire y un pequeño tornillo para regular el régimen al ralentí que ya viene regulado de fabrica generalmente. Para sujetar la hélice se dispone del porta hélice, con estrías para evitar su resbale, y de la arandela y tuerca de apriete.

Interiormente, FIG 6, encontraríamos estos componentes: La camisa, que es un cilindro hueco encajado en el bloque motor, dotada de aberturas llamadas lumbreras, diametralmente opuestas, unas para la admisión de la mezcla de aire y combustible y otras para la salida de los gases producidos por la explosión.

El pistón es una pieza que encaja perfectamente en el diámetro de la camisa, lleva en su interior un bulón, o eje en el que se articula la biela. En cuanto al pistón hay dos tipos de motores, aquellos cuyo pistón esta dotado de segmento, que es un aro que rodea al pistón con el fin de garantizar la máxima estanqueidad con la camisa, y los motores Schnüerle, que carecen de segmento y logran la estanqueidad por una ligerísima conicidad de la camisa. Estos motores también se conocen como tipo ABC, A de aluminio (la camisa), B de bronce (el pistón) y C de cromado (la camisa). La biela es la encargada de transformar el movimiento de subida y bajada del pistón en movimiento rotatorio del cigüeñal. El cigüeñal es el eje del motor, se une a la biela para conseguir el movimiento rotatorio. Con el fin de evitar al máximo posible las fricciones el cigüeñal se apoya en cojinetes de bolas, o en modelos más económicos en cojinetes antifricción.

En la zona que coincide con el carburador lleva una abertura para permitir la aspiración de la mezcla, que circulara por su interior, hueco, hasta la salida, en el centro del volante de inercia, y que da al cárter. Al ver el funcionamiento entenderemos mejor todo esto.

Funcionamiento de un dos tiempos

 Los cuatro tiempos clásicos, admisión, compresión, explosión y escape, que se realizan en dos vueltas de cigüeñal en los motores de cuatro tiempos, en los de dos tiempos necesitan únicamente una vuelta.

Lo tenemos de un modo gráfico en la FIG 7. A y 8 forman el primer tiempo. El pistón desciende. En C y D el pistón sube, es el segundo tiempo.

  1. Con el pistón en su punto más alto se produce la explosión. Mientras, ha estado entrando la mezcla en el cárter por el conducto del cigüeñal.
  2. La explosión empuja el pistón hacia abajo, y en su carrera descubre el orificio de escape. Mientras la mezcla se comprime en el cárter.
  3. El pistón llega a su punto más bajo. El escape continua y se abre la lumbrera de admisión. La mezcla comprimida en el cárter pasa al cilindro, ayudando a evacuar completamente los gases de la explosión
  4. El pistón sube, cerrando todas las lumbreras y comprimiendo la mezcla dentro del cilindro. Mientras, se produce la aspiración de la mezcla desde el carburador hasta el cárter. Al llegar al punto más alto se producirá otra vez la explosión, Iniciándose un nuevo ciclo.

Motor de cuatro tiempos

Un motor de cuatro tiempos consta de las mismas piezas básicas que un dos tiempos, camisa, pistón, biela y cigüeñal. La diferencia básica está en que los cuatro tiempos se realizan independientemente, sin solaparse, en dos vueltas completas del cigüeñal, y para ello la camisa no posee lumbreras de admisión ni de escape, sino que estos procesos se realizan a través de unas válvulas colocadas en la cabeza del cilindro, y que se abren o cierran según corresponda a cada tiempo.

Funcionamiento de un cuatro tiempos

 El ciclo completo de funcionamiento es este, FIG 8:

  1. Admisión. El pistón desciende, aspirando la mezcla a través de la válvula de admisión, que está abierta. La válvula de escape está cerrada.
  2. Compresión. Se cierra la válvula de admisión y la de escape sigue cerrada. El pistón sube, comprimiendo la mezcla en el interior del cilindro.
  3. Explosión. Al llegar el pistón al punto más alto, con la máxima compresión, la mezcla explosiona, empujando el pistón hacia abajo.
  4. Al llegar el pistón al punto más bajo se abre la válvula de escape. El pistón empieza a subir, expulsando los gases de la combustión. Cuando el pistón llegue al punto más alto se cerrará la válvula de escape y se abrirá la de admisión, el pistón descenderá y se iniciará de nuevo el proceso de admisión.

La bujía

Nuestros motores de aeromodelismo se distinguen de los motores de explosión mayores básicamente por su sistema de encendido, ya que no necesitan una bujía de chispa alimentada por bobina, sino que la explosión de la mezcla se consigue por una bujía de filamento permanentemente incandescente.

En general cuanto menor sea el cubicaje del motor más “caliente” deberá ser la bujía

Al poner el motor en marcha, durante las primeras explosiones se mantiene el filamento incandescente alimentándolo con corriente de 1,5 a 2 voltios mediante un accesorio, el calentador de bujías. Una vez retirado éste, el filamento se mantiene incandescente, en parte por el calor generado por las explosiones, y sobre todo por el calor generado por la reacción química que tiene lugar al oxidarse el metanol, o alcohol metílico del combustible, en contacto con el filamento, que es de aleación de platino y actúa como catalizador.

Hay diversos tipos de bujías, más “frías” o más “calientes”, numeradas según las marcas, y en general cuanto menor sea el cubicaje del motor más “caliente” deberá ser la bujía.

La bujía no provoca la explosión de la mezcla, en realidad una auténtica explosión instantánea en toda la masa, como en el caso de la dinamita, probablemente destrozaría el motor, sino que la enciende, pero la alta velocidad de propagación de la llama en el metanol hace que parezca una explosión.

El combustible

Como venimos diciendo es el metanol, al que se le añade aceite para lubricar las piezas en movimiento en el interior del motor. Hace años se utilizaba aceite de ricino, un aceite vegetal de calidad muy variable y que ensuciaba bastante el motor. Actualmente se usan aceites sintéticos de buena calidad, en una proporción habitualmente del 20%, siendo el 80% restante el metanol. Para aumentar el rendimiento de los motores y a la vez estabilizar su régimen, especialmente a bajas revoluciones, al combustible se le añade nitro metano, producto dos veces más energético que el metanol. La proporción, aunque en competición puede ser muy elevada, para entrenadores habitualmente es del 5% o del 10%, disminuyendo el metanol en la misma proporción. Hay que destacar que el metanol es altamente tóxico una dosis de 1 gramo por cada kilo de masa sería una dosis mortal, o simplemente una exposición prolongada podría afectar a la visión, por lo que al manipular el combustible se debe ser especialmente prudente.

El rodaje

Todo motor nuevo necesita de un corto periodo de rodaje para que las piezas en movimiento se adapten unas a otras sin ser sometidas a grandes esfuerzos ni a temperaturas excesivas. Lo ideal es realizar el rodaje con el motor sujeto a una bancada para este fin, disponible en muchos clubs, pero si no se dispone de ella también puede realizarse con el motor instalado en el avión y éste firmemente sujeto.

El rodaje se realiza utilizando un combustible con una mayor proporción de aceite, al menos del 25%, con una graduación muy “grasa” de la aguja de alta, y utilizando una hélice menor, en cuanto a paso, que la que corresponderá al motor en vuelo.

Se empieza con ciclos cortos de funcionamiento, de cinco o diez minutos, dejando enfriar entre cada uno, cerrando progresivamente y muy lentamente la aguja de alta, que ha empezado muy abierta. Se notará cómo el motor se “suelta” progresivamente y gira más libremente, y no será hasta los últimos ciclos, al cabo de unas dos horas, que cerraremos claramente la aguja para conseguir las máximas revoluciones durante un corto periodo de tiempo.

Durante los primeros vuelos no se debe forzar el motor, graduando la aguja bastante grasa, para lograr una mejor refrigeración.

 

Morbi .

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