Motores radiales para los fierreros

Motores Radiales Por: Luis Morales, Andrés Pacheco. I.- Introducción: Suele decirse que la máquina a vapor es el origen del formidable desarrollo del maquinismo moderno; se puede afirmar que en el curso de este desarrollo, el descubrimiento del motor de combustión interna ha sido toda una revolución, de importancia comparable a la que provocó la aparición de la máquina de vapor. el motor de gas de Lenoir (1860), que funciona con explosiones, pero sin compresión previa, fue el primer motor industrial. Después, el motor de "compresión previa y ciclo de 4 tiempos", definido por Beau de Rochas (1862) y realizado por Otto en 1878, provee a la industria de un motor de media potencia, cuyo precio y complicación no son comparables al conjunto generador-máquina de vapor. Posteriormente, en 1893, Rudolph Diesel enuncia el principio del motor de "combustión interna y alta compresión previa", sin encendido, el cual debía ser alimentado directamente por un combustible pesado , no fluido y relativamente económico. Con el tiempo y el estudio detallado de los motores, se encontró que los motores más potentes tienen necesariamente que ser multicilíndricos. Es por eso que comienzan a desarrollarse numerosos tipos de motores, cambiando principalmente el tipo de combustible (y por ende el principio que los rige), así como también variando la disposición de los cilindros, con el fin de lograr un máximo de potencia. Así es como nacen los Motores Radiales (también llamados motores en estrella); motores cuyos cilindros están dispuestos en ejes radiales simétricos. A continuación pretendemos explicar brevemente el principio y funcionamiento de este interesante tipo de motores. II.- Funcionamiento de un Motor Radial: Tal como se podría esperar, la diferencia del funcionamiento de un motor radial respecto de un motor en linea (como el de un automóvil, por ejemplo) radica en la disposición de los cilindros y de la manera en q ue éstos se mueven y ransmiten el movimiento. Estos motores necesitan un cigüeñal corto, de uno o dos codos, donde se aprovecha bien el metal. Pero ello lleva consigo complicaciones constructivas bastante serias. En cuanto al número de cilindros, los hay de 3, 5, 7, 9 en un plano. Pueden tener incluso hasta 18 cilindros, pero éstos deben estar organizados en dos planos (de 9 pistones cada uno) El motor radial presenta el problema de sujetar 3,5,7 o 9 bielas en un solo muñón. Se emplea para ello una biela principal para un cilindro, siendo acopladas a ella otras bielas articuladas. Debe notarse que la biela principal ejecuta el mismo movimiento que el que ejecuta la biela en la mayoría de los motores, en tanto que una biela articulada sigue una trayectoria ligeramente diferente, debido a que el punto de fijación no queda en el centro de fijación del muñón del cigüeñal. El sistema de enfriamiento puede ser por aire o por agua, pero dada que la aplicación principal de este motor (la aviación) requiere poco peso, lo usual es que sea enfriado por aire. En cuanto a la combustión, se usa preferentemente el principio de compresión previa y ciclo de 4 tiempos, dado que el combustible es más liviano y fluido (gasolina de alta calidad). Sin embargo, se han desarrollado motores Diesel con cilindros en disposición radial. Entonces, tenemos un motor que opera en un ciclo de 4 tiempos (admisión, compresión, combustión y escape) y cuyos cilindros están dispuestos en forma radial en torno a un cigüeñal con uno o dos codos. La tendencia de los fabricantes es a aumentar la potencia del motor; pero esto lo logran a costa de aumentar el número de pistones, artificio que tiene el inconveniente de aumentar el peso (y volúmen) del motor. También es considerable que en el sistema de refrigeración de la gran mayoría de los motores se usa aire, siendo contadas las ocasiones que se ocupa líquido. IV.- Otras Aplicaciones de motores radiales Turbocompresores (TC) radiales: La compresión de los gases ,y muy especialmente la del aire ,es un proceso industrial muy frecuente .Si los caudales del aire o gas son relativamente elevados ,y las presiones no excesivas ,el TC aventaja al compresor alternativo y rotativo de desplazamiento positivo. Estas son las ventajas del TC en comparación con los compresores alternativos: construcción compacta volumen de máquina reducido seguridad de funcionamiento carencia de desgaste escasa cimentación montaje sencillo marcha exenta de vibraciones regulación progresiva fácil carencia de vibraciones en los conductos de gas empleo para su accionamiento de motores eléctricos normales de rotor en cortocircuito débil consumo de corriente eléctrica en el arranque carencia de problemas de mezcla del aceite de lubricación con el gas Todas estas ventajas justifican la introducción del TC en la industria ,desplazando al compresor alternativo ,sobre todo cuando se requieren caudales volumétricos elevados. Gracias a investigaciones realizadas para el desarrollo del compresor el TC invade cada vez más la zona de aplicación de los compresores alternativos . Los TC se clasifican en turbosoplantes y turbocompresores propiamente tales , según que la relación de compresión sea o no inferior a 2.5 a 3.Los primeros carecen de refrigeración y generalmente constan de un solo escalonamiento. Los segundos suelen ser refrigerados y de múltiples escalonamientos . El TC radial presenta desventaja con respecto a uno axial: peor rendimiento para un mismo caudal y presión menor número de revoluciones. En general el compresor radial tiene mayor volumen ,menos superficie frontal ,y menos peso para igualdad de gasto másico y de relación de compresión .Esta desventaja es excepcionalmente importante en aviación ,e históricamente constituyó el estímulo para la evolución del TC axial con destino a los turborreactores. La última desventaja se hace presente en el campo de las relaciones de compresión elevadas y de las grandes potencias .Por esta razón , los TC de los motores TG de gran potencia suelen ser axiales y los de los motores TG de peque&n tildea potencia ,radiales. Por lo que respecta a la relación de compresión ,si ésta es pequeña , podrá lograrse con un TC radial de un solo escalonamiento , con lo cual peso y volumen de la máquina será me nor que si se empleara un TC axial ,que necesariamente tendrá que ser de varios escalonamientos . Cada vez más se esta usando la construcción de TC con álabes de salida radial ,curvados a la entrada ,del tipo semiabierto , con este tipo de rodeles se obtienen velocidades periféricas elevadísimas superiores a los 450 m/s. Turbinas radiales: Al lado de las turbinas térmicas (TT) axiales se construyen también las TT radiales ; aunque la preponderancia de las primeras sobre las segundas, sobre todo en el campo de las de las grandes potencias , es absoluta. A veces e l flujo radial es importante aunque la TT se debería entonces clasificar entre las turbomáquinas (TM) diagonales, prácticamente se siguen denominando máquinas axiales. Además la teoría de las máquinas radia les es fundamentalmente la misma que la de las máquinas axiales, así como su proyecto termodinámico , particularmente veremos algunos tipos muy conocidos de TV. El flujo del vapor en el rodete y en el interior de una TV radial es radial ,como su mismo nombre lo indica , o sea fundamentalmente tiene lugar en planos normales al eje de la máquina; en contraposición al flujo de vapor en una TV axial , que tiene lugar en cilindros coaxiales con el eje de la máquina. El flujo es además generalmente centrífugo ; aunque en el caso de varios rodetes en serie el flujo puede ser alternativamente centrípeto y centrífugo, con el flujo centrípeto la turbina desarrolla mayor trabajo para u n mismo diámetro que con flujo centrífugo. El interés que despertó desde el principio la turbina radial y que aún sigue despertando para pequeñas potencias , sola o acoplando en serie algunos escalonamientos axiales , se debe a sus innegables ventajas, que son las siguientes: gran compacidad en longitud axial , lo que acorta la distancia entre cojinetes ; carcasa no sometida a fuertes presiones , lo que abarata grandemente su construcción ; longitud axial suficiente , aún en el primer escalonamiento , y aunque la presión del vapor sea elevada, con lo cual el diámetro del primer escalonamiento puede ser casi igual al diámetro del eje. Existen fundamentalmente dos tipos de TV radiales :turbinas radiales puras y turbinas mixtas radiales y axiales . Las TV radiales y la parte radial de las TV mixtas pueden a su vez ser de giro único o de contragiro (de doble giro en sentido contrario). Aunque se han construido TV radiales de acción estas constituyen una excepción , prefiriéndose en general las TV radiales como las TV de reacción. La turbina de giro único: Este tipo suele construirse con dos o, para saltos entálpicos muy grandes , con tres rodeles , cada uno compuesto de tres rodeles , cada uno compuesto de cierto número de escalonamientos. La turbina Siemens de giro único de la figura tiene dos coronas móviles que giran en el mismo sentido ; siendo como ya hemos dicho , el flujo centrípeto en la primera corona y centrífugo en la segunda . La expansión tiene lugar en las coronas fijas y en las móviles (escalonamientos de reacción) En la TV Siemens el primer escalonamiento de la primera corona , o sea el escalonamiento más exterior de la turbina es de acción a fin de poder utilizar la regulación cuantitativa que es más económica . La regulación actúe cuantitativa exige la admisión parcial al cual a su vez sólo es posible en los escalonamientos de acción. La turbina de contragiro (turbina Ljungstrom): La turbina de contragiro es la que ha tenido más éxito , y aún lo sigue teniendo, entre las TV radiales .Esta turbina carece de coronas directrices fijas , consta de dos discos o rodetes , que giran en sentido contrario , en lo s cuales se encuentran fijos los álabes en dirección normal al movimiento. Ambos rodetes son completamente iguales . Los álabes de un rodete se mueven en los espacios libres entre los álabes del otro rodete . La expansión tiene lugar alternativamente en los álabes móviles de uno y otro rodete sin corona directriz intermedia. De esta manera se eliminan las pérdidas por rozamiento en los álabes fijos; como además la velocidad periférica relativa es el doble que en las turbinas de giro único , se reduce el número de álabes en la cuarta parte .De esta manera se alcanzan potencias de hasta 5000 KW, y en la versión de turbina mixta o turbina radial-radial di sponiendo después de los escalonamientos radiales un rodete axial de admisión doble se puede llegar 50000 KW. La turbina Ljungstrom instalada en la Rusia blanca de 10000 KW con unas condiciones de entrada de 25.5 bar y 440°C y 96% de vacío ha dado un rendimiento máximo de 82% ; lo cual puede dar una idea del alto rendimiento que pueden alcanzar y eacute;stas máquinas . V.- Conclusiones: Como conclusiones generales podemos nombrar alguna de las ventajas y desventajas de los motores radiales . Las ventajas más importantes es que son de construcción compacta , son de volumen reducido , de gran seguridad , de fácil montaje ,débil consumo de corriente , pocas vibraciones. Por el contrario sus desventajas más notorias es que tienen problemas en las relaciones de compresión elevadas sus rendimientos no son mejores que otros tipos de motores y no son usados para grandes potencias. Algunos videos Puesta en marcha de un B17 Fliyng Fortress.swf] Griffon mk58 contrarotativo radial en un tractor radial en una moto arrancando a mano 1000HP Grumann Bearcat radial rotativo caserito Fuentes: http://www.transporte.cu/ignicion/CD%20Boletines%/motor-radial.htm Wikipedia Videos de youtube