Motor aero Vs. Motor de auto

Cuando volaba en Piper PA11, allá en el aeródromo de San Justo (JUS) mi instructor Hernán Reyes, me decía: “El planeador…vaya y pase, los instrumentos sí son caros…pero lo que vale del avión es el motor”

Para ese entonces ni se me cruzaba por la cabeza la idea de construir, hoy corroboro sus dichos.

Para la mayoría de los diseñadores que proveen planos de aeronaves, el motor seleccionado por ellos será aeronáutico nativo.

Rotax, Lycoming, Continental, UL-Power, Jabiru, solo por mencionar algunos motores nativos aeronáuticos conocidos.

El valor del motor dependerá radicalmente de la potencia del mismo, pudiendo variar entre los 10.000 U$S – 20.000 U$S y más también…claro que ahora si mi presupuesto es acotado estos valores pueden resultar a todas luces absolutamente inalcanzables.

La pregunta es: ¿Como puedo abaratar los costos del motorizado de mi avión si tener que abandonar el proyecto?

Existe la transformación de un motor de auto para poder ser utilizado en un avión. Y aquí el valor se reduce drásticamente comparado con motores aeronáuticos nativos.

Un motor aeronáutico de 120 Hp que puede costar alrededor de 20 mil dólares, no puede competir (en cuanto a precios, claro está) con un motor de auto “aeronautizado” que para la misma potencia cuesta unos 8 mil dólares o mucho menos si somos capaces de hacer el trabajo de "aeronautizado" nosotros mismos.

Claro que si fuera todo tan sencillo, cualquiera se inclinaría por comprar motores de auto y aeronautizarlos.

Pero esto no es del todo así.

Existen grandes divergencias entre los motores que nacen para ser aeronáuticos y la transformación de un motor que nació para ser instalado en un automóvil.

Veamos estas diferencias:

PESO

Un motor aero nativo puede pesar 30 kg, 40 Kg menos (y menos también) que su par de auto para la misma potencia.

Como todos deben saber, el peso es preponderante en un avión. Es mandatario. Por lo cual no es un tema menor la selección de un motor alternativo con un peso que supera en un 50% al motor original, aquel que el diseñador indicó instalar.

LOS PROBLEMAS DE AUMENTAR EL PESO DEL MOTOR

Sin embargo, el peso no se traduce en un simple incremento del mismo. Veamos:

• El aumentar el peso en la parte delantera de nuestro avión, justo en la punta, ocasiona un incremento en el momento de la fuerza por el brazo de palanca generado desde la línea "virtual" denominada DATUM ubicada en el parallamas o en le borde de ataque del ala. Si suponemos que el centro de gravedad del motor se encuentra justo en la mitad del mismo y a 40 cm de esta línea, el momento de la fuerza es prácticamente un 50% superior al momento obtenido con el motor aeronáutico nativo.

Esto trae aparejado varios inconvenientes:

• Se deberá disminuir el total de la carga útil que originalmente podía transportar la aeronave a modo de compensación, o
• Se deberá volar siempre con acción del compensador o TRIM tal de trasladar el CG hacia atrás. El avión tenderá constantemente a volcar la nariz.
• Para evitar la acción del compesandor, se deberá lastrar la cola para volver a ubicar el CG en su posición, con otro aumento de peso y más disminución de la carga útil.
• Se deberá hacer lo detallado arriba sin disminuir la carga útil (lastre en la parte trasera y/o acción del compensador) recalculando todas las velocidades del avión, ya que el incremento en el peso auto-impuesto por nosotros ha modificado todas las actuaciones del modelo:
• Velocidad de planeo, ha aumentado
• Velocidad de ascenso, ha aumentado
• velocidad de maniobra, ha aumentado
• Velocidad de pérdida, ha aumentado
• Velocidad crucero, ha aumentado

Y además:

• Consumo de combustible, ha aumentado
• Autonomía, ha disminuido
• Alcance, ha disminuido
• Carrera de despegue, ha aumentado
• Carrera de aterrizaje; ha aumentado
• Frenado, menor performance por aumento de inercia, o lo que es correcto desde un punto de vista físico; mayor cantidad de movimiento (masa por velocidad)

Mensurar cada parámetro para determinar cual pueda ser despreciable y cual pueda resultar crítico dependerá de cada caso particular. Probablemente ninguna sea de un impacto superlativo. Sin embargo es menester tenerlas presentes y haberlas evaluado para poder discernir con sapiencia. Por supuesto todo lo ante dicho aplica a cualquier aumento de peso dado en el avión, sin necesidad de que se trate específicamente del motor.

Cuando nos digan "poné este otro motor que te ahorrás 9 mil dólares y son solo 20 o 30 Kilitos más" atentos...

Creo haberlo dicho en otra entrada pero no está de más repetirlo:

ES UNA PÉSIMA IDEA CONSTRUIR UN FUSELAJE SIN ANTES HABER ESTUDIADO LOS PORMENORES DEL MOTOR QUE DEBE LLEVAR PUESTO POR DISEÑO. SI NO PODEMOS PAGARLO, EVALUAR LAS ALTERNATIVAS DE REEMPLAZO ANTES DE EMPEZAR A HACER NADA MAS.

EL SISTEMA ELÉCTRICO y la INYECCIÓN

Un motor aeronáutico nativo,en general se independiza completamente de la batería para mantenerse en funcionamiento y posee carburador.

Digo "en general" porque ya existen algunos motores aeronáuticos con encendido eléctrico y con inyección computarizada. De hecho el motor italiano mostrado en la imagen arriba, es uno de estos casos.

Pero prefiero centrarme en aquellos motores tradicionales cuyas características son las que sugieren los expertos; Carburador y magnetos

MAGNETO VS. BATERÍA

El magneto es....es como si fuera un encendedor de chispa que utilizamos para encender el horno. Los magnetos no necesitan de otro componente, así como la batería necesita del alternador, para mantenerse en funcionamiento. Cada vuelta de hélice genera que el magneto dispare la descarga eléctrica (como si fuera la chispa del encendedor del horno) que por medio de cables se trasmite a las bujías. En resumidas cuentas, es más o menos así.

¿Entonces, porque los aviones tienen una batería?

La tienen para hacer funcionar el resto de elementos que necesitan energía eléctrica continua; algunos instrumentos de vuelo ubicados en el tablero si los hubiera, la radio y las luces.

Pero si muriera la batería en pleno vuelo, el motor no se detiene. Sigue trabajando por acción de sus magnetos. Solo dejarán de funcionar algunos instrumentos, la radio y las luces. Lo que por supuesto no posee mayor impacto en el vuelo (al menos comparado con una detención del motor).

Debido a esto, en cualquier tablero de instrumentos de una aeronave que posea un motor de auto aeronautizado, se deberá contar con instrumentos específicos para monitorear la vida del alternador y la batería; Amperímetro y voltímetro.

Los magnetos son probablemente la razón prioritaria que asegura el funcionamiento de un motor en vuelo, independiente de la electricidad provista por una batería como necesitaría un motor de auto avionizado

En cuanto a la inyección, en un motor de auto se privilegia el consumo del combustible, por ello el sistema de inyección es un gran invento en la industria automotríz.

Pero en un avión, más que privilegiar el consumo, se optimiza la seguridad y se garantiza su funcionamiento. Por ello es primordial la facilidad constructiva con un simple carburador, a la complejidad de un sistema computarizado en donde por más que el fabricante "asegure" un funcionamiento continuo y sin fallas, no deja de contar con una cantidad muy superior de variables que, de acontecer falla en alguna de ellas, pueda ocasionar una detención en vuelo o una pérdida de potencia.

El carburador es simple y mecánico, posee una mariposa en el "estarter" que regula el ingreso de aire y combustible. El carburador solo necesita el "agregado" de aire caliente para que en determinadas circunstancias no se produzca el engelamiento.

La inyección necesita de una computadora programable denominada ECU que es, ni más ni menos, el ordenador que comanda su completo funcionamiento con la complejidad que esto conlleva a cualquier sistema computarizado que, además, necesita electricidad para funcionar.

Pero, como dije antes, existen ya muchos motores aeronáuticos que han incorporado el sistema de inyección electrónica como un estándar. En lo personal, de elegir, prefiero sin dudarlo un motor aeronáutico con carburador y magnetos.

SIMPLICIDAD CONSTRUCTIVA

La simplicidad constructiva se refiere a minimizar todo aquello que en un motor pudiera fallar para ocasionar su detenimiento, o le restase de algún modo potencia.

Sin potencia, no despegamos (obviemos la hélice)

Sin un sistema simple, corremos riesgos de diversas fallas.

¿Alguien ha visto alguna vez un avión de bajo porte con aire acondicionado? Ya mencionarlo causa risa. El sistema es complejo, pesado y fundamentalmente ocasiona una drástica disminución en la potencia del motor. A su vez nadie se subiría en verano a un auto sin aire acondicionado.

El AA es uno de esos sistemas que son extraídos del motor de auto, cuando se lo aeronautiza.

Otro sistema importante es el de refrigeración. Cualquier motor de auto posee refrigeración líquida, su compartimento para el agua, mangueras, bomba, etc.

Los motores aeronáuticos carecen de este sistema ya que su ingeniería permite que el aire propulsado por la hélice baste para tal fin.

Sin embargo, más allá de que la misma hélice refrigeraría de igual modo un motor de auto instalado en un avión, el sistema resulta deficiente para este tipo de motores y por tanto se debe dejar instalada la refrigeración líquida que trae por defecto.

Como una imagen vale más que mil palabras, veamos un claro ejemplo y ustedes podrán determinar cual, de los de abajo, es el motor aero nativo y cual el de auto aeronautizado.

ESPACIO

Viendo la imagen de arriba me recuerda otro pequeño (gran) inconveniente que presentan los motores de auto aeronautizados.

El espacio en el morro.

En general aquellos aviones diseñados originalmente para ser propulsados por un motor aeronáutico cuentan con espacio acotado en la nariz, tal que se construye la bancada del motor o "araña" como algunos la llaman, se instala el motor, se arma el carenado y la nariz queda reducida al espacio justo que el motor ocupa.

Esto hace la nariz del fuselaje mas liviana (menor espacio ocupado, menor material utilizado para construcción, menor peso) mas económica (menor espacio, menor material, menor gasto), mejora la visual del piloto ya que la nariz detrás del parabrisas tiende a caer justamente para favorecerla. Reduce la resistencia al avance (aquella que denominados resistencia parásita) ya que el morro cae desde arriba, se levanta desde abajo y se reduce su ancho desde los costados, generando un obstáculo al paso del aire en forma de bala.

Estos motores aeronáuticos, poseen los cilindros opuestos (son lo que se denomina "boxer") y por tanto ocupan ese espacio reducido del que hablamos.

Los motores de auto son mucho más altos con los cilindros ubicados en "V" lo que ocasionan tener que construir el fuselaje de modo tal de considerar ese espacio mayor que el motor ocupará.

Si se comete el error de construir un avión que lleva motor aero nativo y posteriormente se busca reemplazarlo por un motor de auto, se puede encontrar el problema que el motor sobresalga por encima del capot o directamente sea imposible de hacerlo entrar en el espacio total.

REDUCTORA

Finalmente una de las características más importantes a tener en cuenta; La reducción.

La hélice no debe/puede girar a más de 3000 o 3500 RPM (dependiendo del largo de la misma) ya que se intenta evitar que en la punta, es decir, en sus extremos, la velocidad tangencial, alcance la velocidad del sonido.

Si eso sucede, la hélice pierde rendimiento.

Los motores aeronáuticos nativos hacen girar la hélice a la velocidad máxima, habiendo alcanzado su máxima potencia.

En cambio los motores de auto, alcanzan la máxima potencia a las 5500 RPM en algunos casos. La hélice no puede girar a esa velocidad. Por tanto se debe fabricar una reductora de tal manera de lograr un óptimo rendimiento. La reductora puede ser con correa dentada o por sistema de engranajes sin correa, dependiendo de la ingeniería del motor.

La reductora con correa dentada posee dos engranajes, uno de los cuales se acopla a la salida del cigueñal del motor, mientras que el otro engranaje de mayor diámetro al primero se ubica por encima. Este posee un eje donde finalmente acopla la hélice.

La cantidad de dientes y el diámetro de cada engranaje generan la reducción justa y necesaria para que la hélice gire a las RPM adecuadas.

La reductora se la fabrica en una aleación muy resistente de aluminio (ALCOA 7075 T6) para que sea lo más liviana y resistente posible, no la construye cualquiera, es necesaria la acción de un profesional que conozca los pormenores de la mecánica automotor (la reductora va a acoplada al motor de un auto) y tiene que conocer los pormenores de la mecánica aeronáutica.

Eso combo mecánico no abunda y la construcción de la reductora encarece superlativamente el costo final del motor.

La reductora es hermanada con el motor, cualquier reductora no "encaja" con cualquier motor. Por tanto no es del todo aconsejable comprar un motor e intentar adecuar cualquier reductora que alguien vendió por allí.

Incluso algunos motores aeronáuticos nativos cuentan con un sistema de reducción. Pero los tradicionales no la poseen.