sábado, 24 de octubre de 2015

DLXVIII - Más información acerca de las "Levas Compensadas"

-En la última visita a la biblioteca de la ERAU localicé una información  que desconocía y que puedo añadirla a la de los capítulos referentes al tema de las Levas Compensadas en las magnetos de los motores radiales americanos. Este tema ha sido tratado ampliamente y desde varias vertientes en los Capítulos CIX, CCLI, CXLII y CCXLV. Ahora insisto pues es mi deseo aclarar este enigmático dispositivo y su función.


-No quedé impasible en la primera ocasión que destapé la magneto de "mi" Douglas C-54 con motor Pratt & Whitney R-2000. Y como se puede evidenciar más de 50 años después sigo con el tema. Durante bastante tiempo seguí un camino erróneo al colocar el punto de referencia del cilindro 1 marcado en la leva compensada como el de la posición de la biela maestra (o madre). Me hice una plantilla del motor, con los cilindros, un cigüeñal, una biela maestra y las bieletas. Fuí marcando sobre papel transparente la posición de cada parte del conjunto mientras iba girando el cigüeñal. Y ví claramente que había un despropósito en el diseño del motor radial que indicaba que se trataba de un conjunto de anormalidades mecánicas y cinemáticas.







-No en vano  pasaban generalmente un par de años desde el primer trazo hasta el visto bueno en el banco de ensayos. Muchas soluciones mecánicas se guardaban celosamente en las Oficinas Técnicas de cada fabricante. Repito mi error fué la de colocar la leva del Nº 1 y la maestra también en el puesto 1 (el de las 12 -o'clock-). Cada fabricante pone finalmente las bielas maestras donde es más conveniente a cada motor, después de varios cambios.


"Tambien sirven de ejemplo las bieletas de algunos V-12"

-Me he encontrado que incluso en un mismo tipo de motor como por ejemplo el P&W R-2600-..., un tambor de levas compensadas no sirve para otro motor del mismo modelo pero con diferente "dash number" (R-2600-....) porque sus bielas maestras pueden no estar en el mismo lugar. Por ejemplo, si un tambor de  levas compensadas pertenece a un motor que tiene las bielas maestras o principales (master rods) en las posiciones #8 y #13 no puede usarse en otro motor que las tiene en otros cilindros como los #1 y #10.

"Desviación bieletas de un lado(la 2) y el otro (la 6)"
-Así pues, caí en el error de mencionar que directamente era para compensar el efecto de la gravedad, no es exactamente así, aunque también afecta. La cuestión radica en que las bieletas y pistones de los ojales de un lado de la biela madre  hacen que cuando el pistón está en el PMS, haya una diferencia de 6º aprox. de error entre el ojal, la bieleta y el "center line" del cilindro. Este ángulo a un lado cuando sube es exactamente el contrario en los ojales y bieletas del lado contrario. Esto lo apreciamos en el dibujo del autor anterior en trazos rojos. El resultado es que los pistones suben mas o menos según el cilindro y con el "taconazo" previsible de la combustión que destrozaría el motor, se evita atrasando la chispa o adelantándola en el caso contrario para no perder potencia.

-Dicho esto doy por bueno y "trillado" el tema de las Levas Compensadas en las magnetos de los grandes motores radiales de altas performances.

ReF.:      (DLXVIII)      RMV   /   ERAU   /   P&W.


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miércoles, 21 de octubre de 2015

DLXVII - El PAC sigue evolucionando en material aéreo

-El PAC es una Fundación que va reuniendo el material aéreo para su futuro Museo Aeronáutico, tiene instalaciones en Sabadell y acuerdos con varios centros de la Comunidad. como el CIH de La Senia con la que se ha intercambiado material. Otros están en el Prat del Llobregat, en Vilanova i la Geltrú, etc.

"Vista desde el piso superior"

-En una visita última al del Prat he podido comprobar la evolución positiva de la sala de exhibiciones, tanto como el del taller de rehabilitaciones que está contiguo.






-Han aumentado el número de planeadores y de réplicas. También ha llegado el Sabre de Vilanova para su restauración (que ya se lo merecía).


"En el depósito flexible se lee Autosellante a prueba de balas"
"Ala Century con Slats del Sabre"
-En cuanto a las réplicas, tienen dos motores de aspecto impactante pero son de materiales de fortuna, principalmente madera, hechos a conciencia, con documentación y de una exactitud aparentemente notable.



-El avance de éste proyecto es evidente dia a dia.  El retraso en las autorizaciones para los hangares en el Aeropuerto de SBD (principalmente del Ayuntamiento) no nos permiten ver el material reunido y bien dispuesto.

ReF.:   (DLXVII)        RMV   /   FPAC



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martes, 20 de octubre de 2015

DLXVI .- Los cojinetes en los motores de aviación

-Los cojinetes se usan en mecánica para reducir el rozamiento, desgaste y calentamiento entre piezas en movimiento de cualquier máquina. En los motores de pistón tienen su función principal en el cigüeñal, en los cuellos de la bancada y en las bielas. Siempre convenientemente lubricadas.


"Cojinetes antifricción de motor"
-Se usa una aleación bi- o trimetálica sobre una base de acero. Suelen ir partidos para el montaje y tienen los canales y orificios para el paso del aceite. Las aleaciones de la superficie de contacto se conocen como metal blanco a base de estaño (Sn) o plomo (Pb) aleados con antimonio (Sb)  y cobre (Cu) para dar dureza.  Se conoce este material aplicado como antifricción.


-Para el resto del motor como pies de biela o ejes de levas pueden utilizarse simples casquillos de bronce. Pero si se desean máquinas que giren más optimamente se suele acudir a cojinetes de bolas o rodillos de acero, de los que existen multitud de formas y tamaños. Son comunes los de bolas, rodillos cilíndricos y cónicos.


-Pueden ir cerrados para los que utilicen grasa empacada y estén en contacto con el exterior, caso de accesorios como magnetos, dinamos, alternadores, etc. También pueden utilizar separadores o jaulas que mantienen las bolas o rodillos repartidos y equidistantes Los de bolas y rodillos están perfectamente ajustados pero los de rodillos cónicos, el ajuste se efectúa mediante el apriete de una tuerca en el eje. En el último ejemplo de la ilustración anterior tenemos un cojinete axial.



-Los cojinetes axiales se utilizan para suavizar los movimientos transversales del eje que se trate, el cigüeñal o el eje de la hélice sea tractora o propulsora. Para ello se montaron en los versátiles V8 de la Hispano-Suiza, en este caso dobles.


"Ejemplo claro del montaje de un cojinete doble axial de bolas"

-El concepto es el mismo de la utilización en la marina. la tracción o empuje de la hélice no se transmite al interior del motor. En las embarcaciones se les denomina "cojinetes de chumacera".


"Chumacera interior del casco"

"Chumacera exterior" (foto Sediol)
-Otros cojinetes más especializados son los de las turbinas, construidos con materiales de la mas alta calidad, calculados para su esfuerzo, alta velocidad, tipo de lubrificación, materiales, etc. Así como el proceso de fabricación, sometidos a control metalúrgico, químico, tratamientos térmicos (hasta en hornos con vacío o atmósferas neutras, etc.



 -Los diseños de los actuales motores de turbina de dos y tres ejes pueden obligar a efectuar diseños especiales como es el caso siguiente, utilizando pistas interiores e interiores separadas.


-Capitulo abierto como orientación pues los diseños que en muchos casos son para cada trabajo y situación especifica. El abanico del surtido de cojinetes puede ser infinito.

"Página de un articulo sobre cojinetes de Allison, Buick y Chevrolet"


ReF.:       (DLXVI)        RMV   /   ERAU

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lunes, 19 de octubre de 2015

DLXV.- Nueva exposición de modelismo aereo y motores de aviación en SBD

-Este mes de Octubre del 2015 está abierta una exposición del Grupo de Aeromodelistas Aeronavales de la ciudad de Sabadell, cerca de Barcelona.


-Aparte de los modelos, maquetas e ilustraciones entre los que destacaban los grandes aviones radioguiados, volví a encontrarme con los pequeños motores de la colección privada de J.C. que ya conocía de otras exposiciones pero que gocé volver a fotografiar.

"Un jet de más de 2 metros de envergadura"

"Tambien éste Sopwith"
-Mi atención se centro en los pequeños motores, de micromecánica de precisión, capaces de funcionar con gas o gasolina. Habia 7: un Gnome Monosoupape, un Anzani, un Gipsy I, un Curtiss, dos Morton (uno de 5 cilindros y otro de 14) y un radial Pratt and Whitney. A escalas 1/5.









-Esta vez, traté de entrar en detalles, al no estar en vitrinas como en ocasiones anteriores. El tamaño tan reducido no disminuía la falta de detalles exactos excepto algún accesorio como magnetos o carburadores. Como el mostrado a continuación, el Curtiss y su mando de válvulas: la de admisión es un tubo por el interior del cual pasa la varilla de mando de la de escape, de compleja construcción.


"Puede compararse el tamaño del motor respecto a mi mano"
"Lo mismo respecto al Gnome"
"Magneto y carburador del Anzani"
-Una visita sustanciosa para el autor de éste Blog y asombrosa porque es difícil comprender que haya alguien capaz de construir estas joyas maravillosas. Y que funcionen.

ReF.:       (DLXV)     RMV   / Assoc Mod. SBD /  JC


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sábado, 17 de octubre de 2015

DLXIV.- Los "Dampeners" en los cigüeñales

-En el cigüeñal de un motor se producen vibraciones torsionales debido a los impulsos angulares de las explosiones en los cilindros. Cuanto más largo es el cigüeñal por el número de cilindros en linea (o en V) más se producen en el extremo opuesto a la hélice. Son vibraciones transmitidas a lo largo del eje de rotación.



-En un principio los cigüeñales eran "solidos" y simples. De "una pieza", generalmente forjada, sin más aditamentos que los cuellos de la bancada y de las bielas, Curiosamente el mismo tipo de geometria para los codos de bielas eran utilizados en motores de  4 cilindros en linea o de 8 en V, de 6 cilindros en linea y 12 en V. ver figura anterior. El de cuatro cilindros horizontales opuestos es el del primero, quizá el más utilizado en aviación ligera.

"Cigüeñal de un 12V invertido de la marca Ranger"

-La solución más sencilla de amortiguar estas vibraciones es la de colocar contrapesos flotantes en los puntos del cigüeñal donde se detectan, Analizadas las vibraciones (de 3er, 5º , 6º orden, etc) se decide la instalación correspondiente. En el del Ranger anterior se ven dos adaptadores para los péndulos en el centro y en el mismo lado y otros, uno en cada extremo pero en los lados opuestos. Los adaptadores tienen unos hojales grandes en forma de riñón que permiten un recorrido o balanceo a los péndulos pues los bulones son de un diámetro inferior. Una vez en marcha y girando, se centrifugan y ya actúan de amortiguadores.

"De un motor V-12 Allison"
"Extremo trasero con detalle del damper"
-En el extremo posterior, opuesto a la hélice (o transmisión pues recordar que muchos Allison se instalaban como en el caso de Aircobra) el Damper es de otro tipo aunque muy semejante a los utilizados en automoción, son masas múltiples alrededor de los 360º. Una u otra hace su misión en cada momento.  Por todo ello, las hélices tambien tienen una posición definida en un instalación en el motor.




-A lo largo de este Blog ya hemos visto las contrapesos pendulares de los motores radiales. Tenemos el caso del cigüeñal compuesto de un doble estrella de 14 cilindros de la Wright. Claramente los bulones tienen un diámetro más pequeños que los hojales de las masas y los adaptadores. Esto hace que al caer los contrapesos poco antes de parar o al arrancar el motor, se oiga un golpeteo metálico. Normal.

ReF.:     (DLXIV)     RMV  /  ERAU  / Allison  / Wright / Ranger



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DLXIII.- Sobre el enfriamiento de las válvulas de los motores

-Todos hemos tenido válvulas de motor en las manos y hemos observado diversas formas en las cabezas y gruesos de sus vástagos. Hay una nomenclatura para todas ellas. En sí y a modo general tienen una forma de "seta" (mushroom). También los materiales pueden ser de aceros de aleaciones inoxidables como el cromo-nickel o el tungsteno para motores sencillos y especiales como el "stellite" aplicado a los asientos de la válvula para resistir la corrosión y las altas temperaturas de motores potentes.

-Las formas más comunes son las de forma de Seta mencionadas y las de Tulipa, o semi-tulipa como vemos en la ilustración. Pero otra diferencia para las de escape es que se construyen huecas, con una cavidad en la que se introduce parcialmente (del 40 al 70% del espacio) un producto conocido como "metallic sodium" en polvo, que se licua a altas temperaturas haciendo de transmisor rápido de calor a las paredes y al exterior. Se introduce por el tapón soldado en el extremo del vástago. de material más duro.

"Los principales tipos mencionados y dos asientos postizos para los cilindros de "stellite" tambien"
-Los ángulos de los asientos y de las válvulas están rectificados de entre 30º y 45º, siendo éste último el más efectivo. Los asientos insertados en el cilindro de motores primeros de baja potencia solían ser de bronce. Las temperaturas que pueden alcanzar las válvulas son de hasta 1450º F (unos 780º C).

"Válvula enfriada por aire"

-Otra vez, el motivo de abrir un capítulo sobre un tema concreto o tan recurrente como el enfriamiento de las válvulas de los motores, es el de haber hallado una válvula enfriada de manera muy especial y poco común: hacer circular aire por su interior. Para ello varía su forma siendo el vástago más grueso al tener que ubicar un conducto interior que obliga a circular el aire que ha entrado por unas lumbreras de la guía y que rozando las paredes exteriores y la cabeza de la válvula sube por el centro hasta otras lumbreras de salida cerca del punto de aplicación del balancín. Es el tipo de válvula que utilizaba el motor de aviación Liberty V12 aplicado a los tanques, que tenían los motores encapsulados dentro del blindaje y por lo tanto con poca ventilación.

ReF.:   (DLXIII)        RMV  /  ERAU





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DLXII.- Sobre levas y seguidores (botadores)

-Lo que voy a tratar en éste capitulo es válido para cualquier motor de cuatro tiempos con eje de levas o plato de levas, es decir lineal o radial. En un radial el plato vá insertado delante o detrás de los cilindros. Caso del Wright de la siguiente fotografia, entre los cilindros y la reductora de satélites y planetarios.


-El plato gira sobre un cojinete de bronce fijo al motor por un espaciador dentado sujeto al soporte de los engranajes de reducción que toman movimiento del cuerpo de la reductora que a su vez está fijado al eje del cigüeñal.


"Arrastre del plato de levas"
-El plato de levas lleva dos pistas, una para las válvulas de admisión y otra para las de escape. En su frontal tiene la corona de dientes (no visible en el dibujo) que engranan con el pequeño piñón de reducción. El conjunto puede variar según la marca y tipo del motor pero el "tren" para proporcionar el movimiento de las válvulas es muy semejante en todos.


-En un mecanismo "clásico" vemos que la válvula tiene un resorte. El botador es directo sobre el plato y en un extremo del balancín hay un sistema de ajuste para todo el mecanismo. Esto sería perfeccionado en los motores americanos primeramente con los botadores hidráulicos de "ajuste cero". Lo que eliminaba el dispositivo de ajuste del balancín.

"Botador en reposo y presionado"
-El botador hidráulico es un cuerpo en cuyo interior hay un cilindro fijo y un pistón móvil con un resorte que lo mantiene apoyado a la varilla de levantamiento de la válvula. En el pistón fijo hay una bola que abre y cierra el paso de aceite. En reposo el aceite pasa muy desde el fondo del botador entra en el cilindro fijo y lentamente a través de la superficie finamente mecanizada, incluso "lapeada" y sin segmentos se escapa al cárter. Esta fuga permite que cuando el mecanismo está en reposo no exista presión en él.

"Válvula de escape con tres resortes de espiral"
-Cuando la leva ataca el botador y lo levanta, la bola cierra el paso por la presión que se crea en la cámara del pistón móvil superior. El aceite atrapado es incomprimible y todo el grupo se hace solidario. Al pasar la leva, se alivia la presión y se vuelve a la situación de reposo mencionada. Este mecanismo junto con que la válvula de admisión -o escape- tenga un resorte o varios hace que todo el "tren" esté sin holguras, de actuación inmediata.

-Otra ventaja de los botadores hidráulicos de "ajuste cero" es que los cilindros  se alargan con el calor más si están sujetos solo por la base y mucho más que las varillas de accionamiento de las válvulas que están más frias y menos dilatadas.  Así aquellos se encargan de mantener el ajuste correcto. En los otros motores de ajuste mecánico hay que tenerlo en cuenta pues suele hacerlo el técnico con el motor frio.

"Típica  muestra sobre el cruce de válvulas"

-Ahora quisiera explicar algo que siempre he sostenido y que últimamente he visto refrendado en un texto de pre-WWII. Cuando se nos explica que el cierre de válvulas es de 15º o 60º -ver dibujo anterior- solemos creerlo a pies juntillas. No obstante el cierre puede atrasarse más en función de la velocidad de giro del motor (a), (b) ó (c). Y aquí saco a colación otro dibujo que comprensiblemente así lo demuestra. Incluso nos dice que el levantamiento es como un brinco que puede ser mayor que la altura de la leva.


-Aquí la forma de la leva es exagerada con su cumbre plana, en realidad las levas son más suaves y como quedaría demostrado en experiencias de los fabricantes, no suelen ser más altas que un cuarto del diámetro de la válvula pues no mejoran el llenado del cilindro. (Diseño de los balancines aparte).


ReF.:    (DLXII)     RMV   /  ERAU


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