APUCA - Asociación Pilotos U-Control Argentinos
Mejorando los Motores para Acrobacia
Por Ricardo Arrayet


B. ALGUNAS CUESTIONES TECNICAS PREVIAS.

1. MOTORES PARA USO EN ACROBACIA.

       Para ir adentrándonos en el tema concreto, enunciaremos que ocurre en el motor cuando está en vuelo, es decir, su comportamiento dinámico. En este punto, seguiré un texto muy ilustrativo escrito en Stunt News por Scott Bair, el cual se refiere a distintas pruebas hechas en motores standard y preparados comparando los resultados y sacando conclusiones.
       Con la aparición en la escena de la acrobacia de motores más grandes y más poderosos -el ST60 en particular- el interés en los motores de gran cilindrada para modelos de acrobacia se ha incrementado. Como resultado de los motores más grandes, se alargaron las líneas de vuelo y los tiempos de vuelta se han retardado, con lo cual las maniobras pueden volarse con la confianza de tener buena tensión en las líneas. Con motores mas grandes también se usan hélices más grandes, con curvas de potencia mas altas que no implican necesariamente mayores RPM. Hay poco interés -desgraciadamente para nosotros-, de los fabricantes de motores para proveer máquinas adecuadas a las necesidades del mundo de la acrobacia. 
        Las opciones más buenas actualmente en los motores disponibles comercialmente, parecen ser el sostenimiento en la producción de algunos "viejos” (como lo es el Fox 35, K&B 40, Merco 60), los motores de R/C adaptables al U/C más populares (OS 40 FP y LA, OS46 FP, etc.) y algunos especiales para acrobacia como los ST51, PA, Jett, Stalker, ST60 (difíciles de conseguir), y otros.  


Motor Stalker 46 SE de U-Control
construído en Ucrania


        Desde siempre las cualidades de un motor de acrobacia se determinan en que sea liviano de peso, suave en su andar, y con un torque alto a velocidades bajas. Salvo la suavidad las otras están en contra de las necesidades del piloto de radio control por más caballos de fuerza que tenga el motor y muchos de los motores que se usan en vuelo circular ... son de radio control !.
        La manera tradicional de poner a punto un motor de acrobacia es tener una aceleración tal que parezca tener una mezcla suficientemente rica para hacer que el motor funcione como en "cuatro ciclos" en vuelo nivelado y acelere en las maniobras ascendentes (lo que llamamos "dos ciclos"). Como el tanque se sitúa detrás del motor, cuando el avión inicia un ascenso, la mezcla se vuelve pobre (atrasada por la fuerza de gravedad), lo bastante para producir un dos ciclos firme. A algunos, particularmente un recién iniciado en esto de la acrobacia, éste parecería ser un proceso ineficaz dónde en un cilindro lleno de combustible y aire, una parte se expele sin quemar, en cada revolución del motor (algo explicado en la nota sobre el funcionamiento de los motores en la sección técnica de este sitio).  
        Lograr que el par motor máximo esté presente a más bajas RPM parece ser la solución a buscar. En este sentido, digno es de destacar la marcha del motor Discoery Retro 60 fabricado por Yuri Yatsenko, el cual sale del piso con menos de 7.000 RPM, como en el caso del modelo Trivial Pursuit de Roberto "Tito" Rodriguez (Argentina), quien lo usa tan solo con el agregado de arandelas o juntas en la tapa de cilindro, para descomprimir el motor.

2. LA PRESION EN EL INTERIOR DEL CILINDRO.
 
 
       
Para investigar el proceso de las presiones en el cilindro, el antes mencionado Scott Bair, usó un motor Super Tigre 46 con la camisa del cilindro y venturi de fábrica y una válvula conectada con un transductor de presión en la cabeza al lado de la bujía. Un transductor de presión es un dispositivo que provoca una señal eléctrica proporcional a una presión que puede grabarse. Una termocupla fue usada para medir la temperatura en la cabeza de cilindro dentro de un agujero de una décima de pulgada en el lado de dicha cabeza. El motor estaba montado en posición vertical y con una hélice 12”-5”  y combustible Fox.
        En las pruebas, la temperatura de cabeza de tapa de cilindro fué de 354º F a 8.870 RPM.
        Para ver que pasaba, la aguja se abrió dos vueltas y media dando un cuatro ciclos afinado. Con ese cambio, la temperatura de la cabeza bajó a 214º F y las RPM a 7,280.
       
Para ver que ocurriría, se alejó la línea de combustible y el motor declinó notablemente su marcha.
        Hay varios rasgos interesantes a tener en cuenta. La presión máxima durante una marcha era aproximadamente 170 psi que es consistente con el índice de compresión de un ST46. En la marcha en “dos ciclos”, y con la presión siempre en 170 psi, las presiones máximas eran muy al azar pero promediaron aproximadamente 300 psi. En cuatro ciclos hay ascensos y descensos pero la presión máxima de la combustión era aproximadamente de 450 psi. Midiendo la distancia entre las crestas de presión se pudo ver que la presión máxima ocurre después de PMS (Punto Muerto Superior). Es este hecho que la presión es más baja cuando el pistón está subiendo que cuando está descendiendo que es el movimiento que produce el torque que hace girar la hélice.
        También se puedo ver que en el momento de apertura del escape, se observó un pico de presión súbita cuando la lumbrera se abre para expeler los gases.
       
Para resumir, cuando un motor de acrobacia funciona con marcha en "cuatro ciclos" hay una falla de combustión en las revoluciones alternadas en cada ciclo. Sin embargo, la presión máxima cuando el cilindro explosiona en la marcha “cuatro ciclos” es aproximadamente superior en un 50% que cuando funciona en “dos ciclos”. Esto debe interpretarse como que una porción buena de la carga de mezcla se retiene (no escapa por la lumbrera de escape) después de la explosión y se agrega a la mezcla fresca que se quemará durante la próxima revolución.  Se debe tener en cuenta que toda mezcla expulsada sin quemar es potencia perdida.
        Esta puede ser la explicación de porqué un motor de dos tiempos llega a un “cuatro ciclos” con mezcla rica. La mezcla rica refresca la tapa de cilindro, la bujía; y el combustible fresco facilita el llenado evitando pre-encendidos por calentamiento de esos elementos. Pero, en la próxima revolución entra más combustible y la mezcla residual se agrega a la que sube concentrando mezcla combustible dónde la ignición va a ocurrir. Si la temperatura del motor aumenta, o disminuye o incluso “cargando” el motor (por ejemplo en condiciones ventosas o con hélices muy grandes), la mezcla ingresante explosionará un poco antes de comprimir totalmente y el motor tendrá la marcha “dos ciclos”.
        Este es un buen momento para mencionar un poco la importancia de la compresión.
        La relación de compresión tiene mucho que ver con la marcha “cuatro ciclos” con una mezcla y a una temperatura dada. Un índice de compresión alto siempre tendrá tendencia hacia una marcha en 2 ciclos.
        Por tal razón, si el índice es alto, se necesita una mezcla más rica para poder mantener un buen cuatro ciclos. Por supuesto, esto afecta directamente el consumo de mezcla según el motor: a mayor compresión mayor consumo.  
        La proporción o índice de compresión geométrica puede medirse aunque dadas las pequeñas dimensiones de las cámaras de estos motores su cálculo es muy difícil que sea exacto salvo que se cuente con algún instrumento de medición electrónica.

        Un método manual (1) aunque no tan exacto es el siguiente:
a) Medir el volúmen de la cámara de combustión, sacando la tapa de cilindro, dándola vuelta y con la bujía colocada llenarla con aceite no muy viscosa, utilizando una jeringa (con su capacidad numerada). Anotar este dato.
b) Medir el volúmen del cilindro, bajando el pistón hasta su punto muerto inferior, y llenarlo de aceite incluyendo las juntas de la tapa (sostenerlas en forma tal que no permita la salida del aceite por las mismas). Tomar la muestra de la cantidad de aceite ingresada. Conociendo estos datos, se puede obtener el índice aplicando la fórmula que se enuncia mas abajo.
Para dichas medidas, en lugar de una jeringa, también se puede utilizar plastilina. De ser así, rellenar con la misma las partes enunciadas (cámara y cilindro). Sacar cada una de esas partes y se colocarlas en un recipiente de vidrio numerado, anotando el volúmen de líquido desplazado.
La fórmula es:

 Indice Compresión = (Volumen cámara combustión + Volumen del cilindro)/ Volumen cámara combustión


        Entonces, el índice de compresión puede aumentarse reduciendo el volumen de la cámara de combustión. El volumen también puede aumentarse agregando juntas en la tapa de cilindro o  mecanizando la misma en su interior. Puede reducirse quitando o sustituyendo las juntas o poniendo otras más delgadas. Sin embargo, use la cautela para evitar que el pistón en su PMS esté a no menos de 5 mm. (pero no mucho mas que eso), para poder lograr una buena marcha en cuatro ciclos. Esto puede deberse a que la turbulencia de la mezcla refresca a la bujía sin llegar a empaparla y con eso apagar su encendido. 
        Es buena opción, utilizar bujías con barra para evitar el mal mencionado anteriormente. La posición óptima de la bujía para una mejor marcha en cuatro ciclos, es cuando está ubicada hacia la parte trasera del motor, cambiándola de sitio mas o menos a 6 mm., de la línea del centro. Esto puede deberse a que la parte trasera de la cabeza está más caliente que el frente que es por dónde el aire refrescante hace primero contacto. 
        

3. ALGO MUY IMPORTANTE: EL TORQUE.

        Sería útil tener un medio por comparar la actuación de varios motores de acrobacia, para lo cual es necesario tener un dinamómetro, que nos daría una medida de torque. Como esa herramienta no es fácil de tener, tenemos que buscar otros tipos de acercamiento a ese dato, probando distintas hélices a diversas RPM, y viendo en vuelo cual es la mejor combinación, observando en qué momento de una maniobra el motor "salta" a la marcha 2 tiempos.
        Tenga en cuenta que los motores que tienen el spraybar a través del venturi, tienen menos torque que los motores con el "true" venturi. En motores que se han probado, se observó -por ejemplo-, que las características corrientes del ST60, ST46 y OS 45 FSR son diferentes. El OS produce menos torque a velocidades bajas que un ST 46 (que pueden usar un hélice más grande), pero el OS 45 no se cae tan rápidamente como ST 46 a velocidad alta, particularmente cuando tracciona un avión en condiciones con viento.  El OS 45 FSR todavía tiene mucho torque a 11,000 rpm y probablemente más que los 60 sobre las 12,000. El ST60 muestra las características deseables de un torque máximo muy alto que disminuye rápidamente por sobre las 9,000 rpm.
        Recordemos que la potencia en función del torque aumenta a regímenes bajos pero a partir de cierto régimen (el de máximo torque) empieza a bajar aunque la potencia siga en aumento 
        Esto significa que el torque es independiente de la velocidad y claramente se observa cuando un modelo vuela a respetable velocidad en vuelo nivelado a su máximo régimen, y cuando debe ascender tiende a "quedarse" porque el torque de que dispone a ese régimen no es suficiente para tirar del avión.
        Reduciendo la duración de la descarga o permanencia del escape (no es bueno que tenga más de 130º) y reduciendo la diferencia entre la duración de los tiempos de admisión y escape (el “cruce”) se obtiene un torque alto a velocidades bajas que se caen a velocidades altas. Para un motor .60 una duración de la admisión de 96º y de escape de 114º (o sea un cruce de 18º) generan un muy buen torque para acrobacia.

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