Declaración de sistemas y prefijos utilizados. En la siguiente tabla se indican los prefijos utilizados en este informe con sus respectivos símbolos y abreviaciones en escala 10 ^n , donde n, es un numero entero. Prefijo Símbolo 10^n Mega M 10^6 Kilo K 10^3 deci d 10^-1 centi c 10^-2 mili m 10^-3 Tabla 1. Prefijos En la siguiente tabla se indican los sistemas dimensionales utilizados en este informe con sus respectivos símbolos y abreviaciones. Unidad Medida(s) (Sistema Inglés) Símbol o Medida(s) (S.I) Símbol o Distancia Pulgada Pie Milla in ‘’ ft mi Metro m Tiempo Segundo s Segundo s Velocidad Revolucione s por minuto Millas por hora rpm mi/h mph Revoluciones por minuto Kilómetros por hora rpm km/h kph Fuerza libra- fuerza lb-f Kilogramo fuerza kg N
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Declaración de sistemas y prefijos utilizados.En la siguiente tabla se indican los prefijos utilizados en este informe
con sus respectivos símbolos y abreviaciones en escala 10 ^n , donde n, es un
numero entero.
Prefijo Símbolo 10^n
Mega M 10^6
Kilo K 10^3
deci d 10^-1
centi c 10^-2
mili m 10^-3
Tabla 1. Prefijos
En la siguiente tabla se indican los sistemas dimensionales utilizados en
este informe con sus respectivos símbolos y abreviaciones.
Unidad Medida(s) (Sistema Inglés)
Símbolo Medida(s)(S.I)
Símbolo
Distancia Pulgada Pie
Milla
in ‘’ftmi
Metro m
Tiempo Segundo s Segundo s
Velocidad Revoluciones por minuto
Millas por hora
rpm
mi/h mph
Revoluciones por minuto
Kilómetros por hora
rpm
km/hkph
Fuerza libra-fuerza lb-f Kilogramo fuerzaNewton
kgN
Área Pulgada cuadrada
in^2 Metro cuadrado m^2
Presión Pression square inch
PSI Pascal Pa
Potencia Caballos de fuerza
HP Kilowatts KW
Posición angular
Horario de las manecillas del
**##:## Horario **##:##
reloj ** Donde # representan números enterosTabla 2. Sistemas de medición de unidades
FormularioA continuación se expresará un formulario conteniendo las fórmulas básicas
utilizadas en el informe con sus respectivos símbolos y sistema de unidades.
1. Área de un círculo.A=π· r2
Donde :A=Área del círculo [¿2 ]r=radio [¿] π=3.1415
2. Volumen de un cilindro.V=π· r2· l
Donde :V=Volumen [¿3 ]r=radio [¿ ]
l=alturaocarreradel émbolo [¿]
3. Ecuación de Plank.
HP= P·L·A·N·K33000
Donde :HP=Potencia L=carrera delémbolo [¿ ] A=Area [¿2]N=Revoluciones por minuto [rpm ]K=Número decilindros
4. Relación de número de cilindros.
K=Qq
Donde :K=Número decilindrosQ=Volumen decámaradecombustión [¿3]q=Volumende cadacilindro;q se consideraaunaprox .de90¿3
Introducción
Un motor turbocompound es un motor radial utilizado en el siglo XX, siendo mas específicos, entre las décadas de 1940 y 1960, que en si era un motor radial (en general de 18 cilindros) pionero en la característica de tener un diseño tal que puede recuperar pérdidas a través de gases de escape reutilizados y retransmitir esta energía directamente al cigüeñal, esto con una mínima alteración en el peso del motor, convirtiéndolo en uno de los mas eficientes que se hubiesen diseñado dentro de las 2 décadas de su producción. Dentro de sus principales diseños, se destaca el motor Wright R-3350, primero en ser probado en vuelo, el cual fue de los últimos diseñados por la compañía WAD en el campo de la aeronáutica, dentro de las especificaciones técnicas cabe señalar su principal característica que es la de recuperación de pérdidas, la cual hace recuperar hasta un 20% de las pérdidas registradas.
Un motor Turbo-Compound (turbo-compuesto) es un motor alternativo que emplea una turbina para recupera la energía de los gases de escape, la turbina está normalmente conectado mecánicamente al cigüeñal, la turbina aumenta la salida del motor sin aumentar el consumo de combustible, reduciendo así el consumo específico de este."Blow-down" describe cualquier proceso en el que se permite que el gas a alta presión pueda expandirse a través de una válvula de presión más baja y sin hacer el trabajo durante el proceso. Las válvulas "Blow-off" de las calderas de vapor hacen esto; también lo hacen las válvulas de cualquier motor alternativo. Normalmente, ya que ningún trabajo se lleva a cabo en el golpe hacia abajo, toda la energía del vapor o gas se desperdicia. Sin embargo, en el proceso de blow-down desde una presión de aproximadamente 200 psi en el interior del cilindro de ciclón en la apertura de la válvula a la presión casi atmosférica de un tubo de escape, los gases salen del cilindro a velocidad sónica, o aproximadamente 2200 ft/s en medio de la temperatura del gas de escape. El Turbo-Compound utiliza este gas de alta velocidad para impulsar una turbina de impulso, que funciona mediante la absorción de parte de la energía velocidad del gas sin imponer contrapresión en los cilindros.Las aeronaves mas destacadas que llegaron a emplear un motor turbocompound fueron utilizadas inicialmente para usos militares dentro de la Segunda Guerra Mundial e inclusive en la guerra de Corea, dentro de los cuales se encuentran el Boeing B-17 Flying Fortress, Lockheed Constelation, Douglas DC-7C y Napier Nomad II. Estas aeronaves fueron encontradas muy eficientes en cuanto a costos de mantenimiento y funcionalidad , motivo por el cual fueron producidas en masa durante periodos de guerra para ser usados como transportes y bombarderos, como por ejemplo, aviones Boeing-B17 (con motor turbo compound) fueron utilizados para soltar las 2 bombas atómicas de Hiroshima y Nagasaki; fuera de usos militares, centrándose en los aviones Douglas y Lockheed Constellation fueron empleados como transportes comerciales intercontinentales, sin embargo su producción finalizo a finales de los años 50 debido a que se inclinó el interés hacia los nuevos diseños turboprop y turbojet, convirtiendo los motores turbo compund en algo obsoleto
Origen
Desarrollo
Se trataba de un motor que introdujo nuevos conceptos de economía de
motor y desempeño para el operador del motor del avión, ofreció un aumento
directo de la potencia del motor y la economía en todo el rango operativo completo
sin introducir problemas de desarrollo de motores básicos adicionales, su
simplicidad eliminaba la necesidad de atención del piloto o ingeniero de vuelo
adicional en cualquier momento, a este motor lo llamaron Turbo-Compound.
Los cilindros son relativamente inconscientes de la existencia de las
turbinas y actúan como si los gases estuviesen siendo dados de alta a las pilas de
chorro. Las turbinas se denominan turbinas blow-down, ya que la alta velocidad de
los gases que utilizan proviene del gas que sopla hacia abajo a través de la
válvula de escape.
Las pruebas iniciales se realizaron utilizando una sola turbina unido a un
motor de nueve cilindros radial. Poco después, el motor de cilindros de primera
escala de 18 cilindros fue construido. Este motor utiliza seis unidades de
recuperación de energía, pronto se descubrió que se ahorraban más de 200 lb de
peso y se podría recuperar la energía perdida por los tubos de escape siameses, y
reducir el número de turbinas a tres.
Allison, Pratt & Whitney y Napier todos realizarón el trabajo de desarrollo
con el concepto Turbo-Compounding. Sin embargo Wright fue el único fabricante
de motores de aviones para poner un motor Turbo-Compound en producción.
Se produjeron muchos modelos Turbo-Compound el más potente y de bajo
consumo de combustible fue el motor R-3350
Motor Wright R-3350
Historia
En 1942 WAD inició estudios sobre métodos de recuperación de
energía. Un motor de nueve cilindros Wright Cyclone equipado con un solo
PRT se utilizó para la prueba inicial. Un diseño final, patrocinado por la
Oficina de Marina de Estados Unidos de Aeronáutica, fue aprobada en el
verano de 1946.
La primera prueba de vuelo del motor de 18 cilindros Turbo
Compound se hizo con el motor de prueba instalado en la nariz de un
Boeing B-17.
Boeing B-17 Flying Fortress
Una prueba oficial de aprobación vuelo de 50 horas se completó en
octubre de 1949. Se completó la prueba de la Marina de clasificación de
150 horas en enero de 1950.
Aero engines world enciclopedia
La primera producción Turbo Compound R-3350s fue entregada en
marzo de 1950. En un principio todos los TC R-3350s Turbo eran para el
ejército estadounidense. Los motores Turbo compound comerciales no se
produjeron sino hasta enero de 1952.
Aero engines world enciclopedia
Wright tenía planes para desarrollar aún más el Turbo Compound R-
3350. Para el funcionamiento a gran altitud se habría añadido un compresor
turbo. Este turbocompounded, motor turbosupercharged mantendría el
poder el nivel del mar a 30.000 pies.
Con la llegada de la segunda guerra mundial, as cosas cambiaron
dramáticamente en 1940 con la introducción de un nuevo contrato por el
USAAC para desarrollar un bombardero de largo alcance capaz de volar
desde los EE.UU. a Alemania con 20.000 libras (9.000 kg) carga de
bombas. Aunque más pequeño que los diseños del bombardero D que
llevaron a la XB-19 Douglas, los nuevos diseños requieren más o menos la
misma cantidad de energía. Cuando diseños preliminares fueron devueltos
en el verano de 1940, tres de los cuatro diseños se basaron en la R-3350.
De repente, el motor fue visto como el futuro de la aviación del
ejército, y serios esfuerzos para lograr que el diseño en la producción
comenzaron.
En 1943 el último desarrollo del nuevo programa de bombardero, el
Boeing B-29, estaba volando. Los motores mostraron una tendencia
alarmante ya que los cilindros traseros tendian al sobrecalentamiento, en
parte debido a la separación mínima entre los deflectores del cilindro y la
capucha. Una serie de cambios se introdujeron en la línea de producción el
Superfortress con el fin de proporcionar más refrigeración a bajas
velocidades, la aeronave inició su uso operacional en el Pacífico en 1944.
B-29 en vuelo Esta imagen o archivo es un trabajo de un aviador o empleado de
la Fuerza Aérea de los Estados Unidos de América
Después de la guerra, el sistema Turbo-compound fue desarrollado
para ofrecer una mejor eficiencia de combustible. En estas versiones, se
insertaron tres turbinas de recuperación de energía ( o PRT).
Los PRT recuperaron aproximadamente el 20% de la energía de
escape (alrededor de 450 HP); se tienen registros de que en 1951 se
pusieron en servicio los aviones Super Constelation L-049, los cuales
estaban propulsados por cuatro motores turbocompund; fueron los primeros
aviones comerciales que utilizaron este sistema propulsivo.
A TWA Lockheed Constellation over Paris. (Unattributed)
Posteriormente en mayo de 1953 voló por primera vez el Douglas
DC-7 compuesto por 4 motores turbocompound, su fabricación finalizó en
1956.
Link: Douglas DC-7 Takeoff:
******
Actualmente, a excepción de unos pocos aviones convertidos o
adaptados para lucha contra el fuego, la mayoría de los aviones con motor
TC18 se han quedado fuera de funcionamiento. Neptune Aviation Services
Missoula, Montana opera algunos de estos modelos , ya convertidos.
Especificaciones
El motor Wright R-3350 es un motor radial estático de 18 cilindros en
doble fila de uso aeronaútico que tiene un volumen de 3350 in^3 y una
potencia de 3750 HP de arranque cuando usaba los combustibles
disponibles durante sus años de uso (1940 a 1960), dentro de sus
diferentes modalidades, el motor turbocompund fué el mas potente y
eficiente dentro de los modelos Wright R-3350.
Para construir un motor turbocompound R-3350, Wright mejoró un
modelo póstumo al utilizado durante la segunda guerra mundial y unió 3
PRT ( Power Recovery Turbines) separadas por un ángulo de 120º de
intervalo alrededor de la parte trasera del motor. Cada PRT es dirigido por
los gases expulsados de 3 cilidros frontales y 3 cilindros traseros; la
potencia es transmitida al cigüeñal a través de un acoplamiento de fluidos;
la operación de los PRT es completamente automática
La introducción del turbocompound agrego un aproximado de 550 HP
a la potencia de arranque y 240 HP en cruise (comparándolo con modelos
similares sin el aditamento del turbocompund; sin embargo el agregar éste,
significo un incremento de 500lb en el peso del motor.
Los motores turbocompound WAD R-3350 son designados por los
primeros 3 digitos de especificación numérica, seguidos por un TC18 y
finalizando con la designación de serie; el primer motor comercial que
aplicó este diseño fue designado 972TC18DAI; mientras que el primer
diseño militar es designado R-3350-3OW, o bién 856TC18DAI; cuando
TC18 es un término utilizado como referencia al motor Wright Turbo
Compound R-3350.
Turbocompounded and Turbosupercharded R-3350 Carl Kuhns
TC9J2, a Turbocompounded R-1820 Offered in the Early 1950s.
Peso
El peso en “seco” de las designaciones TC-18 tienen un rango entre 3445 y
3775 lb dependiendo del modelo; como por ejemplo, el último modelo designado
TC18EA fue el mas pesado, la longitud del motor es 89.5’’ y tiene un diámetro
medido de 56.6’’.
Cuerpo
Está compuesto por múltiples secciones maquinadas puestas en conjunto;
éstas secciones en orden de la parte frontal a la trasera son:
*Caja del cigüeñal en la parte frontal, sector central general, camara de leva y tapa
supercharger trasera.
TC-18 Exploded View
TC-18 Longitudinal Cross Section
La caja del cigüeñal (la cual cubre el cigüeñal y los cilindros) son
maquinados con aleaciones de acero; mientras que las secciones restantes del
motor son maquinadas con aleaciones de magnesio; la parte frontal de la caja del
cigüeñal (conocida como nariz) contiene un diámetro de 4.5’’ de S.A.E. #60 en el
eje del porta hélice cuyo eje se porta en 2 rodillos rotativos, de los cuales, uno
lleva las cargas de empuje y uno lleva las cargas radiales.
El revolucionado (rpm) del cigüeñal es reducido por un engranaje de
reducción localizado en la caja de la nariz cuyo radio de reducción es de 0.4375:1,
traducido, por cada 16 revoluciones del cigüeñal, la propela del eje gira 7
revoluciones.
Otros componentes localizados dentro del caja de la nariz son la cámara
frontal y el balance de los mecanismos relativos al peso; el anillo de la cámara
contiene 2 vias, uno para las válvulas internas y otro para las externas, cada via
contiene 4 lóbulos que giran a 1/8 de la velocidad del cigüeñal;un contrapeso que
gira al doble de velocidad del cigüeñal también está instalado aquí; este
contrapeso es necesario para ayudar a evitar vibraciones de segundo orden; otro
dispositivo ubicado dentro de la caja de la nariz, un torquímetro, una herramienta
muy útil para el manejo del motor en vuelo, ya que brinda una auténtica medida de
HP en la propela del eje.
Dos distribuidores de ignición de baja tensión fueron montados
externamente en la caja de la nariz, estos están localizados en una posición
aproximada de entre 10 a 12 horas ( en posición ante las manecillas del reloj), en
cuya posición de las 12 horas, se encuentra un pad para montar un gobernador a
la propela; enfrente de este se encuentra una sección diseñada para montar un
anillo de elevación.
Cárter y Oil.
El conjunto de cárter de aceite delantero esta aderido a la posición de 6
horas con respecto a la caja de la nariz. Dos bombas están situadas en el
sumidero frontal, la primera y mas pequeña recolecta aceite del cilindro mas bajo;
la bomba frontal recolecta el aceite de la parte frontal y frontal principal que en
conjunto con la primera bomba lo envía por medio de una línea externa a la
bomba trasera. Una bomba localizada en esta bomba trasera regresa el aceite a si
tanque.
Acerca de los materiales utilizados para el cárter se componen de cuatro
elementos forjados y mecanizados de acero atornilladas entre si, las cuales son:
Parte delantera
Central media delantera
Central media posterior
Posterior
El eje de las filas de cilindros forman líneas de separación entre las partes
traseras de las secciones del carter delantero y central delantero, y asu vez de un
centro de media y trasera.
El cárter de aceite trasero está situada en la parte inferior de la carcasa
trasera del sobrealimentador. Este cárter de aceite posterior contiene dos bombas
de aceite. La bomba de recuperación posterior recoge aceite de la sección trasera
del motor y de la bomba de barrido frontal y devuelve este aceite a un depósito de
aceite externo. La bomba de presión toma aceite del tanque de aceite y envía
aceite a través del motor para lubricar y componentes de motores internos a baja
temperatura. Una válvula de alivio de presión regula este aceite a 70 ± 5 psi
durante la configuración de crucero y de alta potencia. Ambos colectores de aceite
delanteros y traseros tienen tapones de drenaje magnéticos y coladores petróleo
extraíbles. Una válvula de retención en el lado de entrada del colector de aceite
trasera impide el flujo de aceite a presión por gravedad desde el depósito externo
de aceite cuando el motor no está funcionando.
Cigüeñal.
El cigüeñal esta construido de tres piezas; una sección central de dos tiros
que acomoda los planos delanteros y traseros obteniendo barras maestras
delanteras y traseras. Las bielas están unidas a sus respectivas baras maestras
por medio de pasadores.
El lanzamiento del cigüeñal es de 180º y tiene un golpe de 6.312’’. Los
brazos de la manivela frontal y posterior se sujetan a la sección central del
cigüeñal por medio de tornillos fijadores.
Las barras principales y bielas son del tipo de viga denominada “I” en lugar
del tipo “H-beam” (de uso mas común). Cada red del cigüeñal tiene un contrapeso
de bronce dinámico seccionado en 2 piezas, el cual está montado en los pernos
flotantes; su propósito es compensar la masa rotativa y de movimiento alternativo
al conectar conjuntos de barras y pistones. El montaje mediante pernos produce
un amortiguador de vibraciones sintonizadas que a su vez reduce la vibración
torsional del cigüeñal.
La extensión del cigüeñal delantero tiene estrías externas y una tuerca de
retención y engrana con el engranaje de accionamiento de la reducción de la
hélice; mientras que la extensión del cigüeñal trasero está estriado y se acopla al
engranaje accionado del cigüeñal que recibe energía de los PRT internamente.
Cilindraje.
Los cilindros están numerados con respecto a la vista posterior del motor; el
número 1 es el cilindro mas alto de la fila trasera; mientras que el cilindro 2 es su
semejante de la fila delantera, así de esta manera los números siguen esta
tendencia en sentido horario , siendo números impares los de la fila trasera y
pares los de la delantera.
El orden de encendido del motor conforme a lo establecido en numeración
OrigenDesarrolloSe trataba de un motor que introdujo nuevos conceptos de economía de motor y desempeño para el operador del motor del avión, ofreció un aumento directo de la potencia del motor y la economía en todo el rango operativo completo sin introducir problemas de desarrollo de motores básicos adicionales, su simplicidad eliminaba la necesidad de atención del piloto o ingeniero de vuelo adicional en cualquier momento, a este motor lo llamaron Turbo-Compound.Los cilindros son relativamente inconscientes de la existencia de las turbinas y actúan como si los gases estuviesen siendo dados de alta a las pilas de chorro. Las turbinas se denominan turbinas blow-down, ya que la alta velocidad de los gases que utilizan proviene del gas que sopla hacia abajo a través de la válvula de escape. Las pruebas iniciales se realizaron utilizando una sola turbina unido a un motor de nueve cilindros radial. Poco después, el motor de cilindros de primera escala de 18 cilindros fue construido. Este motor utiliza seis unidades de recuperación de energía, pronto se descubrió que se ahorraban más de 200 lb de peso y se podría recuperar la energía perdida por los tubos de escape siameses, y reducir el número de turbinas a tres.Allison, Pratt & Whitney y Napier todos realizarón el trabajo de desarrollo con el concepto Turbo-Compounding. Sin embargo Wright fue el único fabricante de motores de aviones para poner un motor Turbo-Compound en producción. Se produjeron muchos modelos Turbo-Compound el más potente y de bajo consumo de combustible fue el motor R-3350
Motor Wright R-3350 HistoriaEn 1942 WAD inició estudios sobre métodos de recuperación de energía. Un motor de nueve cilindros Wright Cyclone equipado con un solo PRT se utilizó para la prueba inicial. Un diseño final, patrocinado por la Oficina de Marina de Estados Unidos de Aeronáutica, fue aprobada en el verano de 1946. La primera prueba de vuelo del motor de 18 cilindros Turbo Compound se hizo con el motor de prueba instalado en la nariz de un Boeing B-17. Boeing B-17 Flying Fortress
Una prueba oficial de aprobación vuelo de 50 horas se completó en octubre de 1949. Se completó la prueba de la Marina de clasificación de 150 horas en enero de 1950.