Quinta variante

Es simplemente un mechero de alcohol

A esta altura  como las máquinas que estaba probando requerían una fuente de calor más potente que las velas que usé en las primeras 2 variantes, decidí hacer un mechero de alcohol para reemplazar a los que estaba usando que improvisaba en el momento.

Especificaciones: la mecha no se debe consumir.

Una alternativa es utilizar fibra de vidrio o mejor manta cerámica para hacer la mecha. Pero no es una solución que me gustara. Podría justificar esto diciendo que como toda fibra mineral produce silicosis, pero la verdad es que no me gustaba y punto.

Bien lo primero es ver como funciona un mechero. Un mechero consiste en un deposito de combustible, en el que se sumerge una mecha que sale al exterior por un conducto en cuyo extremo sobresale una porción de ella.

Como las mechas están constituidas por un material fibroso, el combustible sube por capilaridad por los conductos que se forman entre las fibras (al menos eso creo).

Entonces podemos reemplazar la mecha usando un conducto capilar, la única dificultad  esta en hacerlo.

Sin embargo el conducto no debe ser necesariamente de sección circular, podría, por ejemplo, tener una sección anular. Es decir si conseguimos dos tubos de vidrio de diámetros tales que uno entre dentro del otro podría funcionar. Y es eso precisamente lo que hice y funciona.

Si desea saber mas sobre capilaridad puede empezar con http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad.

Hay una fórmula donde se ve que la altura a la que llegará el liquido es función inversa del diámetro del tubo y en nuestro caso será una función inversa del juego (diferencia entre los diámetros), pero como es la fórmula exactamente  no es importante para nuestro desarrollo.

El caso real se complica un poco ya que normalmente los tubos no serán concéntricos y, si son perfectamente cilíndricos (lo importante es que tengan una superficie reglada bien derechita), la altura a la que llegará el líquido será máxima en la línea en que se tocan las paredes de los tubos.  En la teoría esta altura tenderá a infinito (no he leído trabajos sobre la presión capilar en tubos ultra delgados, así que esta es una afirmación por lo menos audaz),  en la  práctica los tubos  nunca son bien derechitos.

En resumen podemos esperar que aún con juegos relativamente grandes el combustible suba los pocos centímetros que necesitamos para hacer la mecha, pero si el juego es grande la llama tenderá a ser más intensa en la línea de contacto de los tubos.

El funcionamiento de estos mecheros es simple, para encenderlos es necesario calentar el extremo de los tubos para que se vaporice el combustible y encienda, a partir de allí la misma llama mantiene caliente la zona de vaporización. A mayor diámetro de la mecha el encendido es más difícil por la mayor masa a calentar y lo mismo sucede cuando el combustible es menos volátil.

La intensidad de la llama dependerá del caudal de combustible que llegue a la zona de vaporización.  Dicho caudal depende de la presión capilar y de la sección del conducto, pero la primera decrece al aumentar el juego mientras que la segunda se incrementa.

Esta  es una situación muy común donde el resultado depende de dos funciones opuestas y el resultado será una función que tendrá un valor máximo para un determinado juego.

Conclusión: diseñar un mechero de este tipo requiere de un trabajo de investigación y recopilación de información  bastante arduo, por lo que la mejor solución es conseguir algunos tubos, hacer algunos mecheros y elegir el que funcione mejor.

Ensaye tres tipos distintos, dos hechos con dos tubos concéntricos de vidrio y un tercero con un tubo de cuarzo y un cilindro de cerámica. Todos funcionan si el juego es el adecuado.

En el de la izquierda el tubo interior está pegado al fondo del recipiente, a veces ocurre que el tubo interior se llena de combustible y esto afecta levemente el funcionamiento, la otra versión consiste en reemplazar este tubo por un cilindro de cerámica. A la derecha el tubo interior atraviesa el fondo del recipiente y por él circularía  el aire por convección, en este caso es conveniente que el tubo exterior sea levemente mas corto (1/2 mm o menos) para evitar que el combustible gasificado baje por el tubo interior (esto es notable cuando el combustible es querosén). 

Todos queman bien el alcohol pero con querosén solo el de tubo pasante lo puede hacer bien, pero es necesario insuflar aire en forma forzada por el tubo. Una posible solución sería colocar una chimenea de vidrio para aumentar el tiro, como se hace en las lámparas de querosén. 

Los tubos de vidrio usados fueron uno externo de 4 mm de diámetro interior y para el interno uno de mas de 3,9 mm de diámetro exterior (en estos diámetros la diferencia debe ser inferior a una décima de milímetro). La longitud es de aproximadamente 3,5 cm.

El tubo de cuarzo fue extraído de una de las velas de una estufa eléctrica y los cilindros de cerámica fueron ajustados al diámetro después de secados, y luego fueron horneados. La diferencia de diámetros esta entre 1 y 2 décimas.

 

Estos son por orden un mechero con tubo cerrado, uno cerámico y uno con tubo pasante (a este se le maquinó una ranura en la base para que circule el aire). Para verlos funcionar Mechero1.movmechero2.mov, mechero3.mov     

En todos la llama es bastante  constante, pero se observa un crepitar asociado a una fluctuación de frecuencia bastante alta efectos que me parecen debidos a un comportamiento similar al del pulsorreactor que hemos visto antes.

Como crítica al uso de tubos de vidrio el choque térmico suele rajarlos como se ve en la foto.


Por lo que hemos visto, la presión capilar nos permitiría hacer una caldera usando un tubo capilar como bomba de alimentación. Y esta es la idea que da origen a la sexta variante.