Algunas variantes del motor pof-pof

También conocido como pop-pop, putt-putt, etc según el lugar.

  8) Un ciclo de piot de dos cilindros (16/6/2008) 

1) Un motor metálico de tubos concéntricos 

2)Un motor con tubos concéntricos de vidrio.

3) Pulso reactor con caldera flash monotubo

4) Un motor pof pof excitado con una caldera flash

5) Es simplemente un mechero de alcohol

6) Un motor pof pof alimentado por capilaridad

7) Es igual que la cuarta pero al revés

 La primera de las maquinas es la última que hice y por eso está al principio.

Hoy (julio 2015) sigo trabajando en la novena variante que debería completar el trabajo, pero todavía no he logrado hacer una máquina que funcione en forma estable, construir un motor pof pof que mueva un pistón es un desafío más difícil de lo que pensaba. Si a usted le interesa este tema es posible que le interese también un trabajo que he estado haciendo sobre máquinas similares a las de ciclo Stirling pero que utilizan como fluido aire húmedo, es un trabajo teórico que presupone que el lector posee  ciertos conocimientos básicos sobre máquinas de aire caliente

https://sites.google.com/site/maquinasdeairehumedo/ 

 A lo largo del tiempo mi visión de estas máquinas se ha ido modificando, pero (salvo muy pocas excepciones) no he corregido lo escrito anteriormente porque lo que pretendo es describir mis experiencias con estos motores y no escribir un tratado sobre el tema. 

Hecha la aclaración pasemos al texto original:

Y ahora corresponde que me presente, mi nombre es Jorge Hugo Cordero, vivo en La Plata (Rep. Argentina). Soy Ing. Electricista y tornero aficionado. Decidí escribir mis experiencias sobre este tema porque pienso que pueden ser de algún interés, especialmente en el campo de la enseñanza. Mi sospecha esta fundada en el interés que mostró Mr Slater Harrison* cuando le escribí un mail sobre mis primeras experiencias en el tema y pienso que al menos a él le puede resultar de alguna utilidad. Si me equivoco, no importa, ya hay mucha basura publicada en la web y "que le hace una mancha mas al tigre".

Todo comienza cuando a mediados del 2005 uno de mis sobrinos me pidió que le hiciera el motor para una lancha pof-pof, del tema lo único que recordaba es que mi padre nos compró una lancha cuando éramos chicos y que funcionaba. Finalmente conseguí hacer unos motores y el problema de mi sobrino quedó resuelto.

Sin embargo el tema me resultó interesante y he seguido haciendo pruebas, algunas con éxito y son estas las experiencias que voy a contar.

* Slater Harrison está haciendo un trabajo muy interesante en http://www.sciencetoymaker.org/ .

Introducción

Para empezar digamos que si tomamos un tubo cerrado en un extremo y abierto en el otro, y calentamos el extremo cerrado dejando frío el abierto, el aire en el interior del tubo empezará a vibrar con la frecuencia de resonancia del tubo. De este principio, descubierto en el siglo XIX, deriva un dispositivo conocido como generador termoacústico.

Para una descripción mas detallada lea http://www.uvmnet.edu/investigacion/episteme/numero1-05/jovenes/a_utilizacion.asp

o en un buscador use las palabras termoacústico y generador.

Si ahora llenamos el tubo con agua, en el extremo cerrado se formará una burbuja de vapor y si las condiciones son adecuadas vibrará pero moviendo un émbolo de agua lo que disminuye mucho la frecuencia. Con esta modificación tendremos un motor pof-pof elemental.

El principio de funcionamiento es el mismo con aire o vapor pero resulta mas fácil verlo en el motor pof-pof.

Observemos que:

1)Hasta una cierta distancia del extremo caliente tendremos una burbuja de vapor y a partir de allí un pistón de agua líquida.

2) La temperatura del tubo disminuye a medida que nos alejamos del extremo cerrado.

3)Tanto el agua como el vapor son malos conductores del calor y su temperatura tenderá también a disminuir al alejarnos del extremo caliente. En condiciones de equilibrio, en cada punto, la temperatura será igual a la del tubo.

4)Consideraremos despreciable la variación de temperatura con la presión. Tampoco consideraremos la variación de la temperatura de ebullición del agua con la presión. Esto se justifica en las muy pequeñas variaciones de presión en los motores pof-pof de tipo resonante (en los de caldera flash, como el original de Thomas Piot, esto no es válido), pero fundamentalmente porque la explicación se complicaría y mucho. A pesar de ser motores resonantes, tengo mis serias dudas que esta simplificación sea valida para los dos primeros motores que describo.

Supongamos que la burbuja y el pistón están en equilibrio y que por algún motivo el pistón liquido se desplaza hacia afuera. Ocurrirá que:

1)Al aumentar el volumen, baja la presión de la burbuja de vapor.

2) La burbuja entra en contacto con una porción del tubo enfriada por el agua. El resultado es que algo del vapor se enfría y algo se condensa, produciéndose una disminución adicional de la presión (versión simplificada, pero fácil de entender).

Otra interpretación sería: Como en condiciones de equilibrio ideal la temperatura de las paredes del tubo es en todo punto igual a la de la burbuja y del pistón de agua (en la frontera entre el pistón y la burbuja la temperatura será 100ºC) al aumentar el volumen de la burbuja su temperatura será en todos los puntos algo mayor que la del tubo y tenderá a enfriarse cediendo calor al tubo.

El primer razonamiento se ajusta mejor a los motores donde se produce una vaporización explosiva (caldera flash) y la segunda a los motores de tipo resonante.

Si la disminución de la presión fuera únicamente debida al primer punto el pistón tenderá a volver a la posición de equilibrio, se pasara y oscilará hasta que el rozamiento elimine la oscilación. El equilibrio sería estable.

Es el segundo punto el que nos dará el empuje adicional para hacer la oscilación permanente. Si la energía adicional en cada ciclo es superior a la que disipan las fuerzas de roce, la amplitud de la oscilación aumentará hasta que se produzca el equilibrio de ambas energías.

Para completar supongamos que la burbuja y el pistón están en equilibrio y que por algún motivo el pistón liquido se desplaza hacia adentro. Ocurrirá que:

1) Al disminuir el volumen, sube la presión de la burbuja de vapor.

2) El pistón entra en contacto con una porción del tubo calentada por la burbuja. El resultado es que algo del agua se vaporiza, produciéndose un aumento adicional de la presión.

La segunda interpretación sería: Como en condiciónes de equilibrio ideal la temperatura de las paredes del tubo es en todo punto igual a la de la burbuja y del pistón de agua (en la frontera entre el pistón y la burbuja la temperatura será 100ºC) al disminuir el volumen de la burbuja su temperatura será en todos los puntos algo menor que la del tubo y tenderá a calentarse tomando calor del tubo.

Como ya hemos dicho dijimos este es un razonamiento simplificado pero que nos permite entender como funciona este tipo de motores.

Un motor pof-pof es entonces un recipiente donde hay una burbuja de vapor, un pistón liquido y un gradiente de temperatura de forma tal que el sistema es inestable y oscila. Esta oscilación produce un chorro pulsante de agua que se utiliza para impulsar la lancha.

Por supuesto hay muchas formas de hacer oscilar una burbuja de vapor, las que voy a describir son las que hice y funcionaron. Debo aclarar que cuando digo que un motor pof-pof funciona bien, significa que oscila, que esta oscilación es visible y lo suficientemente estable como para verla como periódica.

Primera variante. Un motor metálico de tubos concéntricos

Segunda variante. Un motor con tubos concéntricos de vidrio.

Tercera variante. Pulso reactor con caldera flash monotubo

Cuarta variante. Un motor pof pof excitado con una caldera flash

Quinta variante. Es simplemente un mechero de alcohol

Sexta variante. Un motor pof pof alimentado por capilaridad

Séptima variante. Es igual que la cuarta pero al revés

Octava variante. Un ciclo de Piot de dos cilindros (publicado16/6/2008)