FABRICACIÓN DEL MOTOR GREEN STEAM ENGINE · PDF...

FABRICACIÓN DEL MOTOR GREEN STEAM ENGINE Autor: Postigo Fliquete, Juan José Director: Manini Gumz, Javier Entidad Colaboradora: ICAI – Universidad Pontificia Comillas.

!!RESUMEN DEL PROYECTO

!!!!INTRODUCCIÓN !! El! proyecto! Green! Steam! Engine! nace! de! una! información! y! una!documentación!ya!elaboradas!incluyendo!el!diseño!de!un!motor!cuya!finalidad!es!la!producción!de!energía!en!un!medio!aislado.!Partiendo!de!unos!planos!de!origen!americano,!buscaremos!los!posibles!usos!de!éste!motor!de!funcionamiento!a!vapor!de! bajo! coste! y! sus! posibles! adaptaciones.! Dichos! usos! se! centraran! en! lugares!alejados!de!fuentes!masivas!de!energía!en!las!grandes!ciudades.!Se!trata,!por!tanto,!de!una!máquina!con!múltiples!opciones!de!adaptación!cuya!principal!ventaja!es!el!bajo!coste!y!la!capacidad!de!transporte!de!dicha!fuente!de!energía.!! Como!hemos!mencionado!anteriormente,!el!diseño!principal!del!motor!está!básicamente!completado.!En!éste!proyecto!nos!centraremos!en!el!motor!rotativo!de!dos!cilindros!para!la!mejora!de!planos!y!estudio!de!posibles!usos.!Se!realizará,!asimismo!un!presupuesto!de!fabricación!del!mismo.!!!ESTADO DE LA CUESTIÓN !! La! máquina! en! cuestión! es! un! clásico! motor! de! dos! cilindros! cuya!especialidad! se! centra! en! el! combustible! del! mismo:! vapor! de! agua.! Hoy! en! día!pocos!usos!industriales!son!los!que!aprovechan!ésta!eficiente!y!económica!fuente!de! energía.! Pues! bien! nuestra! principal! función! será! la! de! incentivar! dicho! uso!mejorando!los!desordenados!e!imprecisos!planos!de!los!cuáles!partimos.!Además,!otra! de! las! peculiaridades! del! motor! Green! Steam! Engine! es! la! facilidad! de!transporte!del!mismo,!pudiendo!gozar!de!una!posible!fuente!de!energía!allá!donde!tengamos!suministro!de!agua.!Hoy!en!día!la!energía!que!fluye!por!las!ciudades,!las!centrales! y! fábricas! y! en! todas! nuestras! casas! provienen! de! una! central! cuyo!producto!varía!el!precio!según!la!estación!del!año!o!la!situación!económica!vigente.!Lo! que! se! pretende! innovar! en! ésta! remodelación! del! motor! a! vapor! es! la!capacidad! de! suministro! de! energía! para! aquellas! personas! que! necesiten! unos!Watios!para!su!hogar!de!forma!local.!! Al!provenir!de!un!modelo!ya!existente,!además!de!definir!correctamente!la!información! y! reutilizarla! para! su! fabricación,! vamos! a! intentar! optimizar! el!rendimiento!del!motor!en!cuestión!y!comprobar!si!se!pueden!realizar!mejoras!de!

tipo!mecánico!en!el!diseño!(disminución!de!temblores!o!ruidos,!por!ejemplo),!así!como!estudiar!todas!las!posibles!opciones!de!generación!de!energía!del!mismo.!!!

!Imagen'del'motor'Green'Steam'Engine'de'dos'cilindros.'!!!!!MOTIVACIÓN !! Hoy!en!día!una!de!las!preocupaciones!principales!en!el!sector!industrial!es!la!posibilidad!de!reinvención!de!formas!de!generar!energía!con!menores!costes!y!un! menor! impacto! medioambiental.! En! el! proyecto! Green! Steam! Engine! nos!comprometemos!a!valorar!ambas!cuestiones!gracias!al!diseño!centrado!en!el!vapor!como!combustible.!A!partir!de!dicho!diseño!potenciamos!lo!que!es!una!idea!que!ya!ha! salido! a! la! luz! para! llevarla! nosotros! hasta! las! fábricas,! y! de! ésta! manera!capacitar! al! ciudadano!a! comprometerse!más! con!el!medio!ambiente!y!al!mismo!tiempo! con! su! economía.! Cabe! añadir! que! el! diseño! en! cuestión,! ésta! idea!anteriormente! mencionada,! se! trata! de! un! diseño! muy! rudimentario,! pero! con!mucho! potencial! y! mucha! capacidad! de! mejora! que! pretendemos! explotar! al!máximo.!Por!último,! sabemos!que! las!posibilidades!de! adaptación!de! éste!motor!son! tantas,! que! la! mejora! del! mismo! vendrá! íntegra! en! dichos! estudios! de!adaptación.!!!!!!

!Planos'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'!!!!OBJETIVOS DEL PROYECTO !! En!el!proyecto!en!cuestión!nos!fijaremos!principalmente!en!el!consumo!del!motor!a!diseñar,!pues!nuestra!principal!causa!es! la!optimización!del!rendimiento!con!una!innovadora!idea!que!debemos!aprovechar.!De!ésta!forma!podremos!hacer!de!un!posible!diseño!de!motor!con!nueva!forma!de!combustión!un!nuevo!concepto!de! generación! energética.! De! la! misma! forma,! al! ser! el! diseño! inicial! (como!anteriormente! hemos! mencionado)! muy! rudimentario,! se! intentará! mejorar! el!mismo!de!diversas!formas.!Reduciendo!las!fugas!de!vapor!o!reconduciendo!el!agua!sobrante! del!mismo!podemos! reconducir! el!medio! natural! del! cuál! extraemos! la!energía!con!el!fin!de!mejorar!el!rendimiento!de!la!máquina.!!!!!!!!!!!!!!

!Planos'del'motor'Green'Steam'Engine.''

!!!!METODOLOGÍA DE TRABAJO !! Comenzaremos! el! diseño! de! la!máquina! con! la! recopilación! de! los! planos!necesarios! para! una! correcta! documentación! antes! de! empezar,! seguido! de! un!análisis! de! la! máquina! con! el! fin! de! analizar! cuáles! son! los! planos! por! lo! que!debemos!empezar!y!observar!los!posibles!fallos!o!mejoras!posibles!puede!haber!en!los!planos!iniciales.!Posteriormente,!procederemos!a!la!realización!de!la!maqueta!3D! del!motor! con! el! programa! CAD! Solidworks! para! comprobar! que! tenemos! el!diseño!de! todas! y! cada!una!de! las! piezas.! Para! ello!montaremos! el!motor! con! el!programa! y! comprobaremos! el! correcto! funcionamiento! de! ésta! maqueta! 3D.!Posteriormente,! con! todas! las! piezas! ya! rediseñadas,! realizaremos! unos! nuevos!planos!en!Sistema! Internacional! !para!gozar!ya!de!una!buena!documentación!del!motor!de!cara!a!la!fabricación!del!mismo.!Una!vez!realizada!dicha!documentación!estudiaremos!las!posibles!mejoras!para!el!motor!en!sí!relacionadas!con!las!fugas,!vibraciones! del! motor! o! ruidos! del! mismo.! Posteriormente! elaboraremos! un!presupuesto!con!las!mejoras!anteriormente!mencionadas!incluidas!y!concluiremos!con! un! estudio! de! las!múltiples! formas! de! adaptación! del!motor! al!mundo!de! la!energía,!y!lo!que!es!más!interesante,!al!mundo!de!las!energías!renovables.!!!!

!Modelo'3D'del'motor'Green'Steam'Engine'de'dos'cilindros.'

!!!!!!RECURSOS A EMPLEAR ! !! Como!ya!hemos!mencionado,!la!raíz!de!nuestro!proyecto!son!unos!planos!de!origen!americano!(de!ahí! las!medidas!en!el! sistema!americano)!que!no!están!del!todo!correctos.!Nuestra!principal!función!será!la!de!modificar!dichos!planos!con!el!fin!de!adaptarlos!a!la!norma!ISO!y!facilitar!la!lectura!de!los!mismos!para!cualquier!fabricante.! Partiendo! de! la!misma! forma! de! vídeos! y! tutoriales! ya! existentes! de!

internet!procederemos!a!la!explicación!del!funcionamiento!de!nuestro!motor!para!su!posterior!estudio!en!lo!que!en!adaptaciones!energéticas!se!refiere.!Sin!embargo,!no! sólo! necesitaremos! vídeos! del! motor! en! funcionamiento,! sino! fotografías! del!mismo!con!buena!perspectiva!de!forma!que!podamos!distinguir!correctamente!su!dinámica! y! la! función! que! realiza! cada! pieza! del!motor! en! funcionamiento,! para!poder! explicar! posteriormente.! De! la! misma! forma! nos! informaremos! de! los!diferentes!procesos!de!fabricación!para!las!piezas!con!el!fin!de!poder!llevar!a!cabo!un!presupuesto!del!proyecto!contando!con!las!máquinas!y!el!personal!necesarios.!De!los!recursos!mencionados!hasta!ahora,!podemos!decir!que!la!herramienta!CAD!Solidworks!ST6!es!uno!de! los!más! importantes,!pues!nos!permitirá! la!realización!de!la!maqueta!de!la!máquina!en!cuestión!para!la!realización!de!los!planos,!piedra!angular!en!nuestro!proyecto.!De!la!misma!forma!aprovecharemos!todas!las!páginas!que! nos! puedan! mostrar! características! sobre! motores! rotativos! y! el!funcionamiento!del!motor!a!vapor!en!cuestión.!!

Como! se! trata! de! un! proyecto! guiado! a! la! fabricación! del! producto,! la!realización! del! presupuesto! no! podrá! ser! de! otra! forma! que! encaminada! a! la!fabricación! ! en! un! taller.! Por! tanto,! lo! que! haremos! será! suponer! un! número! de!horas! para! la! fabricación! de! los! componentes! de! cada! motor,! su! montaje! y! su!verificación.!Posteriormente!vamos!a!estimar!el!precio!de!cada!máquina!por!hora,!incluyendo! gastos! de! gestión! y! energía,! así! como! el! material! y! el! sueldo! del!operario!o!los!operarios!participantes!en!el!proceso.!En!el!caso!de!nuestra!máquina!empleamos!para!su!fabricación!las!siguientes!máquinas:!

!! ! Y!Centro!de!torneado!! ! Y!Rectificadora!cilíndrica!universal!! ! Y!Máquina!de!electroerosión!por!penetración!! ! Y!Prensa!hidráulica!!! ! Y!Centro!de!verificación!!La! mayoría! de! los! elementos! de! la! máquina! estarán! hechos! de! aluminio,!

material!ligero,!barato!y!no!da!problemas!cuando!se!trata!de!esfuerzos!pequeños.!Por! otra! parte,! las! zonal! del! motor! que! están! en! contacto! con! el! vapor! estarán!hechas!de! latón,!de! forma!que!no!alcancemos!De! la!misma! forma,! se! trata!de!un!material!muy! fácil!de! tratar!en! las!máquinas!anteriormente!mencionadas,! lo!cuál!puede! reducir! aun! más! el! precio! del! motor.! Esto! es! porque! existen! materiales!mejores!para!el!contacto!con!el!vapor!como!el!cobre,!pero!no!podemos!elevar!tanto!el! precio! del!mismo,! ya! que! se! trata! de! un!material! caro.! Por! otra! parte! se! han!necesitado! también! materiales! difíciles! de! encontrar.! Se! trata! de! componentes!resistentes! al! vapor! y! con! cierta! flexibilidad.! Dicho! material! es! el! EDPM!(etileno/propileno),! que! se! dispondrá! alrededor! del! pistón! para! evitar! fugas! de!vapor.!

!Dentro! de! los! elementos! de! construcción! tenemos! también! elementos!

normalizados,!como!son!las!tuercas,!tornillos,!y!los!rodamientos!del!motor.!Dichos!elementos! se! encuentran! en! lugares! de! seguridad! como! la! tapa! del! cilindro! o! la!bancada! para! las! tuercas,! y! en! zonas! de! giro! relativo! entre! piezas,! siempre!tratándose!de!transmisiones!de!par!como!es!en!ambos!agujeros!de! la!manivela!o!!en!el!hueco!entre!el!eje!que!sale!de!la!misma!y!la!tapa!superior!de!la!bancada.!

!El! conjunto! cilindro! pistón! del! motor! (tenemos,! en! nuestro! caso! dos! de!

ellos)!se!encuentra!comprendido!entre!dos!piezas!de!capacidad!giratoria.!Se!trata!de!dos!conexiones!de!bola!que!deben!de!ser!correctamente!lubricadas!y!fabricadas!con!el! acabado!requerido.!Aparte!de!éstas!no! tenemos!muchas!zonas!de!cuidado!excesivo!del!motor!!!!!

! !! !

Taller'de'fabricación'básico.'''!!

!!!

MANUFACTURING GREEN STEAM ENGINE Author: Postigo Fliquete, Juan Jose Director: Manini Gumz, Javier Collaborating Entity: ICAI - Universidad Pontificia Comillas. !!

PROJECT SUMMARY !!!!INTRODUCTION !

The!Green!Steam!Engine!project!stems!from!information!and!documentation!already!developed!including!the!design!of!an!engine!whose!purpose!is!the!production!of!energy!in!an!isolated!environment.!From!planes!of!American!origin,!we!find!the!possible!uses!of!this!steam!engine!operating!low!cost!and!possible!adjustments.!Such!uses!will!focus!on!places!away!from!massive!sources!of!energy!in!large!cities.!It!is!therefore!a!machine!with!multiple!options!for!adaptation!whose!main!advantage!is!the!low!cost!and!the!carrying!capacity!of!that!energy!source.!As!mentioned!above,!the!main!engine!design!is!basically!completed.!In!this!project!we!will!focus!on!the!twoAcylinder!rotary!engine!to!improve!study!plans!and!possible!uses.!Also!a!budget!of!manufacturing!the!same!will!be!done.!!!STATE OF THE ART !

The!machine!in!question!is!a!classic!twoAcylinder!engine!whose!specialty!centers!on!the!same!fuel:!steam.!Today!few!industrial!uses!are!those!who!use!this!efficient!and!economical!source!of!energy.!Well!our!main!function!is!to!encourage!such!use!sloppy,!imprecise!improving!levels!of!which!we!started.!In!addition,!another!of!the!peculiarities!of!the!motor!Green!Steam!Engine!is!the!portability!of!the!same,!can!enjoy!a!potential!source!of!energy!wherever!we!have!water!supply.!Today!the!energy!that!flows!through!the!cities,!the!plants!and!factories!and!in!all!our!houses!come!from!a!central!product!whose!price!varies!according!to!the!season!or!the!current!economic!situation.!The!aim!innovate!in!this!remodeling!of!the!steam!engine!is!the!ability!to!supply!energy!to!those!who!need!a!home!Watts!for!locally.!

!Coming!from!an!existing!model,!in!addition!to!properly!define!the!

information!and!reuse!it!for!production,!we!will!try!to!optimize!the!performance!of!the!engine!in!question!and!see!if!improvements!can!be!made!mechanical!design!(reduced!tremors!or!noises,!for!example),!and!to!study!all!possible!options!for!generating!energy!from!it.!

!Green!Steam!Engine!image!twoAcylinder!engine.!!!!!!MOTIVATION !

Today!a!major!concern!in!the!industry!is!the!possibility!of!reinventing!ways!of!generating!energy!with!lower!costs!and!less!environmental!impact.!In!the!Green!Steam!Engine!project!we!undertake!to!assess!thanks!to!both!issuesAcentered!design!as!a!fuel!vapor.!From!that!empower!design!which!is!an!idea!that!has!come!to!light!to!take!us!to!the!factories,!and!in!this!way!enable!citizens!to!engage!more!with!the!environment!while!its!economy.!It!added!that!the!design!in!question,!this!aforementioned!idea!is!a!very!rudimentary!design,!but!with!a!lot!of!potential!and!a!lot!of!room!for!improvement!we!intend!to!exploit!to!the!fullest.!Finally,!we!know!that!the!adaptability!of!this!engine!are!so!many!that!its!improvement!in!these!studies!will!complete!adaptation.!!!!!

!!!Engine!planes!Green!Steam!Engine.!Source:!Robert!Green.!!!!!OBJECTIVES OF THE PROJECT !

The!project!in!question!we!will!focus!mainly!on!the!consumption!of!engine!design,!because!our!main!cause!is!the!performance!optimization!with!an!innovative!idea!that!we!must!seize.!In!this!way!we!can!make!a!possible!engine!design!with!new!way!of!burning!a!new!concept!of!energy!generation.!Likewise,!as!the!initial!design!(as!we!mentioned!above)!very!rudimentary,!it!will!try!to!improve!yourself!in!various!ways.!Reducing!steam!leakage!or!redirecting!excess!water!from!it!we!can!redirect!the!natural!environment!on!which!we!extract!energy!in!order!to!improve!the!performance!of!the!machine.!!!!!!!!!!!!!!!

!Engine!planes!Green!Steam!Engine.!!!!!METHODOLOGY OF WORK !

We!start!the!machine!design!compiling!the!plans!necessary!for!proper!documentation!before!you!start,!followed!by!an!analysis!of!the!machine!in!order!to!analyze!what!plans!we!must!start!and!watch!are!the!possible!failures!or!possible!improvements!there!may!be!in!the!initial!plans.!Then!we!proceed!to!the!realization!of!the!3D!model!of!the!engine!with!the!SolidWorks!CAD!program!to!verify!that!we!have!the!design!of!each!and!every!one!of!the!pieces.!For!this!engine!mount!and!the!program!will!check!the!correct!operation!of!this!3D!model.!Subsequently,!all!parts!and!redesigned,!we!will!make!some!new!plans!in!International!System!and!to!enjoy!a!good!engine!documentation!in!the!face!of!manufacture.!Once!this!documentation!will!study!possible!improvements!to!the!engine!itself!related!to!leaks,!engine!vibration!or!noise!from!it.!Later!we!will!produce!a!budget!with!the!aforementioned!improvements!included!and!conclude!with!a!study!of!the!multiple!ways!of!adapting!the!engine!to!the!world!of!energy,!and!what!is!more!interesting,!the!world!of!renewable!energy.!!

!3D!Green!Steam!Engine!engine!twoAcylinder!model.!!!!!!!RESOURCES TO BE USED !

As!already!mentioned,!the!root!of!our!project!are!planes!of!American!origin!(hence!the!measures!in!the!American!system)!that!are!not!completely!accurate.!Our!main!function!is!to!modify!such!plans!in!order!to!adapt!to!ISO!and!readability!of!the!same!for!any!manufacturer.!From!the!same!form!of!videos!and!tutorials!existing!Internet!will!proceed!to!the!explanation!of!the!operation!of!our!motor!for!further!study!in!what!regards!energy!adaptations.!However,!not!only!we!need!the!

engine!running!videos,!but!pictures!of!it!with!good!perspective!so!that!we!can!correctly!distinguish!the!dynamics!and!function!of!each!part!of!the!engine!running,!to!explain!later.!Likewise!we!inform!you!of!the!various!manufacturing!processes!for!parts!in!order!to!carry!out!a!project!budget!counting!machines!and!personnel.!Of!the!resources!listed!so!far,!we!can!say!that!the!CAD!Solid!Edge!ST6!tool!is!one!of!the!most!important!because!it!will!allow!us!to!produce!a!model!of!the!machine!in!question!for!the!realization!of!plans,!the!cornerstone!in!our!project.!Likewise!we!exploit!all!pages!that!can!show!us!features!on!rotary!engines!and!operation!of!the!steam!engine!in!question.!!

As!it!is!a!guided!product!manufacturing!project,!the!realization!of!the!budget!may!not!be!otherwise!that!aimed!at!making!a!workshop.!Therefore,!what!we!will!be!a!number!of!hours!to!manufacture!the!components!of!each!motor!assembly!and!verification.!Later!we!will!estimate!the!price!of!each!machine!per!hour,!including!management!fees!and!energy!as!well!as!the!material!and!salary!operator!or!operators!involved!in!the!process.!In!the!case!of!our!machine!we!use!for!manufacturing!the!following!machines:!!

A!Turning!center!A!Universal!cylindrical!grinding!machine!A!EDM!Machine!A!Hydraulic!Press!A!Verification!Center!

!Most!machine!elements!are!made!of!aluminum,!lightweight,!inexpensive!

material!and!not!give!problems!when!it!comes!to!small!efforts.!Moreover,!the!zonal!engine!in!contact!with!the!vapor!will!be!made!of!brass,!so!that!not!reach!Likewise,!it!is!very!easy!material!treated!in!the!aforesaid!machines,!which!can!further!plus!the!price!of!the!engine.!This!is!because!there!are!better!materials!for!contact!with!steam!as!copper,!but!can!not!raise!its!price!both!because!it!is!an!expensive!material.!Moreover!there!are!also!hard!to!find!materials!needed.!It!is!resistant!and!vapor!components!with!some!flexibility.!Such!material!is!EPDM!(ethylene!/!propylene)!which!have!around!the!piston!to!prevent!leakage!of!steam.!!

Inside!the!building!elements!we!have!also!standardized!elements,!such!as!nuts,!bolts,!and!the!motor!bearings.!These!elements!are!in!places!of!safety!as!the!cylinder!cover!or!the!bench!for!nuts,!and!in!areas!of!relative!rotation!between!parts,!always!the!case!of!transmission!of!torque!and!is!in!both!holes!in!the!handle!or!in!the!gap!between!the!shaft!coming!out!of!it!and!the!top!cover!of!the!bed.!!

The!engine!piston!cylinder!assembly!(have,!in!this!case!two)!is!between!two!pieces!of!rotatability.!There!are!two!ball!connections!must!be!properly!lubricated!and!constructed!with!the!required!finish.!Apart!from!these!we!have!many!areas!of!excessive!engine!care!!!!!

! !Basic!manufacturing!workshop.!