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Construcción del quinto prototipo
Descripción del quinto prototipo.
Como ya dije, la incertidumbre en el rozamiento y el maquinado de los cilindros me hace muy difícil decidir cual es la máquina con mejor comportamiento, de modo que daré las medidas del quinto prototipo que funciona bastante bien.
Empecemos por la caldera-cilindro
El exterior es un tubo de latón y el interior está maquinado a partir de una varilla de latón mecanizable. En los primeros dos prototipos el tubo exterior y el interior se montaron con ajuste forzado, pero el resultado es que con el tiempo se aflojan, y la solución fue soldarlos con plata. La tapa posterior también de latón se soldó igualmente con plata.
En las primeras pruebas se dejaba elevar la temperatura lo máximo posible antes de arrancar la máquina por lo que descarté la opción de pegar la caldera. Sin embargo en funcionamiento la unión de las dos piezas no alcanza temperaturas demasiado elevadas por lo que sería posible pegarlas. Se tendría que tener la precaución de evitar que se sobrecalienten antes de arrancar la máquina. Hay adhesivos que soportan más de 300 ºC y de usarse uno de ellos esta precaución no sería necesaria.
La soldadura de la columna con la caldera debe ser fuerte y la mejor opción, en mi caso, fue usar soldadura de plata. Habiendo descartado el ajuste forzado para unir las piezas de la caldera, y no siendo un soldador hábil la forma en que lo hice es la siguiente:
1) Maquinar el tubo interior, dejando el diámetro de una medida menor para completar el maquinado una vez soldados los tubos.
2) Soldar el tubo interior y el exterior.
3) Soldar la columna de regeneración. Como el conducto anular de la caldera es de muy pequeño espesor, en caso de penetrar soldadura quedaría obstruido, para evitar esto se hizo un agujero de menor diámetro que el interno de la columna. En la primera caldera de este tipo era de 5.5 mm (contra 8 mm) en la última me animé a llevarlo a 6.75 mm y también resultó. El uso de un agujero de entrada menor que el diámetro de la columna nos obliga a aumentar el espesor del conducto para disminuir la pérdida de carga. Este aumento del espesor no sería tan importante en esta última caldera, pero se mantiene porque es una vieja caldera modificada. Se agrandó el agujero y con bastante paciencia se eliminaron las rebabas.
4) En este punto habría que agrandar el agujero y eliminar las rebabas.
5) Maquinar el cilindro. Previo a esto se había maquinado y pulido el pistón, el cilindro se llevo torneando a una medida próxima a la definitiva y se lo ajustó al valor usando un calisuar de expansión como se ve en la foto. De esta forma se obtiene una superficie de buena calidad para el cilindro y un buen ajuste.
6) Se soldó con plata la tapa posterior de la caldera. En esta operación hay poco riesgo de que se desuelde la columna y la corrosión en el cilindro se puede eliminar con relativa facilidad.
Pienso que la mejor solución es pegar los tubos y en ese caso esta operación sería la última, permitiendo una terminación óptima en la unión con la columna y eliminando el problema de oxidación del cilindro.
Columna de regeneración
El diámetro interno del tubo exterior se agrandó con una mecha de 8.25 mm y el diámetro externo del tubo interior se rebajó hasta aprox. 7.2 mm con lo que queda un conducto anular de unos .5 mm de espesor.
Para soldarlo a la caldera se le dio la forma pegando una lija de 150 sobre una varilla de modo que el diámetro de la varilla mas el espesor de la lija fuera igual al diámetro de la caldera. Para alinearlo se montó un soporte de aluminio sobre el portaherramientas y se lo perforó con una mecha montada sobre el plato del torno, quedando el agujero por donde pasa el tubo perfectamente alineado.
Con algo de paciencia se pueden hermanar muy bien la superficie de la caldera y el extremo del tubo de la columna trabajando como se ve en la foto.
A la salida de la columna se soldó un tubo de latón, y en las primeras máquinas se rebajo el diámetro de la columna interior para disminuir las pérdidas hidráulicas, y en la última modificación se reemplazó el rebaje por un agujero pasante (alineado con el tubo de salida) que cumple la misma función al aumentar la sección de entrada del agua y mejorar su distribución.
En cuanto a la longitud útil de la columna, puedo decir que, para el cilindro de baja temperatura usado, debe estar entre 4 y 6 cm.
Tanto el tubo externo, como el interno fueron pegados a la base con epoxi.
La trampa de aire
Partiendo de una barra de resina de poliéster que obtuve usando como molde un tubo de polietileno, se maquinó un tubo de 18 mm diámetro interno y un espesor de 2 mm. El material se maquina y luego se lija y pule para darle transparencia. Se trabaja con facilidad, el inconveniente es que la viruta es muy fina y liviana, y ya sea por carga electrostática o alguna otra razón se pega en todos lados. El resultado es que lleva más tiempo limpiar el torno que hacer el tubo.
En la parte superior se pegó una tapa de bronce con un agujero roscado (de 4 mm), para sellarlo se usa un tornillo con una arandela de corcho.
En la base se pegó un tubo con tapa, al que se le soldó el enfriador y a 90 grados un tubo con un diámetro interno igual al diámetro externo de la salida de la trampa de aire. Se le agregó un tapón de purga, que no resulta muy útil pues como en la última máquina el cilindro frío queda muy bajo y resulta sencillo eliminar el agua sobrante retirándolo.
La trampa de aire está pegada a la columna con poxipol transparente (el gris forma una unión mucho mas fuerte, y hay que calentarlo para desarmarlo).
El enfriador
Las experiencias eliminando la refrigeración me indican que con las presiones en juego en la máquina no es necesario que el agua del circuito esté demasiado fría, pienso que sería posible reemplazarlo por una tubo solidamente embutido en la base de aluminio, simplificándose la operación de la máquina.
Es un simple intercambiador con dos tubos concéntricos. El diámetro exterior del tubo interno y de los de conexión se elige en función de la manguera usada (en este caso unos 5 mm).
Las conexiones se hicieron con una manguera (¿de polietileno?) y dos válvulas de las que se venden para los aireadores de las peceras. Las válvulas se usaron para controlar el caudal del agua de refrigeración.
Los Pistones
Se usó fundición gris para maquinarlos, pues es un material fácil de trabajar y bastante resistente a la corrosión. Con la condición de desarmar la máquina después del uso y secar el pistón frío, la corrosión no es un problema serio.
He optado por ajustar el cilindro al pistón, porque en el lijado y pulido de los pistones el diámetro se reduce y cualquier precaución que mejore el ajuste mejora el funcionamiento de la máquina. El ajuste del cilindro frío no fué tan cuidadoso y me arrepiento, es muy importante buscar un juego mínimo entre cilindros y pistones.
El pistón caliente (d=12mm, L aprox.= 25mm) fue ahuecado para montar la biela y se usó un perno roscado, no es la mejor solución pues se afloja, pero la oxidación termina fijándolo.
En el pistón frío (d= 9.5 mm Laprox.= 25mm) se usó una biela plana (chapa de e=1,5 mm) y se optó por maquinar una ranura para ubicar la biela.
Las bielas tienen entre 7 y 8 cm de largo.
El cilindro frío
Se perforó una varilla de latón de 12 mm y en forma similar al cilindro de alta temperatura se lo ajustó usando un calisuar de expansión. Con la misma varilla se maquinó la base a la que se le soldó el tubo de salida de 5 mm de diámetro externo y se le hizo un agujero roscado en 4 mm para fijarla.
Para evitar la oxidación que se produce al soldar, la base se pegó al cilindro con epoxi.
El volante
Como la velocidad de funcionamiento estable es bastante baja conviene usar un generoso volante y con muy baja fricción.
En las primeras máquinas se usó un volante de bronce (d = 70 mm, esp= 11)con un núcleo de Delrin empotrado a presión. Se le hizo un agujero de 11 mm para colocar un rodamiento de precisión (extraído del brazo de un disco rígido) que se fija al soporte con un tornillo de 4 mm.
En la máquina con cilindro frío basculante el volante es de resina de poliéster (d =120 mm, esp=15 mm) unido a un eje montado sobre dos rodamientos de bolas (4 mm D int. por 11mm D ext.).
Estas medidas no son importantes, ambos volantes parecen algo exagerados y, en el segundo, el mecanismo para mover el cilindro podría ser más simple.
Tanto la columna de regeneración como el volante se fijan a la base con un único tornillo, esto permite rotarlos para ajustar el espacio nocivo (distancia mínima entre la tapa del cilindro caliente y el pistón) que se trató de mantener en un valor lo mas bajo posible.
El mechero
En las primeras pruebas se improvisó con un gotero y un tubo de bronce. En el definitivo se adoptó el diseño mostrado en la quinta variante, se reemplazaron los tubos de vidrio por uno externo de silimanita (5 mm diámetro interno) y el interno de cerámica.
Por accidente se rompió el cilindro cerámico y, para no perder tiempo, se lo reemplazó con una mecha de algodón bien compactado hasta el ras del tubo. Resulta una llama bastante constante y visto el resultado se lo continuó usando.
Hay un detalle que he olvidado comentar, mientras que para el agua de refrigeración se puede usar agua corriente, para el agua del circuito debe usarse agua destilada. De usarse agua corriente en el circuito tendríamos problemas de incrustaciones en los conductos y una mayor corrosión.
Para finalizar, ante cualquier duda, yo tengo muchas pero quizàs no sean las mismas, pueden escribirme a jhcorder@gmail.com anteponiendo "pof-pof" en el Asunto para evitar que lo considere spam.
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