Taller

Eligiendo Hélices

Unidades de medida

Las hélices tal y como se venden se distinguen esencialmente por dos números que son el diámetro y el paso. Estos valores están grabados o impresos generalmente en todas las hélices.

El diámetro y el paso

El diámetro de una hélice es algo que fácilmente se puede comprobar y medir, no lo es tanto el paso que es algo bastante relativo, para explicarlo sin demasiadas formulas complicadas lo podríamos comparar a un tornillo , así seria el paso la distancia que recorre la hélice a cada vuelta enroscándose en el aire, sin embargo no es del todo exacto pues el aire no es un material sólido, sino un fluido, un ejemplo para entenderlo; una hélice con un paso de 15 cm. y girando a 12.000 vueltas, avanzaría 15 cm. a cada vuelta desplazándose a la velocidad teórica de: 15/100.000 X 12.000 X 60 = 108 kmh.

Así la elección de una hélice debería ser sencillo, con la ayuda de un tacómetro bastaría con medir las vueltas de diferentes hélices para determinar la que mas nos conviene, pero la realidad no es tan sencilla. La relación paso x régimen = velocidad de vuelo solamente es válida en la medida que la tracción ejercida por la hélice a la velocidad teóricamente posible sea igual a la resistencia aerodinámica de nuestro avión a la misma velocidad. Cuando la resistencia que tiende a frenar el avance del avión se hace igual a la tracción del la hélice, la velocidad de vuelo (es decir la velocidad relativa del avión) deja de aumentar. Y aún a igualdad de relaciones, la resistencia del avión crecería con su velocidad de desplazamiento, siendo proporcional al cuadrado de su velocidad. Cuando la velocidad se multiplica por 2, 3, 4 etc., la resistencia se multiplica por 4, 9, 16, etc.

La relación peso/potencia

Hay una relación estrecha entre el peso de la aeronave y la potencia o empuje que debe tener el aeromodelo, también con la carga alar, la carga alar varía según el tipo de aeronave, en planeadores por ejemplo la carga alar es menor que en aviones acrobáticos con alas más cortas, entonces en planeadores se pueden usar motores de menor potencia que en aviones acrobáticos que necesitan ir rápido para mantener el vuelo. La relación peso/potencia se puede expresar de la siguiente forma: 0,5:1 significa que el empuje es la mitad que el peso, con esto en cuenta, para planeadores o aeromodelos livianos y de vuelo lento se puede usar una relación de entre 0,3:1 a 0,4:1 en modelos entrenadores de 0,5:1 a 0,8:1 y en aeromodelos rápidos desde 0,8:1 en adelante. Para calcular esto con el peso de tu aeromodelo es simplemente reemplazar el 1 por el peso y multiplicas el número del lado izquierdo por el peso, entonces si tu aeromodelo es de 1,2 Kg y es un aeromodelo tipo entrenador vamos a usar 0,7:1 = 0,7:1,2 al multiplicar esto obtenemos 0,84 Kg (840g) este es el empuje que debemos tener para volar cómodamente.

La elección en función del avión

Como hemos visto, la elección del diámetro y del paso no se resuelve solamente con la potencia del motor. Un ejemplo más claro:

Pongamos un motor de 3,5 cm3 un avión entrenador y un avión de carreras de pilón. El entrenador de una envergadura de 1,50 m, una superficie alar de 35 dm2 y un peso de aproximadamente 2 Kg.

Un avión de pilón de una envergadura de 1m. una superficie alar de 20 dm2, un peso de 1,2 Kg. y una aerodinámica bastante mas fina que la del entrenador, perfil con un bajo coeficiente de resistencia, fuselaje estrecho, sin tren de aterrizaje……….su resistencia será infinitamente mas baja que la del entrenador.

Con el mismo motor de 3,5 cm3 no obtendremos que 80 o 100 kmh de velocidad máxima con nuestro entrenador, mientras que el de pilón llegará a los 180 kmh o más. Pero a condición de optar por las hélices adaptadas a cada avión ; para el entrenador una 25 X 10 ( 10 X 4 ) o una 23 X 12 ( 9 X 5 ) convendría, mientras que para el de pilón la mas adecuada sería la 18 X 15 ( 7 X 6 )

Normalmente un buen 3,5 cm3 movería en vuelo una 25 X 10 ( 10 X 4 ) o una 23 X 12 ( 9 X 5 ) a unas 12.000 vueltas, así la velocidad teórica posible con un 23 X 12 ( 9 X 5 ) es de 12/100.000 X 12.000 X 60= 86,4 kmh. El mismo 3,5 cm3 moviendo una 18 X 15 (7 X 6) a unas 20.000 vueltas alcanzaría una velocidad posible de: 15/100.000 X 20.000 X 60= 180 kmh.

Pero solo el de pilón puede alcanzar esta velocidad gracias a su baja resistencia aerodinámica. Sin embargo si le ponemos una 23 X 12 (9 X 5) volará a 86,4 kmh. ya que el avión no puede adelantar a su hélice. Si por otro lado, al entrenador le ponemos la 18 X 15 (7 X 6) correrá aún menos porque siendo menor su diámetro, su tracción no será suficiente a causa de la mayor resistencia aerodinámica del entrenador, que hará que la hélice patine en el aire.

Otra forma de calcular la potencia que necesitas para tu aeromodelo es con el poder que genera un motor, el poder se mide en Watts, entonces veamos cuáles son las potencias más comunes según el tipo de aeromodelo.

• Aviones lentos y planeadores110W/Kg ó 50W/Lb
• Aviones lentos, vintage y entrenadores110W/Kg – 176W/Kg ó 50W/Lb – 80W/Lb
• General y deportivos176W/Kg – 264W/Kg ó 80w/Lb – 120w/Lb
• Acrobáticos264W/Kg – 396W/Kg ó 120W/Lg – 180W/Lb
• Jets y aviones poderosos296W/Kg – 440W/Kg ó 180W/Lb – 200W/Lb

¿Cómo saber el empuje de mi motor?
El fabricante de cada motor provee información detallada de las especificaciones de sus motores, probablemente presentadas en una tabla donde se indica resultados de pruebas con hélices y voltajes distintos, se muestra también el amperaje que consume a determinada velocidad y el empuje que se puede esperar, lo ideal es que el motor pueda ofrecer el empuje que hemos calculado a un 85% de la aceleración, no es recomendado mantenerlo al 100% constantemente a menos de que se use una batería de menor voltaje al que pueda soportar. Esto es para no mantener el motor y el ESC en una fatiga constante, a menos de que tus componentes soporten tales potencias.

¿Qué hélice usar?
Esto también es algo que te indica el fabricante del motor, por eso es importante leer las especificaciones o las tablas que muestran la información correspondiente, si usas una hélice de menor tamaño o menor paso es posible que el motor no genere el empuje esperado, si usas una más grande entonces procura usar menos voltaje o corres el riesgo de quemar el motor.

¿Y dónde queda el número KV?

El KV es una constante de revoluciones por minuto por cada voltio aplicado, este número no tiene nada que ver con la potencia del motor y solo con la velocidad a la que gira, y esto nos sirve para saber que hélice es más conveniente usar,

¿Cómo sé el poder que genera mi motor?
Una vez más, consulta las características del motor según el fabricante, la forma más fácil de saber el poder que genera el motor es sabiendo el amperaje y voltaje que acepta (V.A) al multiplicar ambos obtienes Watts (V.A=W) entonces un motor que soporta 12v y consume hasta 30A genera 360W. Estos son los valores máximos en los que el motor debería esta al 100% constantemente, y estamos basando estos cálculos según lo que nos dice el fabricante pero es probable que el valor del amperaje sea menor en la vida real, suponiendo que el motor en realidad consume 15A con la hélice que vamos a usar entonces el cálculo daría como resultado 180W.

Más parámetros a tener en cuenta

De hecho como hemos visto, la relación “paso X vueltas” no nos da mas que una idea de la velocidad máxima que teóricamente podemos alcanzar, sabiendo que solo nos acercaremos si el rendimiento de la hélice se adapta a las características del avión. La elección se hará en base a otros parámetros.

1.- El rendimiento de una hélice varía con su velocidad de desplazamiento en el aire. Dicho de otra manera, el rendimiento que suministra en el suelo con el avión parado, es diferente al que daría en velocidad de crucero del avión, Así, no es la hélice que da mas tracción en el suelo la que mejor se adapte al vuelo.

2.- Un paso pequeño, sobretodo combinado con un gran diámetro, favoriza la aceleración en el despegue, pero la velocidad de vuelo será limitada. Esta opción será así inadecuada para un avión que queremos que vuele rápido. Sin embargo conviene muy bien a un avión de baja carga alar tipo “ trapanela” que puede volar muy lento, y aún siempre y cuando la velocidad máxima impuesta por la hélice no sea inferior a la velocidad de pérdida del avión.

3.- Inversamente, una hélice con un gran paso nos dará una aceleración mediocre al despegue ya que su rendimiento no es óptimo que a altas velocidades, lo que explica que los aviones reales estén equipados de hélices a paso variable: el piloto despega con paso pequeño y pasa al grande para optimizar el rendimiento en vuelo de crucero.

4.-En vuelo, el régimen de una hélice aumenta en relación a su valor en el suelo, avión parado. Se puede estimar a 10% de mejora de régimen. Dicho de otra manera, una hélice que gira a 12.000 vueltas en el suelo, sube hasta 13.000 vueltas en vuelo, y más aún cuando el avión baja en picado. Ahí también la importancia de este aumento de régimen esta influenciado por la fineza aerodinámica del avión.

5.- A la relación paso/diámetro se le llama “paso relativo”. Se constata que cuanto mas alto es el relativo, mejor es el rendimiento de la hélice, lo que explica en parte los pasos muy elevados que se usan en los aviones de acrobacia de competición .

No fuerces tu motor

La potencia que suministra un motor depende del régimen al que gira. Así en nuestros aviones la potencia que el motor puede desarrollar esta condicionada por la carga que la hélice le impone. Cada motor tiene una curva característica de su potencia respecto a su régimen. La mayoría de los motores de 2 tiempos actuales usados en los entrenadores llegan a su curva máxima entre 10 y 13.000 vueltas. Fuera de estas cifras su rendimiento empeora. Salvo rara excepción, estos motores soportan mal girar a menos de 9.000 vueltas, incluso a 11.000 o 12.000 en las pequeñas cilindradas inferiores a 3,5 cm3 y la carburación se hace problemática. Sin embargo los motores de 4 tiempos o los 2 tiempos llamados de larga carrera utilizados por los pilotos de acrobacia funcionan muy bien por debajo de las 10.000 vueltas dando unos rendimientos más que aceptables.

La potencia que necesita una hélice varia en función de su diámetro elevado a 5. Lo que significa que unas pequeñas variaciones en las dimensiones de una hélice modifican notablemente el rendimiento del motor. Recortar las palas 5 mm puede hacernos ganar hasta 1.000 vueltas o más. Las diferencias de una hélice o de un paso inadaptado y la hélice óptima son muy pequeñas .

Si medimos sistemáticamente con el tacómetro las vueltas de nuestras hélices, constataremos que hélices de dimensiones idénticas pero de fabricantes diferentes giran con el mismo motor a regímenes notablemente diferentes. Diferencias de más de 500 vueltas son corrientes. Algunos fabricantes anuncian pasos muy optimistas, mientras que otros mas serios, como por ejemplo Graupner o APC indican pasos mas realistas. En fin, mismo si el diámetro y el paso son realmente idénticos, habrá diferencias debidas al diseño aerodinámico de las palas: anchura, perfil, evolución del paso, afilado, etc. etc.

Encontrar la hélice óptima necesita ensayos sistemáticos de varias hélices, no solamente en el suelo, con un tacómetro, sino también y sobre todo en vuelo. La hélice que gira mas rápido en el suelo no es siempre la que mejores resultados da en vuelo.

La clasificación de los motores por su cilindrada es muy relativa ya que, a igual cilindrada la potencia puede variar de más de 20% según la marca del motor y además del tipo de escape que utilicemos.

Como remolcar una bandera

Partes del sistema

Bandera

Su tamaño va a depender de muchos factores pero sus proporciones deben ser longitudinal o alargada. Se sostiene de uno de sus lados cortos y se pretende que vaya lo más estirada posible en el aire, esto se logra con un equilibrio entre el soporte y la proporción de la bandera.

Contrapeso

Sirve para mantener la bandera lo más legible posible en el aire, o por lo menos que no se haga un nudo o en el peor de los casos complique la situación de vuelo.

Línea – Cordel

Conecta la bandera con el aeromodelo, tiene que tener una relación mínimo 2 veces la longitud de la bandera.

Elástico

Pieza que sirve para resistir sobre tensiones tanto en el aire como cuando está el sistema en tierra (carreteo de despegue y aterrizaje).

Gancho de anclaje

Tiene que estar ubicado por debajo de la línea de abisagrado del timón de dirección para no modificar la línea de avance del aeromodelo. Puede estar armado con un gancho de alambre o una simple perforación en el modelo ya es suficiente. A diferencia con la posición de anclaje de un planeador, este no hace falta que esté en el CG del remolcador por la parte superior ya que la bandera no genera sustentación, solo resistencia al avance.

Aeromodelo

Se debe considerar que el modelo tiene que tener un empuje en lo posible mayor a una relación 1:1 (mismo empuje estático que peso). Esto nos va a dar soltura a la hora de remolcar la bandera, y más todavía por si las condiciones climáticas no son las ideales. Cabe aclarar que esto depende mucho del tipo de modelo, un ala alta muy sustentador no va a necesitar tanto empuje como un acrobático (lo ideal es un ala alta o un ala baja entrenador).

Combustibles

El combustible es un tema a tener muy en cuenta y sobre el que se ha escrito mucho. Espero en este articulo que se conozca un poco más.

Consejos para evitar sobrecalentamiento de motores.

>>ALCOHOL METILICO (metanol): el metanol del combustible entra en el cárter en forma liquida y es calentado por conducción . La conducción tiene lugar cuando materiales (sólidos , líquidos o gaseosos) que tienen diferentes temperaturas están en contacto entre si. El calor siempre fluye del más caliente ( las piezas del motor) al mas frío ( el combustible liquido). Como el metanol alcanza su punto de ebullición (64 ºC) , se vaporiza y se mezcla con las moléculas de aire. Este proceso de cambio de estado, llamado vaporización, consume una gran cantidad de calor ( calor latente de vaporización) y es especialmente eficaz para la refrigeración del pistón, el bulón y el casquillo de pie de biela

(el de bulón). Como la mezcla de aire/combustible es conducida a través del los conductos de bypass y de los transfer del cilindro, tiene lugar un enfriamiento adicional por evaporación.

>>ACEITE: todos los combustibles contienen aceite para lubricar u enfriar el motor. Para tener éxito, el lubricante debe mojar eficazmente las superficies en movimiento mientras se resiste a hervir y a evaporarse. Dos tipos de aceite son los usados típicamente: ricino y sintético.

>> RICINO: Este aceite lubrica y enfría bien mas allá de las temperatura a la que cualquier sintético lo hace. Cuando la temperatura aumenta, el ricino llega a ser térmicamente inestable y polemiza rápidamente (reacción química en la cual dos o mas pequeñas moléculas se combinan para formar una mayor), llegando a ser un mejor lubricante mientras continua eliminado calor a través del escape. Algunos entusiastas consideran el ricino como una molestia , porque se descompone en una especie de cera-barniz que tiene que ser eliminado de las partes internas del motor de cuando en cuando.

>> ACEITE SINTETICO: Los aceites sintéticos son excelentes pero pueden presentar inconvenientes en caso de sobrecalentamiento. La mayoría arden en la cámara de combustión si la aguja de mezcla esta ajustada a valores muy pobres; también pueden hervir en las paredes del cilindro, en la faldilla del pistón y en el área del bulón. Bajo temperaturas extremas , se descomponen en los componentes con que se formularon , y estos son generalmente menos adecuados como lubricantes.

ALGUNOS INCONVENIENTES DEL CALOR

Cuando el exceso de calor no se disipa suficientemente rápido, la temperatura del motor sube vertiginosamente. Los componentes actuales de los ABC (pistón de Aluminio y camisa de Bronce recubierta de Cromo) están emparejados estrechamente en los coeficientes de dilatación, esto permite que funcionen bien a temperaturas en la que cualquier otra combinación de materiales se desgastarían. El pistón esta directamente en contacto con los gases calientes de la combustión, y por otro lado no tiene una forma eficiente de disipar calor, así que su refrigeración es crítica. En casos extremos, los pistones de las mejores aleaciones de aluminio con silicio se fundirán si la temperatura se eleva incontroladamente. Conocido por los que hacen carreras como “pistón quemado” , el fenómeno puede describirse mas correctamente como corona agujereada.

TEMPERATURA DE CULATA Y REFRIGERACIÓN DE MOTOR
El lugar mas adecuado para medir la temperatura del motor es en la culata y cerca de la bujía, o mejor aún, en la misma bujía. La lectura de bujía es este punto es un buen indicador de la refrigeración del motor y del ajuste excesivamente pobre de la mezcla de aire/combustible respecto al valor optimo.

Un valor de temperatura entre 175 ºC y 190 ºC garantiza que no existirán daños. En ocasiones algún motor funciona perfectamente a 205 ºC. Este es un ejemplo de un ajuste optimo de la aguja de alta con un margen suficiente de refrigeración. También se dan casos de motores que se han arruinado por debajo de los 150 ºC ; esto se debe normalmente a un caso de exceso de enfriamiento con un ajuste pobre de la aguja de alta, y esa combinación es critica para el engrase de los componentes del motor.

Que un motor este funcionando frío no significa que este funcionado correctamente. Cuando el objetivo es conseguir el máximo par y potencia, lo deseable es tener la temperatura mayor de culata (dentro de un margen) pero con un ajuste ligeramente rico de la aguja de alta. Hay que tener en cuenta que la temperatura ideal depende del diseño de motor, tipo de combustible, relación de compresión, bujía, hélice, caudal de aire de refrigeración, entre otras cosas.

CONSEJOS SOBRE EL CALOR

Causas del sobrecalentamiento

>> Llevar la mezcla aire/combustible mas pobre de lo que se necesita para obtener la potencia máxima para un combustible determinado
>> La hélice no se corresponde con el motor y no le permite subir de revoluciones hasta un valor apropiado
>> El conjunto camisa/pistón esta desgastado.

Para evitar los problemas de calentamiento…

>> Regula el motor ligeramente rico después de conseguir la máxima potencia
>> Emplea entre un 18 y un 20 % de aceite y que parte del aceite sea de ricino
>> No cambies el porcentaje de Nitrometano una vez conseguida el ajuste apropiado.

Soluciones a los problemas de calentamiento

>> El fenómeno de detonación, causado por sobrecalentamiento, sobrecompresión de la mezcla aire/combustible, puede combatirse añadiendo una “junta espaciadora” entre la culata y el cilindro para reducir la compresión y/o cambiando de una bujía caliente a una fría.
>> Si la temperatura de culata sobrepasa los 205 ºC, debes aumentar el caudal de aire en la culata y reducir la relación de compresión por medio de una “junta espaciadora” .

VERDADES DEL NITROMETANO

El nitrometano produce mas energía por ciclo, mayor presión en la cámara de combustión y mayor par que cualquier otro componente del combustible.Quemar nitrometano también añade exceso de calor.
El nitrometano en si no es un problema: quemarlo dispara la temperatura de la combustión y empuja a la detonación especialmente con altos porcentajes de nitrometano en el combustible.Si aumentas la cantidad de nitrometano, deberías considerar añadir una “junta espaciadora” en la culata para reducir la relación de compresión.