Evolución de los sistemas propulsivos

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Unidad Profesional Ticomán

AUTOR: MIRANDA MONSIVAIS JEAN ANGEL

GRUPO: 4AM2

Introducción

Propulsión según la Real Academia Española es:

Procedimiento empleado para que un avión, proyectil, cohete, etc., avance en el espacio, por efecto de la reacción producida por la descarga de un fluido que es expulsado a gran velocidad por la parte posterior.

Es de saber que para existir propulsión debe haber una máquina que sea capaz de transformar la energía en esa “reacción” que se necesita para que esos objetos avancen en el espacio.

Los motores son máquinas que convierten la energía en trabajo físico y su concepto existe desde el siglo XIX, y desde entonces hasta la actualidad se han diseñado y fabricado infinidad de motores que a su vez fueron evolucionando y por lo tanto mejorando en muchos aspectos. También, como toda buena idea, existen los derivados los cuales surgieron a partir de aplicar diferentes parámetros para la conversión de la energía. Es por eso que hay motores con diferentes bases de funcionamiento (electricidad, reacciones químicas o reacciones térmicas), a la vez de las bases de funcionamiento, se desprenden más ramas con categorías más específicas en los motores (como motores de combustión interna o externa, etc.). Es entonces que de esas categorías se pueden hacer comparativas para la aplicación de un motor (en este caso como parte de un sistema propulsivo), y finalmente se podrá entender el propósito de diseño de cada motor.

Para el estudio en particular de la aeronáutica se enfocará el texto en motores usados para dicha materia, como los son los alternativos y los de reacción.

Contenido

Evolución de los sistemas propulsivos 1

1.1 Primeros Motores

El desarrollo de los motores de combustión interna tomó lugar mayormente durante el siglo XIX. Uno de los primeros motores como tales, fue descrito en 1820 por el reverendo W. Cecil en un discurso ante la Sociedad Filosófica de Cambridge en Inglaterra. Dicho motor operaba en una mezcla de hidrógeno y aire. En 1838 el inventor inglés William Barnett construyó un motor de gas de un solo cilindro que tenía cámaras de combustión en la parte superior e inferior del pistón. Ese motor quemaba combustible gaseoso en lugar del combustible líquido del motor de gasolina moderno.

El primer motor de gas práctico se construyó en 1860 por un inventor francés llamado Jean Joseph Étienne Lenoir. Ese motor utilizaba gas de alumbrado como combustible, y la ignición la proveía un sistema de baterías. Después de pocos años, aproximadamente 400 motores como esos se habían construido para operar diferentes maquinarias, como tornos e imprentas.

El primer motor de cuatro tiempos fue creado por August Otto y Eugen Langen en Alemania en 1876. Es por ello que a los motores de cuatro tiempos se les suele llamar motores de ciclo otto. Otto y Langen también construyeron un motor de dos tiempos.

En Estados Unidos, George B. Brayton, un ingeniero, construyó un motor usando gasolina como combustible y lo exhibió en 1876 a la Centennial Exposition en Philadelphia. El primer motor de gasolina de cuatro tiempos que realmente tuvo éxito se construyó en Alemania en 1885 por Gottlieb Daimler, quien estaba asociado previamente con Otto y Langen. Un motor de gasolina similar fue construido por Karl Benz en Alemania en el mismo año. Los motores de Daimler y Benz fueron usados en los primeros automóviles, y los motores actuales son muy similares en muchos aspectos según los motores de Daimler y Benz.

1.2 Primer motor de avión exitoso

En tanto que el primer vuelo propulsado en una aeronave fue hecho por los hermanos Wright en 17 de diciembre de 1903, y es seguro decir que el primer motor de gasolina usado con éxito en una aeronave fue el que usaron los hermanos Wright en su aeronave. Este motor fue diseñado y construido por los Hermanos Wright y su mecánico, Charles Taylor. El motor tenía las siguientes características: (1) enfriamiento por agua; (2) cuatro cilindros; (3) diámetro, 4 3/8 in. [11.11 cm], y carrera, 4 in. [10.16 cm]; desplazamiento, 240 pulgadas cúbicas (in³) [3232.9 cm³]; (4) 12 caballos de fuerza (hp) [8.94 kilowatts (kW)]; (5) peso, 180 libras (lb) [82 kilogramos (kg)]; (6) cilindros de hierro fundido con camisas de refrigeración de hoja de aluminio; (7) Válvulas en cabeza con una válvula de escape mecánicamente operada, y la válvula de admisión operada automáticamente; (8)Caja del cigüeñal de aleación de aluminio; (9) carburación por medio de flujo de combustible en un colector calentado; y (10) ignición por medio de un magneto de alta tensión. Se muestra la foto del motor Wright.

1.3 Motores de avión en la primera guerra mundial

El extenso desarrollo y uso de aeronaves durante la primera guerra mundial contribuyó en gran parte de las mejoras en los motores.

Motores radiales rotativos. Un tipo de motor que tuvo un uso extensivo fue el motor radial rotativo enfriado por aire. En este motor el cigüeñal esta estacionario, y los cilindros giran alrededor del cigüeñal. Entre los motores rotativos mejor conocidos se encuentra el LeRhone (Fig. 1-2), el Gnome-Monosoupape (Fig. 1-3), y el Bentley que tiene una apariencia similar. En estos motores, el cigüeñal está asegurado a los soportes del motor que están en el avión, y la propela está sujeta a la carcasa del motor.

Aunque los motores rotativos propulsaron muchos de los aviones de la primera guerra mundial, tenían dos serias desventajas: (1) el torque y los efectos giroscópicos de la enorme masa rotante hacía los aviones difíciles de controlar; y (2) los motores usaban aceite de ricino como lubricante, y cuando el aceite se mezclaba con el combustible en la caja del cigüeñal, el escape de los motores contenía humos de aceite de ricino que a menudo causaba nauseas a los pilotos.

Motores en línea. Un número considerable de motores en línea también fueron desarrollados durante la primera guerra mundial.

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