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Capítulo 4:
4. Construcción y pruebas del prototipo Ahora es el momento de construir el prototipo y comprobar si es que el modelo
teórico analizado se aproxima a la realidad o no. Dado que es el primer prototipo que se construye, es muy probable que surjan
problemas que no fueron previstos en el análisis teórico y que sólo podrán solucionarse en la construcción de prototipos posteriores. Que se encuentren este tipo de inconvenientes no significa que el mecanismo ideado para el motor sea inválido. Todos los inconvenientes que se encuentren durante la construcción y pruebas de este prototipo servirán para la mejora de los siguientes.
4.1. Consideraciones constructivas Una de las primeras consideraciones que se tiene que hacer es que las superficies
perfectamente planas y perfectamente cilíndricas no existen. Siempre hay ciertas variaciones respecto al ideal. Hay que considerar las limitaciones presentes en las máquinas que se utilizarán para la construcción y seleccionar el proceso que lleve a una mejor calidad.
Hay que considerar las deformaciones que se presentan en las piezas durante su
mecanizado y las que se presentan en la herramienta. A veces se producen variaciones que son muy nocivas para el funcionamiento del sistema.
Hay que tomar en cuenta que siempre es necesario considerar unas tolerancias y
variaciones para permitir que los elementos se comporten como se debe. Por ejemplo, si se quiere que el rotor deslice dentro del estator, el rotor no puede tener el mismo espesor que el estator; debe tener unas centésimas menos para que pueda deslizar sin problema.
Además, debido a la disponibilidad de materiales y a las ventajas y desventajas
que presenta cada uno, habrá que seleccionar en algunos casos materiales distintos a los que se pensó utilizar inicialmente y habrá que considerar el efecto de ese cambio en el comportamiento del motor. Inclusive si se hubieran utilizado los materiales previstos, el comportamiento real difiere del teórico y sus efectos se verán durante las pruebas.
150
Vale recordar en este momento una consideración que se hizo desde que se
seleccionó el Modelo E para su construcción: La posibilidad de deslizamiento del rotor sobre el estator. Es muy probable que ocurra este deslizamiento (debido al cambio de materiales, residuos de lubricantes en las piezas, cambio en la rugosidad superficial durante el proceso de fabricación), y en ese caso no funcionaría el motor, pero habrá que esperar a realizar las pruebas para confirmar esto y proponer soluciones para evitarlo.
Hay algunas consideraciones prácticas y modificaciones que se realizaron
durante la construcción. Estas se comentarán a lo largo de la descripción del proceso constructivo.
4.2. Proceso constructivo A continuación se hace una descripción del proceso constructivo que se siguió
para la obtención del primer prototipo de este motor neumático. Algunas piezas fueron fabricadas utilizando control numérico computarizado. No
se entrará en detalles sobre las máquinas utilizadas ni el código G empleado pues no es objeto de esta tesis.
La primera pieza en fabricarse fue el rotor. Se utilizó un aluminio 6061 debido a
la alta resistencia que presenta. Inicialmente se obtuvo un cilindro de aluminio que después fue trabajado en una
máquina CNC (En este caso, una MAHO de 4 ejes) para darle la forma final. En la Figura 4.1 se puede ver el cilindro de aluminio del que se partió para la
construcción del rotor. La construcción del rotor inició refrentando una de las caras del cilindro de
aluminio, como se puede ver en la Figura 4.2. Posteriormente, se realizó un agujero en el centro de la barra (Figura 4.3) que después se ampliaría (Figura 4.4) para obtener el cilindro de aluminio a partir de la cual se obtendrá el rotor. En la Figura 4.5 se puede ver este cilindro de aluminio aún en el torno y en la Figura 4.6 se puede le puede ver antes de ser colocado en la MAHO.
Este cilindro deberá tener un diámetro interno igual al diámetro interno final del
rotor. El diámetro exterior y el espesor se necesita que sean mayores para poder realizar el mecanizado posterior.
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Figura 4.1 Cilindro de Aluminio 6061 de donde se obtuvo el rotor
Figura 4.2 Refrentado del cilindro base para la fabricación del rotor
152
Figura 4.3 Obtención de la cavidad central del rotor
Figura 4.4 Acabado de la cara interna del rotor
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Figura 4.5 Cilindro base para la fabricación del rotor
Figura 4.6 Cilindro base listo para mecanizado en la MAHO
Dada la dificultad para sujetar apropiadamente el rotor en un chuck y permitir su mecanizado en la MAHO, se tuvo que preparar un soporte adicional. En la Figura 4.7 y la Figura 4.8 se aprecia parte del proceso de fabricación de este soporte. En la Figura 4.9 se puede ver el soporte ya terminado y sujetado en un chuck, listo para ser colocado en la MAHO.
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Figura 4.7 Preparación del soporte para el mecanizado del rotor
Figura 4.8 Preparación del soporte para el mecanizado del rotor
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Figura 4.9 Soporte para el mecanizado del rotor sujeto en un chuck
Después de tener el cilindro de aluminio sobre el cual se trabajará el rotor, se procede a sujetar este cilindro en la base que se acaba de preparar, para poder así mecanizar el rotor en la MAHO de forma apropiada.
La base de la Figura 4.9 tiene un diámetro exterior ligeramente superior al
diámetro interior del cilindro sobre el que se trabajará el rotor. Para que el rotor pueda entrar en la base, es necesario dilatarlo previamente. Para dilatarlo se usa un calentador inductivo, el cual se puede ver en la Figura 4.10.
Figura 4.10 Calentador inductivo
156
Una vez que el rotor se encuentra sujeto a su base, esta base se coloca en la MAHO y se centra. En este momento ya se puede iniciar el mecanizado del rotor.
Inicialmente se refrenta la cara superior del cilindro hasta llevarlo al espesor final
del rotor. Aquí se debe aclarar que, como el rotor debe girar libremente dentro del estator, el espesor final que se le dé será 2 centésimas de milímetro menor al espesor del estator. En la Figura 4.11 se puede ver esta parte del proceso.
Figura 4.11 Refrentado de la cara superior del rotor
Después de haber refrentado la cara superior del rotor, lo primero que se realiza son los agujeros donde se ubicarán los pivotes de las aletas. Al mismo tiempo se realizan unos agujeros que conformarán el apoyo del borde externo de la aleta. En la Figura 4.12 y la Figura 4.13 se puede ver el mecanizado de estos agujeros y su culminación.
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Figura 4.12 Mecanizado de los agujeros para el pivote de la aleta y su apoyo sobre el rotor
Figura 4.13 Agujeros para el pivote y apoyo de la aleta sobre el rotor
La precisión en el acabado de los agujeros de pivote es muy importante, pues sobre ellos deslizaran las aletas, y de ellos depende, en parte, la calidad del sistema. Por esto es que se decide utilizar un Reamer para darles el mejor acabado que sea posible. En la Figura 4.14 se puede ver este proceso.
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Figura 4.14 Acabado de los agujeros del pivote utilizando un Reamer
Ahora, se procede a dar el diámetro externo final al rotor. En la Figura 4.15 se puede ver este proceso.
Figura 4.15 Obtención del diámetro externo del rotor
Una vez que el rotor ya se encuentra con su diámetro externo final, se procede a mecanizar las cavidades finales en las que encajarán las aletas. Este proceso se puede ver en la Figura 4.16.
Después de terminar el mecanizado en la MAHO (Figura 4.17) se debe dar el
acabado al rotor a mano, para asegurar que las aletas encajen de forma apropiada en sus
159
respectivas posiciones. Este acabado se deja para el final. Ahora ya se puede liberar al rotor de su soporte.
Figura 4.16 Mecanizado de las cavidades para las aletas
Figura 4.17 Rotor después del mecanizado en la MAHO
En la Figura 4.18 se puede ver como es calentado el rotor para ser liberado de su soporte.
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Figura 4.18 Calentamiento del rotor para liberarlo del soporte
Después de fabricar el rotor, se procede a fabricar el distribuidor. Para la fabricación del distribuidor se utilizo Nylon. Este material fue seleccionado pues el rozamiento entre él y la mayoría de los metales, es bajo.
El primer paso para la fabricación del distribuidor es fijar el bloque de Nylon en
la MAHO y realizar un corte exploratorio para poder definir apropiadamente el cero de la máquina, como se puede ver en la Figura 4.19.
Figura 4.19 Corte para establecer el cero de la MAHO antes de construir el distribuidor
161
Una vez establecido el cero de la MAHO, se empieza el mecanizado del distribuidor. En este caso, sí se le da la medida final al distribuidor, aunque aún así quedarán unas rebabas que deberán ser retiradas posteriormente.
Después de terminar con el mecanizado del distribuidor en la MAHO, este se
separa del bloque de Nylon a mano, utilizando una sierra. Para darle el espesor final se utiliza un torno pequeño y luego se lijan las superficies planas del distribuidor.
A pesar de haber dado las medidas finales al distribuidor, antes de armar el motor
se deberá verificar que todo encaje y se darán las medidas finales según sea conveniente.
En la Figura 4.20 y la Figura 4.21 se aprecia el mecanizado del distribuidor en la
MAHO y en la Figura 4.22 se ve el distribuidor ya terminado antes de ser separado del bloque de Nylon.
Figura 4.20 Mecanizado del distribuidor
162
Figura 4.21 Mecanizado del distribuidor
Figura 4.22 Distribuidor terminado antes de ser separado del bloque de Nylon
Después de fabricar el distribuidor se procede a fabricar el estator. Éste es fabricado a partir de una barra de hierro fundido utilizando un torno axial convencional. Su fabricación es bastante sencilla, por lo que sólo se muestran imágenes de éste después de mecanizado.
En la Figura 4.23 se puede ver el estator recién retirado del torno, que después
pasará a ser pulido, como se puede apreciar en la Figura 4.24.
163
Figura 4.23 Estator recién retirado del torno
Figura 4.24 Pulido de las bases del estator
Posteriormente, se retiran las rebabas internas del estator y se le da acabado a su superficie interna utilizando una cuchilla de torno, como se puede apreciar en la Figura 4.25. Este proceso se debe realizar a mano.
164
Figura 4.25 Acabado de la superficie interna del estator
Una vez terminado el estator, se prosigue con la fabricación del eje. En la Figura 3.39 (8.1) se puede ver la forma del eje.
Como es un poco complicado fabricar este eje en una sola pieza, tal y como fue
modelado en SolidWorks, se le fabricará por partes. Se fabricarán 2 discos con un soporte para los rodajes que luego entrarán a presión en el eje propiamente dicho (Para entender con mayor claridad de que se habla, se pueden ver los planos del prototipo, que se encuentran al final de la tesis).
En la Figura 4.26 se puede ver la fabricación de los discos con el soporte para los
rodajes. De la misma forma, en la Figura 4.27 se puede apreciar la fabricación del eje del prototipo propiamente dicho.
165
Figura 4.26 Fabricación de los discos con soporte para el rodaje
Figura 4.27 Fabricación del eje del motor propiamente dicho
En la Figura 4.28 se pueden ver los discos que formarán parte del eje, y en la Figura 4.29 se aprecia el ensamblaje de estos discos junto con el eje propiamente dicho que luego formarán parte del sistema de transmisión.
166
Figura 4.28 Discos con soporte para los rodajes
Figura 4.29 Ensamblaje del eje y los discos
Después de ensamblar los discos junto con el eje principal del motor, se debe realizar unos canales a estos para que ahí se alojen los pines donde se soportarán los rodillos (En este caso se utilizan rodajes para este fin).
En la Figura 4.30 y la Figura 4.31 se puede apreciar el mecanizado de estos
canales utilizando una fresadora.
167
Figura 4.30 Mecanizado de los canales para los pines
Figura 4.31 Mecanizado de los canales para los pines
La fabricación de los pines no se comenta pues es muy simple. En la Figura 4.32 se puede ver el eje terminado junto con los pines, mientras que
en la Figura 4.33 se pueden ver los pines en su posición final sobre el eje.
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Figura 4.32 Eje y pines terminados
Figura 4.33 Eje con los pines en su posición final
Después de haber fabricado el eje y los pines, se puede proceder a ensamblar el sistema de transmisión completo, junto con los rodajes.
En la Figura 4.34 y la Figura 4.35 se puede ver el sistema de transmisión ya
terminado.
169
Figura 4.34 Sistema de transmisión
Figura 4.35 Sistema de transmisión visto de canto
A continuación se procede a fabricar la tapa2 (Figura 3.39 (3)). Se parte de un disco de acero A36 al cual se le realiza un agujero central por el
cual pasará el eje, como se puede apreciar en la Figura 4.36; y posteriormente se refrenta una de las caras que servirá como apoyo más adelante (Figura 4.37).
170
Figura 4.36 Fabricación de la tapa2 del prototipo
Figura 4.37 Refrentado de una de las caras de la tapa2 de prototipo
Después de refrentar esta cara, se lleva una pequeña parte del disco a su diámetro final, para facilitar luego su alineamiento en el chuck de la MAHO, donde se le generarán los ductos del sistema de distribución. A continuación se pueden ver algunas fotografías del proceso de mecanizado de los ductos de distribución en la MAHO (Figura 4.38, Figura 4.39 y Figura 4.40).
Para terminar esta tapa, se la lleva a la rectificadora donde se rectificarán ambas
caras para lograr que queden lo más planas y paralelas que sea posible. Más adelante,
171
se realizan los agujeros roscados donde entrarán los pernos que sujetarán las demás tapas.
Figura 4.38 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución
Figura 4.39 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución
172
Figura 4.40 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución
Para poder visualizar lo que sucediera dentro del prototipo, se decidió que una de las tapas debía ser transparente. La única alternativa para lograr esto era fabricar la tapa1 de plexiglás.
Dada la disponibilidad de materiales, y el riesgo de rayar la superficie del
plexiglás durante el mecanizado, se decidió conformar la tapa1 de una brida de aluminio (anillo externo), una masa de acero para sujetar el rodaje, y un disco de plexiglás a través del cual se podría observar la parte interna del motor.
Figura 4.41Torneado del anillo de aluminio de la tapa1
173
En la Figura 4.41 se puede observar la fabricación de la brida de aluminio de la
tapa1. En la Figura 4.42 se puede ver la tapa1 ya terminada, y más adelante, en la Figura 4.43, se puede apreciar la tapa1 con el su respectivo rodaje ya en posición.
Figura 4.42 Tapa1 terminada
Figura 4.43 Tapa1 con su rodaje respectivo
174
Ahora se procede a fabricar la tapa3, la cual también se modificó debido a la disponibilidad de materiales.
Para fabricar la tapa3 se parte de un disco de acero, al que se le hace un agujero
para encajar a presión el cilindro que alojará al distribuidor. Para asegurar al cilindro sobre el disco de acero, ambos son apuntalados (Figura 4.44 y Figura 4.45).
Figura 4.44 Fabricación de la tapa3
Figura 4.45 Tapa3 de perfil
175
Después de soldar las dos partes, se tornea la superficie que entra en contacto con
la tapa2 y se mecaniza la cavidad donde se aloja el estator. En la Figura 4.46 se ve la tapa3 después del tornado. Se puede apreciar que el distribuidor encaja casi sin holgura en la cavidad de la tapa3 (Figura 4.47).
Figura 4.46 Tapa3 después del torneado
Figura 4.47 Distribuidor alojado en la tapa3
176
Finalmente, se realizan los agujeros para el ingreso y escape de aire, y los
agujeros para colocar los pernos. En la Figura 4.48 se puede ver el mecanizado de los agujeros sobre la tapa3, y en la Figura 4.49, la tapa3 inmediatamente después de esto.
Figura 4.48 Mecanizado de los agujeros de la tapa3
Figura 4.49 Tapa3 después de habérsele realizado los agujeros
177
En las siguientes figuras (Figura 4.50 y Figura 4.51) se puede ver la tapa3 ya
terminada.
Figura 4.50 Tapa3 terminada
Figura 4.51 Tapa3 terminada con el distribuidor en su lugar
178
Ahora se procede a mecanizar las aletas. Para esto se emplea fibra Ferrocel (Fibra fenólica). La forma principal se le dará utilizando la MAHO, pero dada la forma peculiar de las aletas, y la dificultad de encontrar una fresa lo suficientemente esbelta y resistente como para trabajarlas, se les deberá dar la forma final a mano. En la Figura 4.52 se puede ver la obtención del centro en la MAHO para el mecanizado de las aletas, y en la Figura 4.53 y la Figura 4.54 se aprecia este mecanizado.
Figura 4.52 Calibración del centro para el mecanizado de las aletas
Figura 4.53 Mecanizado de las aletas
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Figura 4.54 Mecanizado de las aletas
Después del mecanizado en la MAHO, las aletas se separan del bloque de Ferrocel utilizando una cierra. Posteriormente, se retiran los extremos sobrantes en un torno pequeño, para no perder el paralelismo entre los extremos de la aleta.
Figura 4.55 Refrentado de uno de los extremos de la aleta
180
Para terminar, utilizando unas limas pequeñas, se le da la forma final a las aletas. En este punto se debe limar las aletas y el rotor cuanto sea necesario para lograr que encajen y se mueven apropiadamente, como se aprecia en la Figura 4.56.
Después de la construcción, se debe probar que todo encaje en sus respectivas
posiciones. Esto se puede ver a partir de la Figura 4.57 hasta la Figura 4.64.
Figura 4.56 Acabado de las aletas y el rotor
Figura 4.57 Rotor, aletas, estator y tapa3 en sus respectivas posiciones
181
Figura 4.58 Rotor, aletas, estator y tapa3 en sus respectivas posiciones
Figura 4.59 Motor ensamblado sin la tapa1
182
Figura 4.60 Motor ensamblado sin la tapa1
Figura 4.61 Distribuidor en su posición sobre la tapa2
183
Figura 4.62 Motor ensamblado completamente sin sus pernos
Figura 4.63 Motor ensamblado sin sus pernos
184
Figura 4.64 Motor terminado
En la Figura 4.62 y la Figura 4.63 se pueden ver todas las piezas del motor en sus
respectivas posiciones, aunque sin sujetar las tapas con los pernos. En la Figura 4.64 se puede ver el motor terminado antes de las calibraciones
finales y pruebas de funcionamiento. En esta figura los pernos no se encuentran a presión, sólo se han colocado para mantener las piezas en posición.
Se debe recordar que antes de armar el motor por primera vez, se debe matar
todas las rebabas y avellanar todos los agujeros que hubieran quedado con borde agudo.
En este punto es muy poco probable que el motor funcione (Y en efecto, no
funciona), esta prueba sólo sirve para ver que las piezas encajen en posición. Posteriormente se necesitará realizar ajustes más finos para poder probar su funcionamiento. En el siguiente apartado se describen estos ajustes y las pruebas realizadas para verificar la validez del modelo utilizado planteado.
185
4.3. Ajustes, prueba de funcionamiento y consideraciones finales En este punto se realizarán los ajustes necesarios para lograr que este prototipo
funcione. Inicialmente, antes de armar el motor completo, se probó que las cámaras
expandieran sin utilizar el sistema de distribución. Para esto se le inyectaba aire individualmente en cada cámara para comprobar la expansión de la cámara y la entrega de potencia al eje. En la Figura 4.65 y la Figura 4.66 se puede ver el primer ensamblaje utilizado para las pruebas.
Después de esta primera prueba (ver Figura 4.67), se observo el primer
inconveniente. Debido a los errores presentes en las medidas que se dio a todas las piezas, cuando el rotor y el estator se encontraban en contacto sobre CI, el estator y el eje se encontraban fuera de centro. Esto es, al armar todo, el centro del estator no coincidía con el eje del motor debido a las tolerancias en la fabricación.
Figura 4.65 Primer ensamblaje del motor para pruebas
186
Figura 4.66 Primer ensamblaje del motor para pruebas
Figura 4.67 Prueba de expansión de cámaras individuales (Sin utilizar distribuidor)
Dada esta peculiaridad, era imposible pretender armar el motor y mantener el
estator en una sola posición fija, y que además éste mantuviera una presión constante sobre el rotor (para evitar el deslizamiento).
187
Por este motivo, se decidió que el estator ya no sería estático, sino que se le daría una pequeña libertad de desplazamiento; y que la fuerza normal que se necesitaría sobre CI se conseguiría presionando al estator contra el rotor, con resortes. Esta modificación puede ser vista en la Figura 4.68.
Figura 4.68 Resorte añadido para mantener al estator en contacto con el rotor
Figura 4.69 Vista superior del ensamblaje con resortes
188
De esta forma se logró que el rotor girara sus primeras fracciones de vuelta. En este punto también se notó que la diferencia de 2 centésimas de milímetro
entre estator y rotor no era suficiente para permitir el giro. También se notó que las aletas no tenían una longitud uniforme, e inclusive algunas eran más largas que el estator. Debido a esto, se tuvo que lijar cuidadosamente las aletas y el rotor midiendo constantemente ambos para lograr una medida en ambos aproximadamente 6 centésimas de milímetro menor que el estator, y así permitir el deslizamiento de las aletas y el rotor. Este proceso de ajuste de medidas puede ser apreciado en las siguientes fotos (Figura 4.70, Figura 4.71, Figura 4.72, Figura 4.73 y Figura 4.74).
Figura 4.70 Obtención de una medida final uniforme del estator
189
Figura 4.71 Acabado de las superficies del rotor y las aletas en contacto con las tapas
Figura 4.72 Lijado de las aletas y el rotor en un marmol
190
Figura 4.73 Inspección de la medida final de las aletas
Figura 4.74 Inspección de la medida final del rotor
Posteriormente, después de que se decidió liberar el estator, se probó el sistema
de distribución. En las primeras pruebas con distribuidor, el motor no giraba. Se encontró que el
eje del distribuidor no era colineal al eje del motor, y por ese motivo, el rozamiento en
191
la cavidad del distribuidor era muy elevado. Además, la holgura del distribuidor en la cavidad en la que encajaba, era muy baja como para realizar ajustes. Inicialmente se procedió a lijar las caras del distribuidor y a realizar redondeos en sus bordes agudos, como se puede ver en la Figura 4.75, la Figura 4.76 y la Figura 4.77; pero no se llegó a solucionar el problema.
Figura 4.75 Lijado de las caras del distribuidor
Figura 4.76 Lijado de las caras del distribuidor
192
Figura 4.77 Redondeo de bordes agudos en el distribuidor
Dada la permanencia del problema, se decidió volver a centrar el distribuidor en
un torno, y reducir su diámetro ligeramente, para disminuir el rozamiento y a costa de aumentar las pérdidas de aire. En la Figura 4.78 se pueden ver las huellas que se produjeron en el distribuidor debido al rozamiento.
193
Figura 4.78 Huellas del rozamiento sobre el distribuidor
Una vez que se realizaron estos cambios, se volvió a probar el motor. Después de
esta segunda prueba, el motor aún no llegaba a dar una vuelta completa. Ahora se descubrió que el problema era que las aletas tenían un ángulo muy
agudo en sus bordes que hacía que estas se trabaran en los ductos de admisión y escape. Más aún, las aletas se atoraban al ingresar en su cavidad en el rotor. Para solucionar este problema, se dio un redondeo a las aletas en todos sus bordes, y se limó y lijó la cavidad en el rotor donde se alojan las aletas para evitar atascos.
En esta tercera prueba, finalmente el motor empezó a girar. Lo que se notó de
peculiar en esta prueba, es que el motor giraba muy lentamente, además de atorarse en ciertos puntos. En este punto el torque era demasiado bajo, el motor podía ser detenido con la mano.
Después de un poco de observación, se notó que la holgura que se dio a la tapa
del motor para permitir el deslizamiento del estator, había sido demasiado; y esta era la causa de su baja velocidad de rotación. Al ajustar más los pernos, se logró obtener una mayor velocidad.
En la Figura 4.79 se puede ver el prototipo después de haberse realizado las
pruebas exitosas. Se puede apreciar que la cara de plexiglás se encuentra un poco gastada debido al rozamiento de las aletas y el rotor sobre ella.
194
Figura 4.79 Prototipo después de realizarse las pruebas exitosas
Se pudo apreciar que, al girar, el rotor deslizaba sobre el estator en ciertas zonas;
como se había previsto desde un inicio que podía fallar. Pero hubo una peculiaridad más que no se llegaba a aclarar: La vibración era muy elevada y sin presentar masa reciprocantes.
Después de mucha observación se noto que la vibración se producía debido a una
serie de golpes del estator sobre los pernos de sujeción, debido a que no había buena uniformidad en la distribución de estos pernos, ni en las fuerzas que ejercían los resortes sobre el estator.
Para solucionar este problema, se colocaron unos trozos de manguera de caucho
que amortiguaran los golpes y se cuidó que los pernos de sujeción del sistema de distribución no atravesaran la tapa2. En la Figura 4.80 se pueden ver los fragmentos de manguera de caucho utilizados para amortiguar los golpes.
195
Figura 4.80 Trozos de caucho provisionales para la amortiguación de golpes
Después de estos cambios se logró reducir la vibración y mejorar el torque
entregado. Si bien es cierto que aún era posible detener al motor con la mano, requería de mayor esfuerzo.
Debe decirse que en ninguna de las pruebas se logró obtener una velocidad del
giro constante. Para uniformizar el giro hubiera sido conveniente utilizar una volante. Después de hacer funcionar por un periodo más largo al prototipo, se notó que el
estator tenía una libertad de desplazamiento bastante alta, que le permitía desplazarse más allá de la posición en que el anillo de plexiglás de la tapa1 formaba una cavidad cerrada junto con él. Debido a este desplazamiento es que se perdía una cantidad excesiva de aire entre la tapa1 y el estator. Esta también es una de las causas de que el torque entregado por este prototipo fuera bajo.
El último gran inconveniente que se llegó a observar en el prototipo se debe a un
error en la selección del material para el estator. Se decidió que éste fuera hierro fundido, pero se olvidó considerar los efectos nocivos del alto contenido de carbono de este material sobre el funcionamiento de este motor. El estator de hierro fundido, después de que el motor se encontrara cierto tiempo en funcionamiento, empieza a liberar algo de de este carbono a la superficie de contacto donde se produce el rozamiento, y disminuye la fricción. Más aún, debido al desgaste del rotor, aparece un polvillo de oxido de aluminio en la superficie de contacto rotor-estator; que disminuye aún más el rozamiento. Esto hace que después de cierto tiempo en funcionamiento, el rotor deslice con mucha facilidad sobre el estator y comprometa el funcionamiento del prototipo.
En la Figura 4.81 se puede ver la huella dejada por el deslizamiento del estator
sobre la tapa2. Así también se ve el cambio de color en las aletas, debido al grafito liberado del estator.
196
Figura 4.81 Huellas dejadas por el estator sobre el rotor, aletas y tapas.
Después de haber hecho estas pruebas, se decidió tomar alguna medida para tener
una idea cuantitativa del comportamiento del motor. Dado el bajo torque que se obtuvo con este primer prototipo, no se creyó conveniente medirlo, ni tampoco la potencia obtenida de él. Como se puede suponer, dada la gran cantidad de perdidas en rozamiento, deslizamiento, y fugas de aire de este prototipo; su rendimiento también se espera que fuera mucho más bajo que el óptimo teórico; por este motivo tampoco se realizó ninguna medición ni evaluación de este parámetro.
Lo que si se realizó fue una medición de la velocidad de rotación del rotor. Como
ya se dijo antes, en ninguna de las pruebas se logró mantener una velocidad de giro estable.
Para realizar esta medición, se acopló al eje del motor neumático un motor DC
con encoder de 500 pasos. Así, cuando el eje del motor neumático transmitiera su movimiento al eje del motor eléctrico, se podría medir la frecuencia del encoder con un osciloscopio y así calcular la velocidad de giro del motor neumático.
En la Figura 4.82 y la Figura 4.83 se puede ver el sistema utilizado para medir la
velocidad de motor. Al inyectar aire a 6.5 bar al motor, se obtuvo una frecuencia promedio del
encoder de 3.5kHz. Que considerando la resolución de 500 pasos del encoder, equivale a una velocidad de giro del eje del motor de 7 vueltas por segundo o 420 rpm.
Debe tenerse en claro que esta medida no es muy fiable dado que al no utilizar
volante de inercia, la velocidad de giro del eje del motor, es muy variable. Además, el
197
flujo de aire es un factor importante en la velocidad del motor, y no se cuenta con datos de este.
Figura 4.82 Sistema para medir la velocidad del motor
Figura 4.83 Sistema para medir la velocidad del motor
198
Debido a que se contaba con una cantidad de tiempo limitada para la realización de la tesis, sólo se construyó un prototipo. Para poder realizar un análisis económico y evaluar el comportamiento del motor de forma apropiada, sería conveniente contar con un modelo más elaborado. Por este motivo, todos los estudios y mejoras posibles, y necesarios, se dejan para trabajos posteriores.