martes, 27 de junio de 2017

DCXCVIII - La Sobrepotencia en los motores a pistón (Parte 4 de 4)


                                                                    ++++ El  ADI +++++

-En los despegues y en las demandas de potencia se usan mezclas ricas que ademas enfrían el motor, pudiendo añadir algo más de combustible. Con la inyección de agua se enfría más la mezcla aire-combustible aumentando su densidad y también se suma la vaporización y expansión de la misma agua. Operativamente era una mezcla de agua y alcohol, no sólo agua.

"Avion Corsair de combate"
-Esta mezcla se inyectaba en la toma del sobrealimentador y actuaba como antidetonante, enfriando la carga de mezcla y capacitando el aumento de mayores presiones de admisión (MAP).

"Avion de aerolinea civil, Constellation"
-El más común en la WWII, en aviones militares y luego en la aviación civil de transporte fué la llamada "inyección de agua" o ADI (Anti-Detonant-Injection) que en realidad era de Agua y Methanol principalmente en la mayoría de los casos. Este sistema precisaba de un depósito y bomba aparte.

"Pratt and Whitney. El punto 28 es el regulador del agua"

-El ADI (siglas americanas) era conocido tambien como "WEP" o "War Emergency Power" o sea, Potencia de Emergencia de Guerra. El ADI era una mezcla de 50% de agua, 50% de Alcohol Metilico y una medida de aceite inhibidor para proteger las instalaciones.

"BMW-323R2"
-En la Luftwaffe, la inyección de agua podía ser pura (caso de los motores BMW-323R y Junkers Jumo 213A) siempre que las temperaturas exteriores estuviesen sobre 0º centigrados. Los motores debían ser inspeccionados cada 50 Hrs. por corrosiones.


"Jumo 213A"

-También en la Luftwaffe la inyección de Agua-Methanol se conocía como MW/50 y MW/30 nombrfe derivado de Methanol-Wasser. Había un 50% o un 30% de methanol según la referencia. Se añadía un aceite inhibidor para evitar la corrosión que era el Schutzöl.

"Motor Junkers Jumo 213"
-Cuando se utilizaba el MW/30 se trataba de un producto con 69'5 partes de agua, 0'5 de aceite inhibidor y 30 partes de methanol.

-En la Luftwaffe el aumento de potencia por este medio podía utilizarse durante 10 minutos, dejando 5 minutos de pausa antes de volver a utilizarlo. Las bujias acortaban su vida efectiva.

"Daimler-Benz DB-605A"
-En el Me-109 se podía inyectar ADI en el sobrealimentador del motor Daimler Benz DB-605 AM a un régimen de 140 litros. por hora. El consumo de gasolina subía de 465 litros por hora a 564 litros cuando se usaba el MW/30.

-Otro sistema era la inyección  de "Oxido Nitroso" en el mismo punto de inyección del ADI. Era mantenido en forma de líquido en el avión, al estar bajo presión.

-El óxido nitroso era conocido por los alemanes como el "ha-ha" o gas de la risa. El sistema era también conocido como GM-1 en el avión Ju-88 con motores BMW-801.

"BMW-801 en la reserva del MAE"
-El óxido nitroso proporciona oxígeno adicional al motor y también actúa como antidetonante al tiempo que enfría la "carga" de la mezcla, admitiendo más MAP o Presión de Admisión en el colector.

-La inyección de petroleo en la toma de aire, se utilizó en los BMW-801D para aumentar las performances de emergencia. Debían anularse los controles limitadores del supercompresor. de sobrealimentación para permitir más MAP.

"Dragster en plena aceleración"  (Internet)
-En los USA se utiliza actualmente el nitrometano para aumentar la potencia de coches en pruebas especiales, como las de los "Dragsters", "Hot Rods", etc. Curiosamente en una pelicula reciente, ganadora ademas de un Oscar, titulada "Mad-Max. Fury Road", se inyecta un producto -soplando con la boca-, justo a la entrada de aire de los supercompresores Roots tal como vemos en el fotograma.
"El actor principal prestándose a soplar el producto al motor"
-Recuerdo que en mis comienzos de aeromodelista de vuelo circular (1952, aprox.), en nuestros motores diesel añadíamos "nitrito de amilo" porque daba "alma" a la combustión del combustible (petróleo o keroseno al 35% mezclado con éter dietílico también el 35%, más aceite de ricino el 30%).

ReF.:       (DCXCVIII)     RMV   /   "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"  


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DCXCVII - La Sobrepotencia en los motores a pistón (Parte 3 de 4)

-Por capitulos anteriores de éste blog en que tratamos los motores gemelos, he sido una forma bastante habitual de obtener más potencias. No puedo olvidar el caso exagerado de los trabajos efectuados en "L'Arsenal de l'Aeronautique" francés, establecido en Chatillon-sous-Bagneaux. Hizo unos proyectos que si hubiese sido una empresa privada en lugar de una pública no lo hubiera podido resistir. 

"Acoplamiento de -practicamente- dos Jumo 213 con transmision Vernisse"
 -Conocemos el acoplamiento de dos motores Hispano-Suiza 12Z. Y también el de dos Ars-12H de 2000 CV cada uno. 

"Motor Ars-24H"
-Francia utilizó los motores Junkers Jumo 213 requisados a los alemanes tras la WWII (hacia 1946) para construir motores nuevos utilizando los bloques de los cilindros. Uno de estos motores era el 24H de 4000 CV

"Ars 2 x 24H"
-Hubo el montaje en tándem de dos motores 24H mediante una transmisión Vernisse para hélices axiales y contrarotatorias.  En total daba 8000 CV ¡con motores de piston!, Potencia jamas prevista por nadie más en aquella época, de hecho era una SOLUCION DESMESURADA Y DESCOMUNAL para un PROBLEMA   INEXISTENTE.  Las turbinas cancelaron el proyecto hacia 1950.

"El 24H" (foto Old Machine Press)

-Todas las soluciones mencionadas en las dos Partes anteriores, con aumentos de compresión y sobrealimentacion, requerían reforzamiento de los motores y por lo tanto más peso. Hubo otros medios de conseguir algo más de potencia mediante sistemas "no mecánicos". como la Inyección de Agua, que trataremos. Pero menos conocidas fueron también otras soluciones como el TACA, el "Más Cien", etc.


"CASA 352L con motores Elizalde Beta"

"La Elizalde de Barcelona fue nacionalizada como ENMASA"

-El sistema de sobrepotencia TACA era un simple limitador de recorrido de los mandos de gases, que al librar el tope con una pequeña palanquita entregaba hasta 775 CV el mismo motor. (25 CV más al abrirse totalmente la mariposa en el carburador "domado" a 750 CV).
"Detalle de los mandos de motor de la Tia Ju y la pequeña palanquita a la izquierda"
-Otro método de obtener sobrepotencia fué el "Más Cien" y se conseguía más potencia inyectando más combustible a la mezcla mediante otro surtidor suplementario. Por ejemplo, lo llevaba el carburador Mona-Hobson AVT-40.

ReF.:    (DCXCVII)         RMV    /    "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"


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sábado, 17 de junio de 2017

DCXCVI - La Sobrepotencia en los motores a pistón (Parte 2 de 4)

-Otra solución alternativa a los sobrealimentadores de dos velocidades eran los que llevaban compresores de 1 o 2 escalones. Y además algunos, debido al tamaño y alto giro de los compresores, utilizaban intercambiadores de calor (Intercoolers) para enfriar el aire comprimido y caliente de la salida de la/s etapas y devolverle densidad antes de entrar en los cilindros.

"Rolls-Royce Merlin 61"

-Hay dos conceptos: en un motor militar el sobrealimentador y turbosobrealimentador se usa para obtener mayor potencia y en un avión de "alta performance civil" de Aviación General el turbosobrealimentador se utiliza para MANTENER la potencia con la altura. O sea que a nivel del mar están "domados" y el turbo va entrando en acción progresivamente a medida que el avión asciende pero con practicamente la misma potencia hasta llegar a la "altura crítica" en que empieza a perder potencia como en un motor atmosférico. Unos controles automáticos ayudan al piloto a efectuar los ajustes.

"Lycoming TSIO-541 turbosobrealimentado"
-Aditamentos como los sobrealimentadores o los turbosobrealimentadores son dispositivos de sobrepotencia. Complementados con mejoras como cámaras de combustión hemisféricas, cuatro válvulas por cilindro, sistemas de inyección de combustible, etc.

"Supermarine S-6 para el Trofeo Schneider. Además fué el ganador"

"Rolls-Royce R"

-Hubo momentos en que se obtenían grandes potencias con un motor casi básico con medios extraordinarios. Es el caso de los aviones del Trofeo Scheneider. En el año 1929 la Rolls Royce preparó el motor "R" para el avion Supermarine S-6. Sobrealimentado a limites extremos llegaba la presión de admisión (MAP) hasta 72'3 pulgadas de mercurio. Recordar que la atmósfera standard al nivel del mar es de 29´92 pulgadas de mercurio = 1013 milibares.

"Motor Fiat AS-6, de record"

-Este avión inglés tuvo un formidable rival en el Fiat MC-72 que llevaba un motor doble AS-6, sobrealimentado también, como adivinamos en la ilustración anterior.

-Pero no termina aquí la cosa, si hemos visto que hay un extremo de desarrollo mecánico, el del combustible utilizado no fué menor. El motor "R" de la Rolls-Royce, no consumía gasolina standard mas o menos mejor de la época sinó que era el cocktail siguiente: 78% de benzol, 22% de petroleo rumano y 2'5 cc por Galón Imperial de TEL (Tetraetilo de Plomo).


"MC-72 en el Museo de Vigna di Valle"
-El Motor Fiat AS-6 llegó tarde a la competición, pasados los años 1929-30. Pero lo que aquí nos interesa es que utilizaba el siguiente combustible: 55% de bencina, 22% de benzol, 23% de alcohol etilico y un 1'5 por mil de TEL.



-Retomando la evolución de los motores sobrealimentados "Merlin" de la Rolls-Royce, hay tres grupos militares definidos. El 1º puede ser el de los "Merlin" I, II, XII, 30, 45, 46 y alguno más posiblemente. Tienen un sobrealimentador de 1 escalón y de 1 velocidad.


-En el segundo grupo estarían los motores con un escalón y dos velocidades, como los "Merlin" de las series X y XX.





-En el 3er grupo y mayor, son los "Merlin" de 2 escalones, 2 velocidades e "intercooler" y aqui estarían los de las series 61, 64, 66, 69, 70, 76, 85, 100, 130, 140...,.

-Las series de "Merlin" 500 y 600 se consideran civiles. Cuando se deseó obtener más potencia, habiendo llegado los "Merlin" al limite de su desarrollo, se hicieron los "Griffon" motores de nueva planta.

-Todas las marcas importantes tuvieron un proceso parecido, cada modelo se planteaba con posibilidades de desarrollo pero llegado al limite se decidia por otro concepto con nuevo nombre. Esto, hasta la llegada de las turbinas.  

-En los siguientes capitulos sobre las Sobrepotencias se desarrollaran otras vertientes del tema. Sigue en las Partes 2 y 3.


ReF.:      (DCXCVI)     RMV   /    "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"

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DCXCV - La Sobrepotencia en los motores a pistón (Parte 1 de 4)

-Las soluciones para conseguir más potencias en los motores de aviación llegaron progresivamente pero sin pausa a lo largo de los poco mas de 100 años que existe la aviación propulsada. La solución primaria ha sido siempre la de ir aumentando el tamaño del motor, con más cubicaje y más cilindros para repartir la "carga" de las carreras efectivas sobre el eje motor (cigüeñal).


-En el Pratt and Whitney R-4360, radial de cuatro estrellas o "rows", hay 28 cilindros. Si dividimos los 720º de las dos vueltas requeridas por el ciclo de 4T por el N de cilindros, tenemos un impulso sobre el cigüeñal cada 25'7142 grados de giro. (Ver capitulo DCLXXXVIII, para más temas referidos a este motor). Si este cubicaje estuviera reunido en un solo cilindro de enorme tamaño, el impulso seria brutal y el motor daría un brinco tremendo a cada dos vueltas. Aun con volante de inercia.
"Radial de 14 cilindros: 1 carrera efectiva cada 51'428 grados"
-No es lo mismo un motor de un sólo cilindro de gran tamaño con un impulso cada dos giros (4T) que otro con la misma cilindrada y 14 cilindros en que en cada dos giros ha dado 14 impulsos menores. La carga se reparte y las vibraciones disminuyen. Hacia el fin de la WWII hubo motores de 28, 36 y más cilindros. Poco más tarde llegaron las turbinas definitivamente para obtener altas potencias.

"El bonito Hispano Suiza V8 de la Primera Guerra Mundial"
-Podemos comprobar que los combustibles de principio del siglo XX no permitían relaciones de compresión superiores a 5:1 que limitaban la marcha de los motores por autoencendido o detonación. Tras la WWI ya se habían alcanzado relaciones de compresión de hasta 6'5:1. Y por la vía de la relación de compresión, con los nuevos combustibles y sobretodo con la aparición de los aditivos antidetonantes como el tetraetilo de plomo, llegamos a la WWII. Fué un camino para aumentar la potencia de un mismo diseño de motor.

"Reductoras epicicloidales para radiales, a la Izda. de  relación variable y a la derecha de 2:1"

"Reductora de satélites y planetarios -epìcicloidal- para radiales"


-Las reductoras de engranajes rectos eran mas sencillas y utilizadas en motores lineales, especialmente los grandes de 12 cilindros en V. Curiosamente se muestran las dos reductoras utilizadas en el Rolls-Royce Merlin para obtener giro normal y en sentido contrario, utilizado por ejemplo en los DH Mosquito para mejorar la estabilidad. Un motor giraba en un sentido y el otro en el contrario.

-Como se supone, con el aumento de cilindrada y tamaño del motor se obtienen mayores potencias, pero también a través de las revoluciones por minuto. Así que otro camino fué la inclusión de reductoras para la hélice, ya que ésta era la que tenía un limite en la eficiencia aerodinámica debido a la velocidad periférica de la punta de cada pala: la velocidad del sonido.


-En los radiales se usaban preferentemente los epicicloidales de satélites y planetarios. Rolls-Royce las utilizó en el inicio en sus motores "Eagle" y "Condor", pasando a las de engranajes superpuestos a partir de los "Kestrel".

"Sobrealimentador mecánico de un radial y tren de engranajes"

"La potencia absorvida por el sobrealimentador queda compensada con la mucho mayor entregada"

-La siguiente solución para obtener más potencia con el mismo motor era sobrealimentándolo. Por un lado para llenar mejor cada cilindro y otro compensar la pérdida de densidad del aire circundante con la altura, el ambiente normal de funcionamiento de los motores de aviación.


"A una altura de 5200 pies hemos perdido ya presión de admisión en el colector hasta 40'5 con gases a fondo. Pasando a Alta relación de giro, recuperamos presión de admisión y potencia"
-Los sobrealimentadores podían ser mecánicos girando a 10 veces más que el cigüeñal (aprox.) y podían tener una o dos velocidades de rotación. En los de dos velocidades la de Baja relación de giro se utilizaba desde el nivel del mar hasta un determinado nivel (diferente para cada motor). No se debía cambiar a Alta por debajo de los 7000 pies de nivel de vuelo en un R-2000 del Douglas C-54. A partir de esta mayor velocidad del sobrealimentador recuperamos la presión de admisión a 44 pulgadas de MAP, (Presión en el colector de admisión). El mecánico de a bordo debía cambiar de marcha a través de un embrague, como en los automóviles.

-Sigue en la Parte 2 de 4.  Capitulo con el mismo titulo.


ReF.-    (DCXCV)     RMV  /    "Los Motores Aeroespaciales, A-Z"   /  "Los Motores de Aviación, Alternativos"



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