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ESCUELA'TÉCNICA'SUPERIOR'DE'INGENIERÍA'(ICAI)'

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GRADO'EN'INGENIERÍA'ELECTROMECÁNICA'

ESPECIALIDAD'MECÁNICA'

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MEJORA'Y'ADAPTACIÓN'DEL'MOTOR'

GREEN'STEAM'ENGINE''

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Autor:'Juan'José'Postigo'Fliquete'

Director:'Javier'Manini'Gumz'

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Madrid'

Julio&2015&

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ESCUELA'TÉCNICA'SUPERIOR'DE'INGENIERÍA'ICAI'

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GRADO'EN'INGENIERÍA'ELECTROMECÁNICA'

ESPECIALIDAD'MECÁNICA'

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MEJORA'Y'ADAPTACIÓN'DEL'MOTOR'

GREEN'STEAM'ENGINE''

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Autor:'Juan'José'Postigo'Fliquete'

Director:'Javier'Manini'Gumz'

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! ! !10!

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.!

! ! ! 11!

! 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.!!!!

! ! !12!

!!

!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.!!!!!!!!!!!!

! ! ! 13!

!!

!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.!!!

! ! !14!

!

!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!

! ! ! 15!

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!Solid!Edge! 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:!

!! ! a!Centro!de!torneado!! ! a!Rectificadora!cilíndrica!universal!! ! a!Máquina!de!electroerosión!por!penetración!! ! a!Prensa!hidráulica!!! ! a!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!

! ! !16!

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.'''!!

!!!!

! ! ! 17!

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.!

! ! !18!

!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.!!!!!

! ! ! 19!

!!!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.!!!!!!!!!!!!!!!

! ! !20!

!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.!!

! ! ! 21!

!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!

! ! !22!

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!!!!!

! ! ! 23!

! !Basic!manufacturing!workshop.!

!!!!!!!!!!!!!!

! ! !24!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! ! 25!

!PARTES!DEL!PROYECTO!GREEN!STEAM!ENGINE!

!!!PRIMERA!PARTE:!Memoria!!1.a!Memoria!descriptiva!del!proyecto.!2.a!Anexo!con!maqueta!3D!del!motor.!!!SEGUNDA!PARTE:!Planos!del!motor!!1.a!Planos.!!!TERCERA!PARTE:!Presupuesto!!1.a!Presupuesto!de!fabricación!del!motor.!!!!!! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! !26!

!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! ! 27!

!!

PRIMERA!PARTE!!!!

1.B!MEMORIA!DESCRIPTIVA!

!!!!!!!

! ! !28!

!ÍNDICE!

'

1.B!Introducción!.............................................................................................!29!!!2.B!ESTADO!DE!LA!CUESTIÓN!.....................................................................!30!!

!!!!!!!2.1!EL!PAR!MOTOR!......................................................................................................!30!!!!!!!!2.2!PARTES!PRINCIPALES!DE!UN!MOTOR!............................................................!31!!!!!!!!!!!!!!!2.2.1!El!cilindro!.......................................................................................................................!32!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.2!El!pistón!..........................................................................................................................!33!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.3!Tapa!del!cilindro!.........................................................................................................!34!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.4!Guía!del!pistón!.............................................................................................................!36!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.5!Barra!de!la!manivela!(“biela”)!...............................................................................!37!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.6!Contacto!BarraaBiela!.................................................................................................!38!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.7!Manivela!.........................................................................................................................!39!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.8!Volante!de!inercia!.......................................................................................................!41!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.9!Válvula!.............................................................................................................................!42!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.10!Guía!de!válvula!..........................................................................................................!43!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.11!Elementos!normalizados!......................................................................................!44!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.12!Cojinetes!......................................................................................................................!45!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.13!Eje!...................................................................................................................................!46!

!!!!!!!!!!!!!!2.2.14!Bancada!........................................................................................................................!47!!!3.B!CINEMÁTICA!DEL!MOTOR!....................................................................!48!!!4.B!¿DE!DÓNDE!VIENE!EL!VAPOR?!............................................................!64!!

!!!!!!!4.1.B!LA!CALDERA!DE!VAPOR!....................................................................................!64!!!!!!!!4.2.B!!EL!PANEL!SOLAR!................................................................................................!67!!!!!!!!4.3.B!AMORTIZACIÓN!DE!LA!ENERGÍA!...................................................................!74!!

! ! ! 29!

!!!!5.B!FABRICACIÓN!DEL!MOTOR!..................................................................!74!!

!!!!!!!5.1.B!FABRICACIÓN!DEL!CILINDRO!.........................................................................!75!!!!!!!!5.2.B!FABRICACIÓN!DEL!PISTÓN!..............................................................................!78!!!!!!!!5.3.B!FABRICACIÓN!DE!LA!TAPA!DEL!CILINDRO!.................................................!82!!!!!!!!5.4.B!FABRICACIÓN!DE!LA!GUÍA!DEL!PISTÓN!......................................................!86!!!!!!!!5.5.B!FABRICACIÓN!DE!LA!BARRA!DEL!PISTÓN!..................................................!88!!!!!!!!5.6.B!FABRICACIÓN!DE!LA!BARRA!DE!LA!MANIVELA!........................................!89!!!!!!!!5.7.B!FABRICACIÓN!DE!LA!CONEXIÓN!ENTRE!LA!BARRA!DEL!PISTÓN!Y!LA!!!!!!!!!!!BARRA!DE!LA!MANIVELA!.................................................................................................!91!!!!!!!!5.8.B!FABRICACIÓN!DE!LA!BARRA!DE!CONEXIÓN!ENTRE!BARRA!DE!LA!MANIVELA!Y!MANIVELA!...................................................................................................!94!!!!!!!!5.9.B!FABRICACIÓN!DE!LA!MANIVELA!....................................................................!95!!!!!!!!5.10.B!FABRICACIÓN!DEL!EJE!....................................................................................!96!!!!!!!!5.11.B!FABRICACIÓN!DE!LA!BANCADA!Y!SUS!ELEMENTOS!..............................!97!!!!!!!!5.12.B!FABRICACIÓN!DEL!ELEMENTO!DE!SEGURIDAD!DE!LA!BANCADA!....!99!!!!!!!!5.13.B!FABRICACIÓN!DE!LOS!MANGUITOS!VERTICALES!Y!!!HORIZONTALES!..................................................................................................................!99!!!!!!!!5.14.B!FABRICACIÓN!DE!LOS!CODOS!....................................................................!100!!!!!!!!5.15.B!FABRICACIÓN!DEL!CONECTOR!DE!BOLA!Y!SU!ENCAJE!......................!101!!!!!!!!5.16.B!FABRICACIÓN!DEL!DISTRIBUIDOR!DE!VAPOR!....................................!102!!!!!!!!5.17.B!FABRICACIÓN!DE!LA!CARCASA!DEL!DISTRIBUIDOR!.........................!103!!!!!!!!5.18.B!FABRICACIÓN!DEL!FLEX!HEAD!Y!FLEX!ROD!ANCHOR!.......................!105!!!!!!!!5.19.B!FABRICACIÓN!DEL!OSCILADOR!DEL!DISTRIBUIDOR!........................!106!!

!!!!

!

1.O'Introducción'

!!

! ! !30!

!! A! lo! largo! de! los! años! y! con!mucho!más! interés! actualmente! por! diversos!factores! el! estudio! de! la! generación! de! energía! ha! sido! una! de! las! principales!preocupaciones! de! la! vida! humana.! Nos! hemos! preocupado! siempre! de! cómo!abastecer!nuestras!necesidades!y!de!cómo!llegar!a!las!formas!más!sencillas!y!útiles!para! hacerlo.! Además,! hoy! en! día! el! estudio! de! las! fuentes! de! energía! renovables!ocupa!un!lugar!muy!importante!en!el!campo!de!la!investigación.!!!! Con!el!proyecto!en!cuestión,!lo!que!deseamos!mas!que!nada,!es!proporcionar!al! ser! humano! una! rápida! y! asequible! fuente! de! energía! para! sus! necesidades!básicas!ya!sea!en!una!vivienda!o!para!cualquier!uso!deseable!por!el!mismo.!El!motor!Green!Steam!Engine!presenta!unas!condiciones!de!consumo!muy!favorables!para!la!economía! del! ser! humano,! pues! al! funcionar! a! base! de! vapor! no! supone! un! gran!gasto.! Las! ventajas! del! mismo! pueden! ser! muy! valoradas! para! usuarios! que! se!encuentren!en!afueras!de!ciudades!o!en!lugares!donde!no!sea!fácil! la!obtención!de!energía!en!caso!que!queramos!abastecer!una!vivienda!o!un!pequeño!local.!!!! De! la! misma! forma,! una! aplicación! muy! útil! para! éste! proyecto! es! la!colaboración!con!países!del!tercer!mundo!que!se!encuentran!el!las!condiciones!que!anteriormente!hemos!mencionado!de!carencia!de! fuentes!de!energía.!Sin!embargo!para! éstos! casos! la! utilidad! del! motor! se! puede! ampliar! mucho.! Por! ejemplo,!podemos!emplear!el!mismo!para!sacar!agua!de!un!pozo!utilizando!el!eje!como!polea.!!!!!

2.O'ESTADO'DE'LA'CUESTIÓN'

!!

2.1'EL'PAR'MOTOR'

! !! !!

Un!motor!es!una!máquina!capaz!!de!transformar!una!energía!determinada!en!energía!mecánica.!El!par!motor!es!la!concentración!de!dicha!energía!en!el!eje!de!la!máquina.!Con!el!desarrollo!de!la!tecnología,!si!nos!fijamos,!el!ser!humano!ha!llegado!desde!muchos! caminos! a! la! conclusión! de! que! un! par! es! esencial! para! el! mundo!actual! de! las! energías,! pues! la!mayoría! de! las! fuentes! existentes! genera! energía! a!partir! de! un! par.! Podemos! poner! ejemplos! fáciles! como! son! el! par! de! los!automóviles,! de! las! bombas,! ambos! sacados! del! funcionamiento! de! algún! tipo! de!motor.!O!también!tenemos!ejemplos!como!el!de!la!energía!hidráulica!que!proviene!del!par!ejercido!por!la!fuerza!de!la!caída!del!agua!sobre!los!álabes!de!una!turbina.!!! Existen!muchos!tipos!de!motores!dependiendo!de!la!forma!de!arranque,!del!combustible! o! la! energía! empleada.! Principalmente! clasificamos! los!mismos! como!motores! de! combustión! interna! o! motores! de! combustión! externa.! El! motor! de!vapor! pertenece! a! la! rama! de! combustión! externa! ya! que! el! agua! convertida! en!

! ! ! 31!

vapor!a!presión!es!introducida!en!el!motor!después!de!ser!previamente!calentada!en!un!lugar!ajeno!al!motor.!! El!ciclo!de!trabajo!de!un!motor!a!vapor!es!muy!sencillo.!Como!en!la!mayoría,!por!no!decir!en!casi!todos!los!motores,!el!motor!de!vapor!pose!uno!o!varios!cilindros!con!sus!respectivos!pistones.!Una!vez!se!produce!el!paso!anterior,!el!vapor!generado!en!el!exterior!del!motor!entra!en!el!primer!ciclo!accionado!con!una!válvula!que!sigue!el!movimiento!del!motor!gracias!a!una!conexión!entre!la!misma!y!éste.!Dicho!chorro!de!vapor!entra!en!el!cilindro!con!el!pistón!al!principio!de!su!carrera!(una!carrera!es!el!recorrido!del!pistón!en!el!interior!de!su!cilindro!durante!un!ciclo),!de!forma!que!la!presión! del! vapor! empuja! al! pistón! al! final! del! cilindro.! Normalmente,! dicho!movimiento! lineal! generado! por! el! pistón! en! el! cilindro,! es! transformado! por! un!mecanismo!de!manivelas!en!un!movimiento!circular!que!luego!aprovechamos!para!la! generación! de! energía! o,! como! es! el! caso! de! sus! orígenes,! para! un! medio! de!transporte.! Pero! ya! explicaremos! más! detenidamente! el! funcionamiento! de! la!máquina!en!cuestión.!!!

2.2'PARTES'PRINCIPALES'DE'UN'MOTOR'

! !!!! A! continuación! veremos! por! partes! las! distintas! funciones! que! tienen! los!componentes! de! un! motor,! pudiendo! observar! que! unas! son! mucho! más!importantes!que!otras,!así!como!unas!más!características!y!peculiares!que!otras.!En!caso!del!motor!a!vapor!nos! fijaremos!con!gran!detalle!en! la! forma!de!distribuir!el!vapor! que! es! lo! que! caracteriza! a! dicha!máquina.! Por! lo! de!más,! funciona!más! o!menos! como! cualquier! motor! de! combustión! interna,! en! cuanto! a! su! sentido!mecánico.!Comenzaremos!describiendo!éstas!partes!elementales:!! ! !!! ! ·! Cilindro:! es! la! zona! donde! se! genera! la! reacción! en! cuestión,! el!intercambio!de!energía!entre!el!vapor!y!el!pistón.!!! ! ·! Pistón:! es! la! primera! pieza! que! “recibe”! el!movimiento! que! llegará!hasta!el!eje.!Posee!la!misma!forma!que!la!oquedad!del!cilindro!para!aprovechar!todo!el!vapor!introducido.!! ! ·! Tapa! cilindro:! es! una! de! la! herramientas! de! seguridad! del! motor,!procura! junto! con! dos! arandelas! que! agarran! el! cilindro! que! el! conjunto! cilindro!pistón!sea!compacto.!! ! ·!Guía!del!pistón:!es!una!de! las!muchas!partes!del!motor!que! forman!parte! del! movimiento! lineal! del! mismo.! Protege! el! vástago! que! transmite! el!movimiento!del!pistón.!! ! ·! Biela:! en!nuestro! caso! tenemos!dos.! Se! encargarán!de! transmitir! el!movimiento!del!pistón!(lineal)!al!sistema!de!movimiento!circular.!! ! ·!Contacto!barraa!biela:!se!encuentra!entre!un!sistema!de!varillas!y!su!función!principal!es,!básicamente,!aguantar!y!llevar!correctamente!el!movimiento!de!una!biela!a!otra.!

! ! !32!

! ! ·! Manivela:! pieza! fundamental! que! transmite! movimiento! lineal! del!motor!convirtiendo!el!mismo!en!uno!rotacional!que!acompañará!el!eje!del!motor.!! ! ·!Volante!de! inercia:!da! continuidad!al!movimiento!del!motor,!puede!tener!distintas!formas!en!función!de!la!necesidad!del!mismo.!Al!estudiar!el!motor!a!dos!cilindros,!es!completamente!necesario.!! ! ·! Válvula:! necesaria! para! la! entrada! del! vapor! a! presión! y! accionada!por!el!mismo!movimiento!del!motor.!! ! ·!Guía!de!válvula:!va!desde!la!manivela!hasta!la!válvula!transmitiendo!el!movimiento!circular!a!la!misma!para!su!correcto!funcionamiento.!! ! ·! Tornillos! y! arandelas:! necesarios! para! la! sujeción! de! los! elemento!anteriormente!mencionados.!! ! ·!Cojinetes:!empleados!para!la!sujeción!de!elementos!rodantes.!! ! ·!Eje:!es!la!parte!transmisora!de!energía!del!motor.!! ! ·!Bancada:!en!caso!de!nuestro!motor!será!necesaria!para!el!transporte!y!la!absorción!de!vibraciones.!Puede!ser!también!un!elemento!de!seguridad.!!!!

2.2.1'El'cilindro'

! !!! Como!hemos!comentado!anteriormente,!el!cilindro!del!motor!es!la!parte!en!la!cuál!se!intercambia!la!energía!en!forma!de!presión!de!vapor!a!la!fuerza!que!lleva!al!pistón!a!desplazarse.!El!nombre!de!dicha!pieza!de!la!máquina!se!debe!a!su!forma,!la!cuál!no!suele!variar!en!función!del! tipo!de!motor.!Cada!tipo!de!motor!debe!poseer!unos!materiales! determinados! para! cumplir! ésta! función!dependiendo!del! tipo! de!reacción!que!se!produce!en!su!interior.!Normalmente!en!los!motores!de!combustión!dicha!parte! del!motor! suele! estar!más!protegida! e! incluso! refrigerada!debido! a! la!reacción!interna!que!viene!acompañada!de!una!pequeña!explosión!y!disipa!grandes!cantidades!de!calor.!! !! Particularmente,! los! numerosos! y! rudimentarios! modelos! Green! Steam!Engine! pueden! estar! formados! por! dos,! tres,! cuatro,! seis,! ocho! o! incluso! doce!cilindros.!En!el!estudio!del!caso!a!tratar!veremos!el!motor!de!dos!cilindros.!!!

! ! ! 33!

'Cilindro'de'un'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!! Hablando!de!la!cantidad!de!cilindros!que!puede!poseer!el!motor,!cabe!añadir!que!la!potencia!del!mismo!estará!relacionada!con!la!cantidad!de!cilindros!que!éste!posea.! Como! estamos! hablando! de! pequeñas! cantidades! de! vapor! durante!secuencias!muy!rápidas,! las!presiones!no!serán!muy!grandes,!por! tanto!el!espesor!del!cilindro!no!tiene!porque!ser!muy!grande,!pues!además,!el!motor!debe!ser!lo!más!ligero! posible! para! su! transporte.! De! la! misma! manera,! al! tratarse! de! un! motor!rápido!(aunque!muy!potente!a!bajas!revoluciones)!la!temperatura!del!cilindro!no!se!verá! excesivamente! afectada.! Con! todo! lo! anterior,! un! material! asequible! y! muy!resistente!al!vapor!es!el!cobre,!del!cuál!vendrá!formado!el!cilindro.!! !! Esto! hará! posible! la! larga! vida! del! motor,! ya! que,! como! se! ha! dicho!anteriormente,! trabajará! en! zonas! alejadas! de! la! producción! de! energía,! lo! que!muchas! veces! significa! también! que! se! trata! de! una! zona! alejada! de! los! medios.!Teniendo!en!cuenta!que!el!motor!debe!ser!transportado!a!éstos!lugares!inhóspitos!en!muchos!casos,!es!prioridad!que!la!vida!útil!del!mismo!sea!considerable.!!! El!cilindro!del!motor!(posteriormente!se!muestra!en!los!planos)!consta!de!un!orificio! cuya! función! es! la! sujeción! del!mismo,! y! una! tapa! que! cubrirá! la! cavidad!junto!con!el!pistón!y!de!la!cuál!hablaremos!posteriormente.!!!

2.2.2'El'pistón'

!!! Una!pieza!muy!ligada!al!cilindro!del!motor!es!el!pistón.!De!hecho,!no!puede!existir!en!un!motor!una!de!ellas!sin!la!otra.!El!pistón!es!la!pieza!que,!por!así!decirlo,!“convierte”! la! presión! y! la! expansión! del! vapor! el! un! movimiento! mecánico!alternativo!gracias!a!la!dirección!que!aplican!las!paredes!del!cilindro.!Según!el!tipo!

! ! !34!

de!motor!a!estudiar,!puede!estar!formado!por!muchos!tipos!de!materiales!(al!igual!que! el! cilindro! del!motor).! Normalmente,! cuando! el! pistón! trabaja! en!motores! de!combustión! en! los! cuales! las! temperaturas! en! las! reacciones! pueden! ser!tremendamente! altas,! suele! estar! formado!por!materiales!muy! resistentes.! Consta!de!tres!partes:!la!cabeza,!el!cuerpo!y!la!falda.!La!primera!es!la!que!recibe!la!reacción!que!genera!la!expansión,!y!por!tanto!el!inicio!del!movimiento!de!la!pieza!en!cuestión.!Un!pistón!debe!ser! lo!más! ligero!posible!para!no!generar! inercias!que!den! lugar!a!movimientos!inesperados!durante!el!funcionamiento!del!motor!o!vibraciones.!De!la!misma! forma,!se!debe!evitar!cualquier! tipo!de! fuga!posible!a! través!del!mismo,!de!forma! que! el! rendimiento! sea! el! máximo! posible.! Éste! será! uno! de! los! temas! a!mejorar!en!el!diseño!del!motor.!!! Al! tratarse! de! una! pieza! que! estará! continuamente! en! movimiento,! y! por!tanto,!al!estar!pegada!al!cilindro,!en!rozamiento!con!el!mismo,!suele!ser!una!pieza!protegida! con! respecto! al! cilindro.! En! caso! de! nuestro! motor! dispondremos! de!anillos! que! permitirán! la! sujeción! del! pistón! por! el! cilindro,! de! forma! que! el!rozamiento!entre!pistón!y!cilindro!se!evitará!con!dicha!pieza.!!! Para! la! fabricación!del! pistón!de! un!motor! dependemos!de! ciertos! factores!como! la!carrera!del!pistón!(distancia!que!recorre!el!mismo!en!cada!revolución),! la!relación! de! compresión,! y! la! cilindrada! (volumen! total! abarcado! por! todos! los!cilindros! del! motor! en! cuestión).! Los! materiales! que! suelen! componer! un! pistón!suelen!ser!aleaciones!de!hierro,!de!fundición!(algunos!motores!como!el!Green!Steam!Engine! poseen! pistones! de! fundición! siempre! y! cuando! el! tamaño! del! mismo! no!permita! poner! anillos! al! mismo),! y! finalmente,! de! aluminio,! como! es! en! caso! de!nuestros! dos! pistones.! El! aluminio! es! un!material!muy! ligero! y! asequible,! lo! cuál!permite!reducir!el!coste!del!motor!y!evitar!vibraciones!durante!el! funcionamiento,!así!como!la!facilitación!de!su!transporte.!

2.2.3'Tapa'del'cilindro'

!! La! seguridad! en! el! funcionamiento!de!un!motor!no! sólo! es! esencial! para! la!vida!útil! del!mismo!y!para! el! personal! que! se! encuentre! alrededor! el!mismo,! sino!para!la!planta!de!funcionamiento.!La!tapa!del!cilindro!es!uno!de!los!elementos!más!básicos!de!seguridad!del!motor,!y!en!éste!particular!caso!sirve!también!de!sujeción!para! la! guía! del! pistón.!Mantiene! rectilíneo! el!movimiento! del! pistón! gracias! a! la!estabilidad!proporcionada!a!la!guía!y!también!ayuda!a!mantener!la!linealidad!de!los!elementos!cilindro!pistón,!pues!sujeta!la!guía!del!pistón.!!! ! !! Como! en!muchos! otros! elementos! del!motor,! hemos! de! tener! en! cuenta! el!frecuente!rozamiento!de!unas!piezas!con!otras!a!la!hora!de!fabricarlo.!Por!ejemplo,!la!guía!del!pistón!es!un!elemento!que!estará!continuamente!rozando!con!el!agujero!de!la!tapa!del!cilindro!para!que!el!pistón!pueda!realizar!su!función.!Pues!bien!dicha!zona! será! diseñada! de! una! forma! especial! y! con! cierta! lubricación! para! un!funcionamiento!óptimo.!!!

! ! ! 35!

! La! tapa! del! cilindro! (se! fabricarán! dos! ,! una! para! cada! cilindro)! vendrá!agarrada!al!mismo!por!unas!guías!que!envolverán!al!cilindro,!tal!como!se!muestra!en!la!imagen:!!!!!!!!!

!Conjunto'cilindro'pistón'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!''

!!!!!!!!!!!

Pistón!Cilindro!

Biela!

Contacto!barraabiela!

Tapa!del!cilindro!

Guía!del!pistón!

! ! !36!

'Conjunto'de'piezas'necesarias'para'el'montaje'de'un'conjunto'cilindro'pistón'de'un'motor'Green'Steam'Engine.'

!

'

'

2.2.4'Guía'del'pistón'

! !!! La! guía! del! pistón! es! una! de! las! piezas! más! acusadas! al! igual! que! la!anteriormente! vista.! Dicha! pieza! irá! roscada! a! la! tapa! del! cilindro! y! tendrá! como!objetivo!principal!mantener!la!dirección!de!la!biela!en!dirección!del!cilindro.!!! Al! tratarse! de! un! motor! de! poca! potencia,! no! necesitamos! un! material! de!especial! resistencia! a! desviaciones! u! otros! peligros! como! las! vibraciones.! Sin!embargo!siempre!es!necesaria!la!selección!de!dicho!material!de!forma!que!podamos!evitar! el! sobrecalentamiento! de! la! zona,! así! como! evitar! posibles! dilataciones! del!mismo.! Dichas! dilataciones! dificultarían! el! roscado! de! la! pieza! en! caso! de! querer!desmontar!una!parte!del!motor!por!mantenimiento!o!avería,!y!lo!que!es!más!grave,!en!la!zona!de!la!biela!se!puede!producir!un!atasco!por!fricción!y!consecuentemente!un!mal!funcionamiento!que!puede!concluir!en!accidente.!!Normalmente!los!motores!de!todo!tipo!tienen!éste!elemento!para!reforzar!el! funcionamiento!del!motor,!pero!

Arandela!normalizada!

Tuercas!normalizadas!

Anillo!Tornillo!normalizado! Guías!de!

sujeción!

! ! ! 37!

puede! ser! de! diferentes! materiales! y! magnitudes! dependiendo! de! la! potencia,!número!de!cilindros!o!del!tipo!de!motor,!pues!los!de!combustión!suelen!necesitar!un!mayor!refuerzo.!!

2.2.5'Barra'de'la'manivela'(“biela”)'

!!! Un!elemento!muy! famoso!y! fundamental!en!cualquier!motor!y! frecuente!en!mecanismos! es! la! biela.! El! movimiento! causado! por! cualquier! tipo! de! reacción!externa! o! interna! en! el! cilindro! de! un!motor! genera! un!movimiento! lineal! en! los!cilindros! que! debe! ser! transmitido! de! alguna! forma! para! cambiar! el! sentido! del!movimiento!a!circular.!Ésta!misión!es!de!la!biela!y!del!cigüeñal.!Se!trata!de!una!pieza!longitudinal! que! está! sometida! exclusivamente! a! esfuerzos! de! tracción! o!compresión,! siendo,! en! caso! de! los! motores,! alternativamente! expuesta! a! ambos.!Normalmente! la! biela! tiene! su! inicio! en! el! pistón,! finalizando! normalmente! en! un!cigüeñal,!encargada!de!transformar!el!movimiento!en!circular!para!llevarlo!hasta!el!eje.!! !! En!caso!de!nuestro!motor!debemos!tener!en!cuenta!también!el!movimiento!y!el! rozamiento! al! que! está! sometido! por! las! piezas! de! alrededor.! Como! hemos!mencionado! anteriormente,! la! guía! del! pistón! es! un! elemento! que! tiene! como!función!mantener!de!forma!compacta!el!conjunto!cilindroapistónabiela.!Por!tanto,!a!la! hora! de! escoger! el! material! de! la! misma! debemos! tener! esto! en! cuenta.!Normalmente! las! bielas! se! ven! sometidas! a! enormes! esfuerzos! de! tracción! y!compresión,!de!forma!que!el!perfil!que!portan!suele!ser!H!o!I.!Sin!embargo!en!casos!de!motores!pequeños!como!es!el!nuestro,!la!sección!puede!ser!circular!y!el!material!puede!ser!tal!como!el!aluminio,!que!dota!a!la!pieza!de!cierta!ligereza!y!un!bajo!coste.!Podemos! observar! en! la! figura! anterior! un! montaje! del! conjunto! con! la! biela!montada! en! la! guía! del! pistón.! En! caso! de! motores! de! mucha! potencia! o! de!combustión!solemos!emplear!bielas!de!aleaciones!de!titanio!(aviones!o!vehículos!de!gran! potencia! como! son! los! de! competición! o! vehículos! de! transporte! de! gran!envergadura)! o! de! acero! (automóviles).! Las! bielas! anteriormente! mencionadas!suelen!ser!de!gran!porte!y!por!tanto!desmontables,!sin!embargo!en!caso!del!motor!Green! Steam! Engine! y! motores! de! la! misma! cilindrada! suele! ser! una! sola! pieza!agarrada! en! sus! extremos! por! uno! o! dos! elementos! ! rodantes.! En! nuestro! caso! la!biela!se!encuentra!enroscada!al!pistón!y!por!el!otro!lado!a!un!elemento!rodante!que!contacta!la!biela!con!una!barra!que!llega!hasta!la!manivela.!Dicho!conjunto!de!barras!(dos,!una!para!cada!biela),!junto!con!la!manivela,!forman!un!peculiar!cigüeñal!cuyo!funcionamiento!explicaremos!más!adelante.!!!!!!

! ! !38!

2.2.6'Contacto'BarraOBiela'

!!! El! conjunto! de! dos! barras! y! manivela! mencionados! anteriormente! son! un!caso!peculiar!de!funcionamiento!que!se!emplea!en!motores!no!muy!complejos!como!es! el!Green!Steam!Engine!de!dos! cilindros!que!vamos!a!desarrollar.!En!éstos! caso!requerimos!de!una!pieza!que!convierta!el!movimiento!de!la!biela!en!un!movimiento!que!mantenga!el!mismo!ritmo!pero!en!otra!dirección!para!contactar!con!la!manivela.!Dicha!misión!es!del!contacto!barraabiela,!que!está!compuesto!por!una!pieza!roscada!en! la! biela! y! agarrada! a! la! barra! por! un! elemento! rodante,! como! se! muestra! a!continuación:!!!

!!!!!!!!! Como! podemos! ver,! la! pieza! en! cuestión! posee! una! cavidad! que! debe! ser!correctamente! lubricada! y! fabricada! con! el! material! adecuado! para! albergar! el!extremo! esférico! de! la! barra,! el! cuál! recibirá! el!movimiento! lineal! de! la! biela! y! lo!transmitirá!a!través!de!las!barras!a!la!manivela.!

'

!!

! ! ! 39!

2.2.7'Manivela'

!!! El!elemento!que!precede!a!éste!complejo!sistema!de!piezas!es!la!manivela.!Se!trata!de!otra!pieza!muy!funcional!y!hallada!en!casi!todos!los!motores.!Una!manivela!puede! funcionar!de!muchas! formas!dependiendo!de! la!utilización!que!se! requiera.!En! caso! de! nuestro! motor! Green! Steam! Engine,! unida! a! un! eje! formado! por! dos!barras! transforma! nuestro! movimiento! rectilíneo! en! circular! para! transmitir! la!potencia! así! al! eje.! En! la!mayoría! de!motores! de! alta! potencia! y,! normalmente! en!todos!los!motores!de!combustión!interna,!el!sistema!que!empleamos!en!nuestro!caso!es!sustituido!por!un!cigüeñal,!pieza!que!probablemente!nos!resultará!más!familiar.!A!continuación!se!presentan!dos!imágenes!para!diferenciar!el!sistema!eje!manivela!de!un!motor!con!cigüeñal:!!!!!!!!!!!

!Cigüeñal'de'un'automóvil.'Fuente:'www.forocoches.com.''

!!!! !!!!!!

! ! !40!

!El! cigüeñal! posee! todas! las! cualidades! para,! con! sólo! dicha! herramienta,!

unida! al! conjunto! cilindroapistón! genera! una! transformación! completa! del!movimiento! lineal! generado! por! dicho! conjunto! a! un!movimiento! completamente!circular,!que!será!transmitido!al!eje!del!cuál!se!aprovecha!la!potencia.!!!!!!!

!Manivela'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!!! !!!!!

Observando! la!manivela!del!motor!Green!Steam!Engine!podemos! llegar!a! la!conclusión! de! que! es! una! pieza!muy! simple! cuya! capacidad! de! utilización! es!muy!limitada.! Sin! embargo,! aplicando! un! buen! mecanismo! de! barras! llegamos! a! la!construcción! de! un! cigüeñal! cuyo! diseño! es! más! complejo,! pero! de! lo! más!competente:!!!!

! ! ! 41!

!Sistema'de'barrasJmanivela'que'hace'función'de'cigüeñal'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.''

'

'

2.2.8'Volante'de'inercia'

!!! En! la!mayoría!de! los!motores!de!combustión!tanto! interna!como!externa!es!muy!frecuente!la!presencia!de!un!volante!de!inercia!que!permita!que!el!movimiento!de!la!máquina!sea!lo!más!continuo!posible.!El!volante!de!inercia!es!un!elemento!que!puede!diseñarse!de!muchas!formas!distintas.!Podemos!variar! factores!como!son!la!masa! del! mismo,! o! la! forma.! Por! ejemplo,! si! tenemos! un! motor! con! muchas!vibraciones!o!de!poca!continuidad!en!su!movimiento!necesitaremos!un!volante!de!gran!masa.!De!la!misma!forma!si!lo!que!deseamos!es!obtener!mucho!movimiento!de!un! par! determinado! necesitaremos! un! gran! volante! de! inercia! que! contenga! la!energía!del!par!durante!un!mayor!recorrido.!!!! Hoy!en!día!el!volante!de!inercia!es!muy!estudiado!sobretodo!para!vehículos.!En!los!aviones,!muchas!veces!el!volante!de!inercia!es!la!misma!hélice!del!motor.!Pero!en!automóviles!depende!mucho!del!diseño!del!mismo.!Esto!es!porque,!un!coche!que!sea! de!mayor! tamaño! y!más! pesado! necesitará!mayor! energía! de! absorción! en! el!volante!durante! la! frenada!que!un!coche!pequeño.!Dicha!energía! se! suele!emplear!posteriormente!para!la!aceleración!del!coche.!

! ! !42!

!!!

!Mecanismo'volante'de'inerciaJcigüeñal'de'un'automóvil.'Fuente:'www.mecanifacil.info.'

!!!!! Pero!en!caso!de!nuestra!máquina!vamos!a!necesitar!un!pequeño!volante!de!inercia!que!facilite!la!continuidad!del!movimiento!del!motor!debido!a!la!utilización!de! tan! sólo! dos! cilindros.! ¿Qué! queremos! decir! con! esto?,! básicamente,! cuando!tenemos!un!número!grande!de!cilindros!el!motor!posee!una!mayor!continuidad!en!su! movimiento! porque! concluyen! más! pistones! su! carrera! uno! detrás! de! otro,!permitiendo! que! el!movimiento! del! cigüeñal! sea! algo!más! continuo.! Bien! pues,! al!tener!tan!sólo!dos!cilindros!necesitaremos!éste!elemento!tan!simple!pero!tan!útil.!El!material! del! cuál! suele! estar! hecho! el! volante! de! inercia! es! acero! o! fundición.! En!nuestro! caso! será! acero! y! tendrá! forma! simétrica,! pues! los! cambios! de! forma! del!volante!de!inercia!se!hacer!posteriormente!a!un!ensayo!del!motor.!Cabe!decir!que!el!volante! de! inercia! es! un! elemento! esencial! para! la! absorción! de! vibraciones,! así!como! todo! elemento! que! aporte! peso! al!motor! (la! bancada),! por! tanto! constituye!también!un!elemento!de!seguridad!importante!del!motor.!

'

2.2.9'Válvula'

!!! Una!vez!descritos!prácticamente! todos! los!elementos!que! suelen! formar!un!motor! de! combustión,! llegamos! a! una! de! las! peculiaridades! de! nuestro! ejemplar!motor!a!vapor:!la!válvula!de!distribución.!Éste!elemento!de!pequeño!tamaño!en!éste!caso!mantiene!el!vapor!a!presión!que!proviene!de!la!manguera!circulando!hacia!un!cilindro! o! hacia! el! otro! mediante! un! sistema! que! coordina! el! movimiento! de! la!misma!con!las!revoluciones!del!motor.!!!''''

! ! ! 43!

Distribuidor'de'vapor'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!! !!!!

!!!

! !!

Como!podemos!observar!en!la!imagen!anterior!de!nuestra!válvula,!el!sistema!de! conexión! de! la! leva! con! la! misma! es! mediante! una! chaveta! que! transmite! las!rotaciones! de! la! misma! a! la! válvula.! De! ésta! forma! el! vapor! es! perfectamente!regulado! junto!con!el!movimiento!del!motor!gracias!a! la! conexión!varillaaleva!que!hace!girar!la!llave!de!la!válvula!transformando!el!movimiento!rectilíneo!en!circular.!

'

2.2.10'Guía'de'válvula'

!!! El!mecanismo!que!guía!el!elemento!anteriormente!citado!es!simple!pero!muy!ingenioso.! Consiste! en! una! varilla! de! cobre! (material! fuerte! frente! al! vapor! que!pueda! existir! por! causa! de! una! fuga),! conectada! a! una! leva! que! abre! y! cierra! la!válvula!cuando! la!varilla!sube!o!baja!en! función!de! la!parte!del!ciclo!del!motor.!Se!muestra!a!continuación!una!imagen!del!rudimentario!diseño!inicial!del!sistema,!que!se!mejorará!con!un!agarre!más!firme!y!seguro!de!la!varilla!con!la!leva.!'

!!'''

!''

Leva!

Distribuidor!de!vapor!

Conducto!de!salida!del!vapor!

Carcasa!distribuidor!de!vapor!

Cavidad!de!entrada!del!vapor!

! ! !44!

Sistema'a'mejorar'de'sujeción'de'la'varilla'por'la'leva'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

'

!!!!

!!!!

2.2.11'Elementos'normalizados'

!!! Muchos!de!los!elementos!que!hemos!descrito!del!motor!Green!Steam!Engine!deben!unirse!de!ciertas!formas!entre!ellos,!contando!con!sujeciones!que!prevengan!todo!tipo!de!vibraciones!durante!el!funcionamiento,!fatiga!o!calentamientos.!Dichos!elementos!son!tales!como!tornillo!y!arandelas,!la!mayoría!de!cobre!y!normalizados!según! la! normativa! ISO.! De! la! misma! forma! tendremos! elementos! rodantes! en!algunas!piezas!como!es!el!contacto!de!las!bielas!con!las!barras!de!la!manivela.!Éstos!peculiares!elementos!en!cuestión!que!permiten!el!giro!de!la!pieza!ensartada!con!otra!cuyo!movimiento!relativo!es!nulo!son!los!rodamientos.!

!Tuercas'y'tornillo'normalizados'para'el'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!

Varilla!

Distribuidor!Conexión!oscilante!

! ! ! 45!

2.2.12'Cojinetes'

!! En!todo!motor!existe!multitud!de!elementos!que!giran!y!poseen!movimientos!relativos! unos! respecto! de! los! otros.! Por! ejemplo,! pueden! haber! dos! barras! cuya!función!sea!transformar!el!movimiento!lineal!de!una!de!ellas!en!movimiento!en!otra!dirección.!Pues!bien!en!éste! caso,! entre!dichas!barras!debe!haber!una!conexión! lo!más!simple!y!resistente!posible,!que!estará!en!continuo!movimiento.!En!casi! todos!los! casos! solemos! emplear! rodamientos! o! elementos! correctamente! engrasados! o!lubricados!de!larga!duración!para!el!correcto!movimiento!de!las!piezas.!!! !! En!caso!del!motor!Green!Steam!Engine!de!dos!cilindros,!tenemos!elementos!que! giran! relativamente! entre! ellos! como! pueden! ser! la!manivela! y! las! barras! de!conexión!a!las!bielas.!En!dicha!zona!tenemos!un!mecanismo!un!poco!complejo!que!requiere!de!varios!elementos!como!los!que!estamos!describiendo.!!!

!Esquema'del'contacto'entre'barras'y'manivela'(interior'de'la'manivela).'Fuente:'Robert'Green.'

!!!! Podemos! observar! en! la! figura! que! la! barra! que! contacta! con! las! bielas!requiere!de!un!sistema!de!conexión!con!la!manivela!como!el!anteriormente!descrito.!En! la!parte! final!de! la!pieza! tenemos!una!bola!que!nos!hace!de!usillo!en! todas! las!direcciones!y!permite!el!movimiento!circular!de! la!manivela!mientras!que! la!barra!no!gire.!De!la!misma!forma!tenemos!dos!cojinetes!en!la!misma!que!permiten!dicho!giro:!!

!!

! ! !46!

!Cojinetes'con'rodamientos'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

2.2.13'Eje'

!! De! las!partes! externas! al!motor!presentes! en! el! conjunto! constructivo! cabe!destacar!la!importancia!del!eje,!también!llamado!en!algunos!casos!eje!de!propulsión.!Éste!nombre!se!debe!a!la!posterior!utilización!del!instrumento!en!cuestión!de!cara!al!transporte! o! a! la! generación! de! energía,! ya! que! ambas! actividades! requieren! la!propulsión!de!dicho!eje.!El!eje!es,!por! tanto,!un! transmisor!de!potencia,! en!el! cuál!finaliza! todo! el! proceso! llevado! a! cabo! por! el! trabajo! de! las! piezas! internas! en!conjunto,!para!entregar!la!energía!de!la!presión!del!vapor!en!éste!caso!en!forma!de!un!par!motor!que!emplearemos!con!otros!fines.!!!!!

!Manivela!!

!

!Motor'Green'Steam'Engine'en'funcionamiento.'Fuente.'Robert'Green.'

!!

Eje!

Bancada!Volante!de!inercia!

! ! ! 47!

!!! El! eje!estará!expuesto!a!un!momento! torsor!bastante!grande,!de! forma!que!debe!estar!fabricado!por!un!material!que!lo!resista!y!con!un!correcto!diámetro!en!su!sección.!En!nuestro!caso!emplearemos!acero.!!

'

2.2.14'Bancada'

!! Otro!elemento!externo!al!motor!de!gran!importancia!es!la!bancada.!Es!uno!de!los! elementos!que!hemos!mencionado!que,! aunque! aporten!peso! al!motor,! evitan,!una! vez! ésta! ha! sido! instalado,! las! vibraciones! durante! su! funcionamiento.! Toda!máquina!con!mínimo!riesgo!de!movimiento!o!vibración!posee!un!alojamiento!en!una!bancada.! A! pesar! de! ello,! existen! muchas! otras! máquinas! que! al! pertenecer! a!sistemas!móviles!no!poseen!bancada.!!!! En! caso! del! motor! Green! Steam! Engine! tenemos! una! portentosa! bancada!debido!a!las!vibraciones!existentes!en!caso!del!motor!de!dos!cilindros,!cuyo!material!de! fabricación! será!una! aleación!de! fundición.! En! algunos! caso!de! instalaciones! la!bancada!podrá!ser!amarrada!al!suelo.!!

!Bancada'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.''

! ! !48!

!! Como!podemos!observar!en!la!imagen,!el!diseño!de!la!bancada!del!motor!en!cuestión!es!sencillo,!consta!de!dos!placas!de!fundición!y!cuatro!barras!que!unen!a!las!mismas!protegiendo!el!entorno!en!el!cuál!se!albergará!nuestra!máquina.!!!!!!

'

3.O'CINEMÁTICA'DEL'MOTOR'

!!!!! En!los!apartados!anteriores!hemos!podido!ver!de!qué!partes!se!dota!nuestro!motor!para!su!funcionamiento,!de!forma!que!podemos!presuponer!más!o!menos!el!sistema!de!montaje!que!debemos!llevar!a!cabo!para!un!correcto!funcionamiento!del!mismo.!Sin!embargo,!imaginemos!que!lo!hemos!montado!ya;!¿acaso!sabemos!cómo!funcionará?,!¿sabemos!cuáles!son!las!zonas!más!clave!para!su!correcto!movimiento?.!Y!es!que,!en!efecto,!la!parte!interesante!de!nuestra!máquina!y!el!centro!de!gravedad!de! la! ingeniería!y! la! inventiva!de!el! sistema!de!estudio!es! la! cinemática!del!motor!Green!Steam!Engine.!Uno!de!los!motivos!principales!de!la!elección!del!proyecto!no!fue!el! aprovechamiento!del! agua! como!medio!natural! y! ecológico!de! conseguir!un!par! motor! (que! entre! otras! cosas! es! también! interesante),! sino,! además,! por!supuesto!de!todos!los!motivos!de!facilitar!a!la!humanidad!un!par!motor!que!facilite!la!vida!en!lugares!difíciles!para!consumo!de!energía,!nunca!se!ha!visto!un!modelo!de!movimiento! igual! en! un! motor.! Principalmente,! cuando! nos! referimos! a! la!cinemática! del! mismo! no! estamos! hablando! del! conjunto! cilindro! pistón,! que! sin!duda! es! una! configuración! típica! de! movimiento! similar! a! la! de! los! motores! de!combustión! típicos!de! los!automóviles!que!vemos! todos! los!días,!no.!Lo!realmente!intrigante!del!movimiento!de!éste!pequeño!conjunto!de!piezas!en!movimiento!es!la!zona!de!la!manivela!y!la!barra!que!lleva!integrada!en!su!movimiento.!La!zona!donde!vamos! a! observar! el! movimiento! de! nuestro! motor! es! una! zona! en! la! cuál,! la!potencia!que! transmite!el! vapor!a! la!barra!acoplada!al!pistón,! transmite!energía!a!otra!barra!casi!perpendicular,!y!la!increíble!conversión!de!dicho!movimiento!en!un!movimiento! circular! mediante! una! simple! manivela! como! es! el! caso.! Para! dicho!funcionamiento,!sin!duda!será!necesario!un!adecuado!sistema!de!lubricación!en!las!zonas!de!rozamiento!y!un!sistema!de!cojinetes!y!rodamientos!para!dichas!zonas,!que!posteriormente!veremos!analizadas!mediante!Solidworks.!Es! también!una!zona,! la!de!encaje!entre!la!barra!del!pistón!y!la!de!la!manivela,!una!zona!muy!difícil!para!las!tensiones!del!material!a!utilizar.!Por!tanto,!deberá!ser!estudiado!también!el!sistema!de! eyección! de! vapor! que! debe! corresponder! al! motor! para! no! sobrepasar! la!potencia!del!material!a!escoger!para!dichas!barras.!!! En!la!zona!en!cuestión!tenemos!múltiples!ventajas!que!ya!hemos!nombrado,!sin! embargo,! como! casi! todo! sistema! mecánico,! posee! ciertas! desventajas.! La!

! ! ! 49!

principal!carencia!que!tiene!éste!motor,!y!que!dificultará!mucho!su!introducción!al!mercado! o! la! fabricación! por! parte! de! una! firma! de! ingeniería! es! un! aspecto! que!veremos!posteriormente!calculado:!el!rendimiento.!El!rendimiento!de!una!máquina!de! éste! tipo! (puramente! mecánica)! se! ve! afectado! en! toda! zona! donde! se! halla!perdido!par!motor.!La!intención!del!modelo!a!fabricar!no!es!sino!la!de!perfeccionar!el!modelo!existente!de!Robert!Green!y!realizar! la!documentación!necesaria! (véase!planos,! condiciones,! cálculos,! presupuesto),! para! facilitar! la! fabricación! formal! del!mismo,! ya!que! el!motor!ha! sido! fabricado!de! antemano!poa!manos! inexpertas.! La!perfección! de! la! que! hablamos! no! excluye! las! pérdidas! de! par! mecánico! que!decíamos!anteriormente,!pues!nos!centraremos!en!evitar!fugas!de!vapor,!piezas!que!no!encajen!del! todo!bien!y!defectos!puntuales!que!puedan!haber!aparecido!en! los!motores!ya!montados!por!aficionados.!A!pesar!de!poder!evitar!éste!tipo!de!pérdidas!mecánicas,! en! la! zona! de! mayor! interés! de! movimientos! del! motor! tenemos! un!diseño!con!una!inevitable!pérdida!de!rendimiento,!tratándose!de!una!gran!pérdida!de!par!motor!que!luego!calcularemos.!!! Otra! zona! mucho! más! que! interesante! de! nuestro! motor! se! encuentra!justamente! en! la!parte! opuesta!de! la!manivela,! se! trata!del! dispensador!de! vapor.!Protegido!por!una!carcasa!de!cobre!de!cuatro!conductos,!consiste!en!un!mecanismo!de!lo!más!simple!pero!efectivo,!que!distribuye!el!vapor!a!los!dos!cilindros!gracias!a!una!varilla!que!sigue!el!movimiento!de! la!manivela.! Se! trata!de!una!pieza!con!dos!cavidades!cuyo!plano!se!ve!adjuntado!(planos!del!proyecto!al!final!del!documento):!!!!!!!!

''' ''''''''''''''''''''' '''''''''''''''''' ''Distribuidor'de'vapor.'Fuente:'Robert'Green.'

Como!podemos!observar,!posee!dos!cavidades!que!atraviesan!lateralmente!el!pequeño!cilindro!en!cuestión.!Dichas!cavidades!hacen!de!pasadera!para!el!vapor!entre!un!conducto!de!entrada!y!el!de!salida.!A!continuación!mostramos!un!esquema!

! ! !50!

del!funcionamiento!del!sistema!con!la!carcasa!que!envuelve!al!instrumento!ya!mencionado:!!!! ! ! ! !!!!!!!!Escape!vapor!

!!!!!!!!!!!

!!! !!!!!!!!

!!

! ! ! !!!!!!!Entrada!vapor!!! ! ! ! !!!De!ésta!forma,!el!distribuidor!de!vapor!va!dando!vueltas!de!forma!oscilante!

en! la! dirección! indicada! en! el! dibujo.! En! el! caso! analizado! en! la! imagen! superior!podemos!decir! que! el! cilindro!dos! está! absorbiendo! vapor! del!medio!de! dónde! lo!saquemos,!sea!el!que!sea.!Simultáneamente,!el!cilindro!uno!está!expulsando!el!vapor!por! la!vía!superior,! la!vía!de!expulsión.!A!continuación!veremos!otra! imagen!en! la!cuál!se!muestra!la!fase!en!la!que!el!vapor!entra!en!el!cilindro!uno!y!sale!del!cilindro!dos:!!!!!!!

!

Cilindro!2!Cilindro!1!

! ! ! 51!

!!!!!!! ! !!!!!!!!!! !!!! !!!!! !!!!!!!!!!Salida!vapor!!!!!!!!!

!!

! ! ! !!!!!!!Entrada!vapor!!!!!

! Podemos! observar! que! se! trata! de! un! movimiento! oscilante,! que! en! la!práctica!es!de!una!velocidad!considerable,!que!distribuye!el!vapor!a!cada!uno!de!los!dos! cilindros! de! forma! intermitente.! Dicho! proceso! es! intermitente! porque! existe!una!etapa!de!giro!en!la!cuál!el!vapor!no!circula!por!las!tuberías.!Ésta!es!la!etapa!en!que!los!orificios!del!distribuidor!están!en!posición!!vertical.!Por!tanto!el!vapor!se!irá!repartiendo! en! forma! de! “golpes”! que! efectuarán! la! carrera! de! los! pistones!entregando!potencia!al!sistema:!!

Cilindro!2!Cilindro!1!

! ! !52!

!!!!!!!!!!!!!

!!!! ! ! ! Entrada!de!vapor!colapsada!!!!!!!!!!

No!hay!salida!de!vapor!al!no!haber!entrada!

Cilindro!2!con!pistón!!en!

comienzo/final!de!carrera!

Cilindro!1!con!pistón!en!

final/comienzo!de!carrera!

! ! ! 53!

!!!!!!!!!!!!!

!!!! ! ! ! Entrada!de!vapor!colapsada!!!!!! !

!!!

No!hay!salida!de!vapor!al!no!haber!entrada!

Cilindro!2!con!pistón!!en!

comienzo/final!de!carrera!

Cilindro!1!con!pistón!en!

final/comienzo!de!carrera!

! ! !54!

Anteriormente! se! ven! las! etapas! en! las! cuáles! el! vapor! se! encuentra! en! la!caldera,!adquiriendo!con!el!tiempo!y!de!forma!muy!rápida,!la!presión!necesaria.!En!dicho!instante!uno!de!los!dos!pistones!se!encuentra!en!el!comienzo!de!su!carrera!y!otro!al!final,!de!forma!que!el!vapor!que!entrará!en!la!etapa!siguiente!lo!hará!en!aquél!que! halla! regresado! ya! al! comienzo! de! carrera.! El! pistón! que! ya! ha! realizado! su!expansión!en!el!ciclo!anterior!se!dispone!a!volver!mientras!el!cilindro!que!poseerá!vapor! lleva! su! pistón! a! final! de! carrera.! Y! así! sucesivamente! conseguimos! un!movimiento! lineal! que! cuya! potencia! se! transmitirá! en! forma! circular! gracias! al!sistema! biela! manivela! formado! por! elementos! rodantes! y! correctamente!engrasados.!

!Para! comprender!mejor! la! dinámica! del! ciclo! del! vapor! en! nuestro!motor,!

vamos!a!ver!la!secuencia!de!fases!ya!explicadas:!!!!!!!

!1ª!fase:! ! ! ! ! ! 2ª!fase:!!

! ! !!!!!!!!!!! !!!!3ª!fase:! ! ! ! ! !!!!!!!!!!!!!!!4ª!fase:!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! ! !! !

! ! ! 55!

!Como!podemos!ver,!por!tanto,!no!necesitamos!un!dispensador!de!vapor!que!

introduzca!de! forma! intermitente!el!vapor!conforme! lo!vallamos!necesitando,! sino!solamente! una! fuente! de! vapor! a! presión! cuya! distribución! vendrá! dada! por! el!distribuidor!con!el!ciclo!anterior.!!

!Muchas!veces!a!la!hora!de!diseñar!el!modelo!estandarizado!mediante!planos!

que! se! presentarán! en! otro! anexo! pensamos! el! porqué! de! dicho! movimiento!oscilante! de! la! válvula! distribuidora! de! vapor.! Nos! preguntamos! si! dicho!movimiento!pudiera!ser!continuo,!giratorio,!similar!al!de!un!pistón!con!un!cigüeñal!como! varilla! y! leva.! El! problema! de! dicho! funcionamiento,! así! a! simple! vista!podemos!decir!que!es!el!mismo!movimiento!de!la!manivela,!que!no!permite!a!la!leva!dar! una! vuelta! completa.! Por! tanto,! debemos! quedarnos! con! dicho! movimiento!oscilatorio.! Por! otra! parte,! el!movimiento! del! distribuidor! de! vapor! sería! distinto,!aunque!nos!proporcionaría!una! secuencia!de!movimiento! similar.!Tal! vez!ése!giro!continuo!del!distribuidor!no!ha!sido!diseñado!debido!al!complicado!giro!que!debería!realizar!la!leva!aunque!es!una!posibilidad!a!estudiar.!También!puede!que!se!deba!a!que! la!distribución!del!vapor!sería!demasiado!rápida,!no!dejando!en!cada!pistón!a!completar!una!expansión!completa,! lo!que! reduciría!aún!más!el! rendimiento!de! la!máquina.!

!Normalmente! las!máquinas!distribuidoras!de!vapor!de!hoy!en!día!como! las!

calderas! o,! de! forma!más! rústica,! las!mismas! ollas! que! podemos! ver! en! la! cocina!sueltan!el!vapor!de!forma!intermitente!de!por!sí!de!todas!formas.!¿!Y!porqué!suele!ocurrir! esto?,! pues! es! un! motivo! tan! drástico! como! que! el! vapor! es! uno! de! los!elementos!más!peligrosos!para!unos!materiales!y!que!sobretodo,!es!muy!fácil!tener!accidentes! con! máquinas! o! elementos! dispensadores! de! vapor.! Esto! es,!efectivamente,! debido! a! la! gran! expansión! del! agua! y! el! peligro! de! las! presiones!generadas,! que! si! no! llega! a! ser! por! los! buenos! diseños! existentes! de! éstos!dispensadores!de!vapor!tendríamos!una!facilidad!muy!grande!de!accidente!en!éste!tipo! de! máquinas.! Por! tanto,! y! sobretodo! en! máquinas! que! requieren! de! cierta!potencia! a! partir! de! la! presión! del! vapor,! debemos! prestar! mucha! atención! y!dedicación! a! la! hora! de! fabricar! éste! tipo! de! instrumentos! clave! que! es!imprescindible! para! nuestra! seguridad,! y! además! en! éste! caso,! para! el! correcto!funcionamiento!de!la!máquina.!!

!!A! continuación! se! muestran! dos! imágenes! proporcionadas! por! el! motor!

manualmente!construido!por!Robert!Green,!con!dos!de!las!posiciones!mencionadas!de!la!válvula:!

!!!!!!!!!

! ! !56!

!' Motor'Green'Steam'Engine'en'fase'1'ó'3.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!!!!!!!!!!!!

! ! ! 57!

!

!' Motor'Green'Steam'Engine'en'fase'2'(cilindro'1'izquierda'cilindro'2'derecha).'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!Podemos!observar!en!ambas!imágenes!cómo!cambia!el!motor!de!posición!en!

función!de!la!carrera!de!cada!pistón,!consecuencia!de!la!posición!del!distribuidor.!En!el!primer!caso!tenemos!la!barra!de!la!manivela!completamente!horizontal!debido!a!que!ambos!pistones!se!encuentran!a!media!carrera.!Como!vimos!anteriormente,!en!

! ! !58!

éste! preciso! instante! no! entra! ni! sale! vapor! en! el! mismo.! La! entrada! y! salida! de!vapor! se! producen! en! el! mismo! instante! cada! vez! que! esto! ocurre.! En! éstos!momentos!se!produce!un!fuerte!choque!en!uno!de!los!pistones!y!una!salida!de!vapor!en!el!cilindro!del!otro,!que!deja!nuestro!motor!en!la!posición!de!la!segunda!imagen.!Por! tanto,! es! notable! que! éste! motor! funciona,! como! todos! los! motores! de!combustión,! “a! golpes”.! En! dichos! golpes! el! pistón! sube! y! con! él! la! barra! de! la!manivela!en!uno!de!sus!costados,!bajando!el!otro!gracias!a!la!manivela:!

!!!!!!!!

!' ' Motor'Green'Steam'Engine'en'movimiento.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!

Volante!de!!inercia!

Manivela!

Sujeción!a!

bancada!

Contrapeso!

Barras!de!los!pistones!

! ! ! 59!

De!ésta!forma!se!va!generando!en!la!manivela!un!giro!que!va!siendo!causado!gracias!a!pequeños!empujones!causados!por!el!vapor!y!que!son!los!que!nos!entregan!nuestro! par! habiendo! ya! transformado! el!movimiento! en! circular.! A! pesar! de! los!golpes! y! las! difíciles! transmisiones!de! fuerzas! que! en! el!movimiento!del!motor! se!generan,! tenemos! una! serie! de! elementos! sofisticados! de! giro! que! nos! permiten!llevar!a!cabo!cierta!función.!Algunos!de!los!cuáles!son!rodamientos,!o!zonas!de!buen!engrase! para! el! giro! relativo! de! las! piezas.! Las! zonas! más! críticas! para! éstas!actividades!son!la!parte!superior!e!inferior!del!cilindro,!en!la!cuál!se!encuentran!dos!agarres!de!bola.!De! todas! formas!no!menos!peligro!hay!en! la!zona!de! la!manivela,!que! debe! transformar! el! cambio! de! posición! de! la! barra! a! la! cuál! se! encuentra!agarrada! en! giro.! Dicho! giro! no! será! posible! si! no! mantenemos! la! unión! de! la!manivela!con!las!piezas!de!la!barra!perfectamente!engrasadas!o!con!rodamientos.!

!!!!Para!llegar!a!saber!dónde!está!el!error!del!ingenio!a!partir!del!cuál!nació!ésta!

curiosa!cinemática,!hemos!de!analizar!previamente!un!ciclo!de!vapor!en!la!máquina!en!cuestión!para!entender!mejor!el!proceso.!!!! El! vapor! viene! dado! a! presión! por! un! método! que! posteriormente!explicaremos! con! más! detalle.! Una! vez! éste! entra! en! el! conducto! de! entrada! al!distribuidor!de!vapor,!según!sea!la!posición!del!distribuidor,!se!verá!frenado!o!con!vía!libre!para!aplicar!presión!en!uno!de!los!cilindros.!Posteriormente,!se!produce!la!parte!más! importante! de! nuestro! proceso,! que! es! ése! intercambio! de! energía! que!nos! proporciona! movimiento.! Dicho! intercambio! se! manifiesta! en! una! brusca!aceleración!del!pistón!hacia!el! final!del! cilindro!completando!su! carrera,!de! forma!que!la!barra!que!lo!sostiene!recibe!una!fuerza!de!compresión!que!es!transmitida!a!la!barra! de! la!manivela.! Aquí! llegamos! al! punto! donde! perdemos! una! gran! parte! de!rendimiento!mecánico!del!motor,!pues,!como!veremos!durante!su!cálculo,!las!barras!del! pistón! y! de! la! manivela! se! encuentran! en! posiciones! desfavorables! para!transferir!un!vector!fuerza.!Por!tanto!la!barra!de!la!manivela!recibe!dicha!fuerza!que!obliga! al! conjunto! barra! manivela! a! girar.! A! continuación! vemos! una! imagen! del!motor!con!las!direcciones!de!los!elementos!anteriormente!explicados:!!!!!

! ! !60!

!' ' Motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!

Dirección!de!la!fuerza!aplicada!por!el!vapor!sobre!el!pistón!y!la!barra!y!del!!!!!!!!!!!!!!!movimiento!de!ambos.!

!!!!!!!!!!!!!Dirección!que!sigue!la!barra!por!restricción!de!la!manivela.!Suma!de!ambos!movimientos:!dirección!del!punto!donde!se!juntan!ambas!barras.!!!

!Como!podemos!observar!en!la!imagen!anterior,!mientras!que!la!manivela!va!

realizando!un!movimiento!lo!más!continuo!posible!de!giro,!ambos!pistones!suben!y!bajan! haciendo! que! la! barra! adherida! a! ésta! oscile! de! izquierda! a! derecha! en!intervalos!de!mas!menos!diez!grados!de!izquierda!a!derecha!debido!a!la!inclinación!de!la!superficie!de!la!manivela!(la!cuál!se!puede!apreciar!bien!en!los!planos).!!

!

! ! ! 61!

Con!el!giro!de!la!manivela!transmitimos!el!par!al!eje,!con!ayuda!de!un!volante!de! inercia! que! ayude! a! dar! continuidad! al! movimiento.! De! ésta! forma! ya! hemos!completado!lo!que!sería!el!“viaje!de!ida!del!vapor”,!es!decir,!cuando!se!entrega!toda!su! energía.! Después! de! dicho! proceso,! el! vapor! que! ya! se! ha! expansionado! en! el!cilindro!en!el!cuál!comenzamos!el!ciclo!se!escapa!por!el!tubo!de!salida,!a!través!de!la!cavidad!del!distribuidor!de!vapor.!Dicha!cavidad!se!abre!paso!debido!a!la!varilla!que!contacta! el! movimiento! de! la! manivela! y! de! su! barra,! hacia! una! leva! que!transformará!dicho!movimiento!en!circular!para!llevar!a!cabo!la!apertura!del!vapor!para!la!salida.!!

!Es!notable!la!cantidad!de!transformaciones!de!movimientos!que!hay!en!ésta!

máquina.!Tal!es!así!que!se!ha!de!vigilar!mucho!todas!las!zonas!en!cuestión.!¿Por!qué?!Pues! porque! en! dichas! zonas! existe! un! constante!movimiento! relativo! entre! unas!piezas!y!otras,!y!debemos!vigilar!los!posibles!rozamientos!y!las!zonas!del!motor!que!más!puedan! sufrir.!Dicho! estudio! lo! realizaremos!mediante! la! programación!de! la!maqueta! 3D! del! motor! para! comprobar! si! los! materiales! escogidos! son! los!adecuados.!!

!Otro!punto!que!debemos!destacar!en!cuanto!a! la!cinemática!del!motor!es! la!

libertad!de!movimiento!del!conjunto!cilindro!y!pistón,!al!encontrarse!adherido!a!dos!piezas! mediante! contactos! de! bolas.! En! la! zona! superior! de! la! imagen! anterior!podemos! encontrar! un! encaje! de! bola! con! la! barra! de! la! manivela,! y! en! la! zona!inferior!del!cilindro!tenemos!otro!encaje!de!bola!que!permite!al!conjunto!moverse!a!favor!del!ciclo.!El!movimiento!de!la!zona!superior!que!hemos!visto!anteriormente!es!imposible! si! la! zona! más! cercana! al! distribuidor! del! conjunto! cilindro! pistón! no!posee! algún! encaje! de! bola.! Esto! se! debe! a! que! el! conjunto! estará,! al! igual! que! la!barra!de!la!manivela,!constantemente!oscilando!hacia!un!lado!y!hacia!otro.!Se!trata!de! dos! zonas! que! debemos! tener! bien! cuidadas,! aun! más! cuando! se! trate! de!movimientos!rápidos!e!intermitentes.!!!

!Encaje'de'bola'que'conecta'el'manguito'por'el'cuál'entra'y'sale'el'vapor'con'el'cilindro'correspondiente.'Fuente:'Robert'Green.'

!

! ! !62!

!!!!!!!!!!!

!Conexión'del'encaje'de'bola'cuyo'extremo'opuesto'se'encuentra'roscado'en'el'cilindro.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!!!!!

! ! ! 63!

!' Conexión'de'la'barra'del'pistón'con'la'barra'de'la'manivela'mediante'sistema'de'bolas.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! !64!

4.O'¿DE'DÓNDE'VIENE'EL'VAPOR?'

!!! Según!valla!a!ser!el!destino!del!producto!terminado!en!cuestión,!la!máquina!puede! ser! alimentada! por! un! vapor! que! proviene! de! cualquier! lugar.! Existen!numerosísimas! fuentes! de! calor! que! podemos! emplear! para! evaporar! un! poco! de!agua!y,!gracias!a!una!válvula,!elevar!la!presión!del!depósito!para!que,!mediante!un!conducto!sea!llevado!al!motor.!Robert!Green!propone!dos!opciones!que!vamos!a!dar!a! continuación,! para! casos! en! los! que! se! poseen!medios! como!una! casa! con! gas! y!fuentes!de!calor,!y!casos!más!difíciles!en!los!cuáles!no!podemos!emplear!mas!que!la!luz!solar.!!

4.1.O'LA'CALDERA'DE'VAPOR'

!!!

!' ' Motor'Green'Steam'Engine'conectado'a'una'caldera'de'vapor.'Fuente.'Robert'Green.'

! !!

! ! ! 65!

!!!

Robert!Green!propone!una!caldera!de!potencia!cuya!única!fuente!necesaria!es!un!conducto!que!nos!proporcione!agua!y!una!pequeña!fuente!de!calor!como!puede!ser!gas!combustible.!Dicho!sistema!funciona! introduciendo!el!agua!en!un!tubo!con!recorrido!espiral,!dentro!del!cuál!no!sólo!hay!agua!sino!también!aire,!pues!no!estará!completamente! lleno.! Esto! es! para! permitir! posteriormente! la! expansión! que! se!generará!al!evaporarse!el!agua.!El!vapor!generado!ascenderá!por!el!tubo!hasta!llegar!a! la! válvula! de! presión.! Éste! tipo! de! calderas! proporcionan! vapor! con! la! potencia!suficiente!como!para!alimentar!un!automóvil,!un!barco!o!un!generador.!A!diferencia!de! una! caldera! normal! como! la! que! poseemos! en! los! hogares,! el! artefacto! en!cuestión!emplea!agua!a!presión!superior!a! la!atmosférica,!de!hasta!unos!14!bares,!que! es! un! requisito! a! añadir! aparte! del! líquido! en! sí! y! de! la! fuente! de! calor.! Para!llegar! a! tales! presiones! necesitaremos! una! bomba! que! introduzca! el! agua! en! la!caldera.!A!diferencia!de!las!calderas!empleadas!en!los!antiguos!trenes!y!automóviles!tenemos!un!envoltorio!metálico!que!protege!los!alrededores!de!nuestra!caldera!en!caso!de! fuga.!Por!tanto!es!mucho!más!segura.!Además,!el!vapor!de! fuga!solamente!sería!liberado!en!el!interior!de!dicha!cavidad!sin!consecuencias!posteriores.!A!pesar!de!las!medidas!de!seguridad!que!nos!libran!de!peligros!causados!por!la!presión,!el!calor! que! desprende! el! artefacto! en! cuestión! es! peligroso! también,! por! tanto! no!exime!al!usuario!de!extrema!precaución!estando!alrededor.!

!!!

! ! !66!

!!! ! !' ' Caldera'de'vapor'a'presión'para'alimentación'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!! !!

Como! podemos! observar! en! la! imagen,! el! agua! llega! a! una! determinada!presión!por!el!conducto!inferior!y!entra!en!la!zona!más!calorífica!de!la!caldera!donde!quemamos! el! combustible,! el! cuál! puede! ser! a! elección! del! consumidor,! cabiendo!posibilidades! muy! ecológicas! y! económicas! como! pueden! ser! el! autogás! o! el!combustible!diésel.!A!partir!de!dicha!fuente!de!calor!el!vapor!comenzará!a!subir!por!la!caldera!a!través!del!tubo!con!forma!espiral!que!se!muestra!en!la!figura!anterior.!Una!vez!éste!llega!a!la!zona!superior!de!la!caldera,!llegamos!a!la!válvula!de!presión,!que!no!se!abrirá!a!no!ser!que!se!supere!una!presión!determinada.!En!ésta!zona!será!necesario!un!barómetro!para!medir! la!presión!existente!a! la!salida!(señalado!en!el!dibujo),!así!como!un!interruptor!cerca!del!mismo!que!nos!permita!escogerla!presión!que! deseamos,! manipulando! nuestra! válvula.! Dicha! elección! de! la! presión! será!necesaria! porque,! en! caso! de! nuestro! motor! pequeño! de! dos! cilindros! no!necesitaremos! gran! esfuerzo,! de! forma! que! reduciremos! la! presión! de! la! válvula.!Pero!si!conectáramos!otra!máquina!más!grande!o!potente!al!dispositivo,!tendríamos!que! calentar! durante! más! tiempo! para! tener! una!mayor! cantidad! de! vapor! en! el!interior! y! así! aumentar! la! presión! que! posteriormente! llenaría! una! mayor!disposición!de!cilindros!o,!simplemente,!dos!cilindros!más!grandes.!!La!gran!ventaja!

! ! ! 67!

de! dicho! sistema! es! que! el! agua! es! un! líquido! con! una! enorme! capacidad! de!expansión,! lo! que! nos! permite! abastecer! un! funcionamiento! durante! un! buen!período! de! tiempo! con! cantidades! pequeñas.! Como! se!muestra! en! los! planos,! una!primera! bobina! calienta! el! agua! inicialmente! mientras! ésta! va! subiendo! por! la!espiral,!mientras!que!una!segunda!bobina!transforma!dicha!agua!ardiendo!o!recién!evaporada!en!vapor!saturado.!Una!vez!se!satura,!éste!vapor!es!llevado!a!la!zona!de!la!llama!que!podemos!ver!en!la!imagen!(zona!inferior),!para!expandir!aun!mas!el!vapor!y! aprovecharlo! mejor.! Es! conveniente! que! el! vapor! en! cuestión! no! sea!sobrecalentado,!ya!que!podría!dañar!algunos!elementos!del!motor.!! !! El!proceso!que!sigue!el!agua!posteriormente!convertida!en!vapor,!dentro!de!nuestro! dispositivo! es! simple.! Primero! el! agua! entra! por! la! parte! inferior! de! la!caldera,! en! la! cuál! se! encuentra! el! foco! de! calor! que! transforma! ésta! en! vapor.!Estando!el!agua!almacenada!en!dicha!zona,!se!empieza!a!calentar.!De!ésta!forma!el!vapor!se!comienza!a!formar!en!la!parte!de!abajo!ascendiendo!en!espiral!hacia!arriba.!Cabe! decir! que! la! forma! espiral! del! tubo! es! para! que! se! pueda! calentar! mayor!cantidad!de!vapor!en! la! caldera,!y!así! llegar!a! condiciones!de!vapor!saturado.!Una!vez! el! vapor! asciende,! se! introduce! en! el! tubo! central! en! el! cuál! desciende! por!presión! del! vapor! que! entra! hasta! llegar! de! nuevo! a! la! zona! de! calor,! donde!tendremos!ya!por!fin!vapor!saturado.!Por!último,!mediante!un!control!por!válvula,!que!hemos!mencionado!antes,!mantenemos!el!vapor!dentro!de!la!caldera!hasta!que!se!alcanza! la!presión!que!deseamos.!Para!determinar!ésta!se! instala!un!barómetro!en!la!zona!de!la!válvula.!!!!!!!!!!!

4.2.O''EL'PANEL'SOLAR'

!!! El! objetivo! principal! del! proyecto! en! cuestión! es,! como!hemos!mencionado!anteriormente,!encontrar!una!forma!económica!y!viable!de!generación!de!energía!en!lugares!lejanos!a!la!distribución!de!la!misma,!o!el!concepto!denominado!generación!de!energía!en!isla.!Por!tanto,!es!necesario!analizar!todos!los!puntos!de!vista!posibles!de!generación!de!energía,!así!como!las!alternativas!que!nos!permita!el!lugar!en!que!instalaremos!la!máquina!con!el!generador.!En!éste!punto!se!analizará!la!opción!casi!siempre!óptima!de!la!energía!solar.!Además,!es!una!de!las!formas!más!económicas!de!hacer!vapor!de!agua.!Un!ejemplo!muy!conocido!es! la! famosa!energía!renovable!termosolar.!Bien!pues!en!éste!punto,!vamos!a!analizar!un!caso!particular!de!ésta!en!el! cuál! nuestro! motor! Green! Steam! Engine! hará! las! funciones! de! una! turbina! de!vapor,! pues! será! el! enlace! entre! el! vapor! a! presión! y! nuestro! generador.! Bien!distinto!de!el!sistema!habitual!de!energía!termosolar!es!el!sistema!que!se!propone,!

! ! !68!

pues!se!trata!de!un!conjunto!de!máquinas!mucho!más!simples,!pequeñas,!baratas!y!fáciles! de! transportar.! El! objetivo! consistirá,! básicamente,! en! una! central! de!generación!de!energía!termosolar!“para!utilizar!en!casa”.!Para!ello!se!ha!investigado!con! detalle! el! dispositivo! más! adecuado! para! la! situación! que! adquiera! la! mayor!cantidad!de!energía!posible!con!el!menor!coste!y!el!menor!espacio!que!podamos.!De!entre! todos! los! paneles! solares! existentes,! debemos! escoger! uno! que! pueda! ser!fácilmente!manejado!y!que!ocupe!el!menor! espacio!posible.! Como! se! trata!de!una!máquina! pequeña,! no! será! imprescindible! una! gran! potencia,! pues! como! hemos!dicho! antes,! el! agua! es! un! líquido! que! crece! en! volumen! mucho! al! vaporizarse.!Además!no!se!trata!de!una!máquina!de!gran!tamaño.!!!

Para! llevar! a! cabo! el! objetivo! de! la! adaptación! del! sector! de! la! energía!termosolar! en! nuestra! pequeña!máquina! debemos! disponer! de! un! equipo! lo!más!simple!posible.!Un!ejemplo!del!mismo!a!un!buen!precio!hoy!en!día!es!el!fabricante!Solarbeam,!que!nos!proporciona!un!ejemplar!autónomo!que!sigue!la!trayectoria!del!sol! juntando! todos! los! rayos! recibidos! en! un! almacén! de! calor.! Se! trata! de! un!artefacto,!similar!de!aspecto!a!una!antena!parabólica,!que!sigue!la!trayectoria!del!sol.!Posee!una!zona!que!capta!la!luz!del!sol!(colector!solar),!y!un!dispositivo!que!recoge!todo!el!calor!recolectado!por!el!mismo.!El!dispositivo!en!cuestión!sigue!la!trayectoria!del!sol!como!todos!los!paneles!solares.!Para!ello!goza!de!dos!ejes!de!movimiento!que!siguen! dicha! trayectoria! en! función! del! calor! que! llegue! al! colector.! El! dispositivo!está!hecho!de!aluminio!para!transferir! lo!mejor!posible!el!calor.!Además!esto!hace!que!el!material!de!fabricación!del!mismo!no!sea!excesivamente!costoso.!De!la!misma!forma,! la! estructura! que! sostiene! el! elemento! en! cuestión! es! capaz! de! soportar!fuertes!rachas!de!viento!de!hasta!170!km/h.!Una!vez!el!sistema!deja!de!recibir! luz!solar,! se! dispone! de! forma! horizontal! para! evitar! cualquier! daño! causado! por! el!viento!o!por!factores!naturales!que!rodeen!al!colector.!

!!!!

!!!

! ! ! 69!

! !Panel'solar'“Solarbeam”.'Fuente:'http://www.solartronenergy.com''

!!! !!! Podemos! observar! en! la! imagen! la! curva! parabólica! que! recoge! el! mayor!número! de! rayos! solares! posible! para! el! concentrador,! que! va! adquiriendo! calor!para!recoger!la!máxima!cantidad!de!calor!posible!para!transformar!el!agua!en!vapor.!!Dicho! concentrador! de! calor! es! de! tamaño! 10x10cm! y! es! capaz! de! proporcionar!hasta!30kW!cada!hora!en!un!día!de!sol!normal.!La!distancia!desde!el!plato!hasta!el!concentrador! de! calor! es! aproximadamente! de! 33cm.! Normalmente,! en! los!colectores! solares! que! se! suelen! ver! en! las! instalaciones! de! gran! envergadura! se!alcanza! el! óptimo! de! energía! durante! unos! instantes,! y! esto! durante! los! días!soleados.! En! caso! de! nuestro! colector! podemos! recibir! la! mayor! energía! posible!proporcionada!por!el!sol!durante!la!mayor!parte!del!día,!gracias!al!diseño!del!plato!parabólico!que!recoge!la!mayor!cantidad!de!rayos!posible.!Esto!no!es!por! la! forma!del!artefacto!en!sí,!sino!por!el!diseño!en!general,!pues!hacemos!una!reflexión!de!la!energía!que!tenemos!de!todo!el!panel!en!un!solo!punto,!en!el!colector.!En!una!placa!solar!plana!recogemos!parte!de!la!energía!en!las!horas!más!tardías!y!tempranas!del!día,!pues!cuando!el!sol!está!en!el!horizonte!es!más!difícil!recoger!la!energía!en!una!superficie!plana!al!tener!que!posicionar!la!misma!verticalmente.!En!caso!del!colector!Solarbeam,! gracias! a! la! parábola! que!describe! el! plato! colector! de! rayos!podemos!obtener!mucha!luz!incluso!al!atardecer!y!al!amanecer!del!sol,!pues!no!es!necesaria!una! disposición! muy! brusca! del! artefacto! (aunque! se! podría! llevar! a! cabo! una!disposición!vertical!gracias!a!la!flexibilidad!de!movimiento!que!proporciona!la!torre!que!lo!sostiene).!Otra!de!las!grandes!ventajas!del!colector!solar!en!cuestión,!es!que!no!afecta!casi!al!paisaje!gracias!a!su!pequeño!tamaño,!y!además!no!es!peligroso!el!tránsito!de!animales!o!niños!alrededor!gracias!a!la!altura!del!mismo.!!

! ! !70!

!!!!!!!

!!!Dimensiones'del'panel'solar'Solarbeam.'Fuente:'http://www.solartronenergy.com''

!!!!!

! ! ! 71!

!Colector'solar'del'panel'Solarbeam.'Fuente:'http://www.solartronenergy.com''

!!!!

!Normalmente,! en! los! paneles! solares! planos! normales! tenemos! un! par! de!horas!al!día!o! tres!a! lo! sumo!de!condiciones!óptimas!de! soleado.!Dicho! tiempo!de!estado!óptimo!para!el!panel!solar!plano!puede!verse!afectado!por!nubes!o!por!otros!factores! naturales! o! causados! por! el! hombre.! En! tal! caso,! la! energía! de! un! día! se!habría! perdido.! Con! el! colector! solar! Solarbeam! tenemos! en! condiciones! óptimas!todas! las!horas!del!día,!pues!gracias!al!colector!de! forma!parabólica,! los!rayos!son!reflejados!al!colector!de!la!misma!manera!que!durante!la!hora!óptima.!!

!!!

!

! ! !72!

!Control'bidireccional'del'panel'Solarbeam.'Fuente:'http://www.solartronenergy.com''

!!!!!De!la!misma!forma,!tenemos!en!los!paneles!solares!tradicionales!un!problema!

muy! frecuente! que! es! el! estancamiento! del! calor! en! el! panel.! Cuando! el! calor!necesario! para! absorber! la! energía!máxima!del! panel! se! ha! alcanzado,! en! caso! de!haber!más!calor! llegando!al!panel,! tendríamos!un!calor!perdido!en!el!panel.!Dicho!fenómeno! ha! sido! una! de! las! mayores! preocupaciones! de! cara! a! la! energía! solar!hasta! ahora,! pues! suele! dar! lugar! a! accidentes! e! incluso! a! la! rotura! del! panel! por!exceso! de! calor.! El! colector! Solarbeam! evita! éste! tipo! de! accidentes! gracias! al!apagado! automático! que! tiene! programado! cuando! sube! la! temperatura! más! de!cierta!cantidad.!Cuando!el!sol!calienta!demasiado!el!colector,!éste!deja!de!seguir!su!trayectoria! de! insolación! óptima! y! apaga! el! ! colector! solar! hasta! que! se! haya!restablecido!la!temperatura.!!! Un!gran!problema!en!cuanto!a!éste!tipo!de!energías!es,!como!en!el!caso!de!la!gran!mayoría!de! las!energías!renovables,! la!dependencia!de! los! factores!naturales.!Así! como!en! caso!de! las! presas!dependemos!de! las! lluvias! y! del! río,! en! la! energía!eólica! dependemos! del! viento,! en! la! biomasa! de! los! recursos! disponibles! en! el!momento,! en! la! energía! solar! dependemos! del! sol! que! tengamos! y! el! tiempo.! Sin!embargo,! además! debemos! tener! en! cuenta! un! factor! muy! importante! si!pretendemos! depender! exclusivamente! de! la! misma.! Por! la! noche! no! tenemos!energía!entrante!en!nuestro!sistema,!pues!el!sol!se!va.!¿Cómo!se!puede!hacer!frente!a!tal!dificultad?,!en!la!mayoría!de!sistemas!importantes!de!redes!de!distribución!de!energía!solar!se!han! instalado!almacenes!de!energía!de!gran!envergadura.!En!caso!

! ! ! 73!

de!repartir!energía!en!lugares!grandes!con!necesidades!de!energía!por!la!noche!será!necesario! un! almacén! de! energía.! Dichos! sistemas! suelen! estar! compuestos! por!tanques! de! sal! fundida! cuya! enorme! capacidad! calorífica! es! aprovechada! por! una!turbina! eléctrica.! En! caso! de! tener! una! instalación! pequeña! con! un! único! motor!Green!Steam!Engine!alimentado,!debemos!almacenar!el!calor!de! la!sal!en!un! lugar!más! pequeño!para! aprovecharlo! después! en! una! caldera! con! la!máxima! eficiencia!posible.!Dicho!sistema!podría!subsistir!durante!gran!parte!de!la!noche.!!!! En!conclusión,!tenemos!una!oportunidad!de!llevar!a!cabo!una!instalación!que!suministre! energía! a! un! gran! número! de! hogares.! Pues! si! instalamos! el! calor! que!desprende!el!artefacto!en!varias!calderas!podremos! instalar!motores!Green!Steam!Engine!que!alimenten!dichos!hogares!mediante!generadores!eléctricos.!Además!esto!sería! mucho! más! eficiente! en! lugares! del! tercer! mundo,! al! aprovechar! más! la!energía.!!!!!!!!!!!!! !

!Panel'Solarbeam.'Fuente:'http://www.solartronenergy.com''

!

! ! !74!

!

4.3.O'AMORTIZACIÓN'DE'LA'ENERGÍA'

!! !

En! un! plano! más! general,! en! los! motores! Stirling,! se! suele! recuperar! la!energía!invertida!en!la!instalación!y!fabricación!de!los!productos!en!cuestión!al!cabo!de!dos!o!tres!años.!Como!es!el!caso!de!la!idea!de!nuestro!proyecto,!necesitaríamos!dos!o! tres!años!para!recuperar! la! inversión!en!el!motor!y!el!sistema!generador!de!vapor! formado! por! la! caldera! y! el! panel! solar.! Todo! ello! contando! además! con! el!generador!eléctrico!que!aprovechará!el!par!de!nuestra!máquina.!Para!llevar!a!cabo!dicha!estimación!se!da!por!hecho!unas!ocho!mil!horas!de!trabajo!del!mismo,!lo!que!significa!un!trabajo!del!motor!al!día!de!entre!siete!horas!y!veinte!minutos!y!casi!once!horas!de!trabajo.!Para!tales!cifras!se!gestionará!el!material!y!el!correcto!acabado!de!cada!pieza!del!motor!para!adquirir!la!mayor!duración!posible.!

En!cuanto!al!panel!solar!Solarbeam,!en!comparación!con! los!paneles!planos!que!solemos!ver!en! las! instalaciones!hoy!en!día,!posee!un! tiempo!de!amortización!mucho!menor,! de! alrededor! de! seis! años,! frente! a! los! enormes! periodos! de! hasta!veinte!años!de!otros!sistemas.!!!!!!!!!

5.O'FABRICACIÓN'DEL'MOTOR'

!!!! Volviendo! a! la! parte! principal! de! nuestro! proyecto,! el! motor! Green! Steam!Engine,!vamos!a!ver!con!detalle!el!corazón!del!proyecto:!la!fabricación!del!motor.!A!continuación!se!redactará!de!forma!específica!como!se!deben!fabricar!los!elementos!no!normalizados!del!motor!(que!es!la!gran!mayoría!de!los!componentes!en!cuestión)!atendiendo! también! a! los! materiales! adecuados! para! cada! elemento! teniendo! en!cuenta! su! función! y! las! condiciones! en! las! que! va! a! trabajar.!Nuestro! objetivo,! en!base!a!todo!lo!anterior,!es!el!de!fabricar!un!motor!lo!más!barato!posible!y!de!larga!duración.!El!segundo!requisito!es!una!característica!que!viene!dada!en!los!motores!Stirling,! por! tanto! nos! centraremos! en! fabricar! un! motor! asequible,! teniendo! en!cuenta!que!puede!ser!un!gran!activo!energético!para!países!tercermundistas.!!!! Como! se! ha! mencionado! anteriormente,! el! motor! que! hasta! ahora! se! ha!fabricado! no! ha! sido! más! que! una! obra! manual! de! poca! fiabilidad! y! escaso!rendimiento,! aunque! cabe!decir! también!que!nos!ha!proporcionado! la! interesante!cinemática! anteriormente! analizada.! Al! ser! nuestro! objetivo! el! de! cambiar! las!características! de! dicho! modelo! improvisado,! vamos! a! dedicar! unas! secciones! a!

! ! ! 75!

explicar!desde!el!punto!de!vista!de!un!taller!de!fabricación!de!qué!materiales!estará!hecho!el!motor,! así! como!el!método!de! fabricación!de! cada!uno!de! los!mismos!no!normalizados!con!el!objetivo!del!mínimo!coste.!Seguiremos!un!orden!similar!al!de!la!explicación! de! las! funciones! de! cada! uno! de! éstos! pero! con! un! contenido! más!profundo.!!!

La! fabricación! de! cada! una! de! las! piezas! del!motor! en! cuestión! podrán! ser!fabricadas! de! muy! diversas! maneras,! pues,! como! sabemos,! el! mundo! de! la!fabricación! consiste! en! encontrar!de! entre! todas! éstas,! la!más! económica!y! la!que!mayor!rendimiento!nos!proporcione.!Por!tanto,!en!éste!caso!y!aun!con!mayor!interés!al! desear! rebajar! el! precio! al! máximo! vamos! a! optimizar! dichos! procesos! de!fabricación! de! componentes! seleccionando! los! más! económicos! y! lo! que! nos!proporcionen!la!seguridad!suficiente.!!!!!

5.1.O'FABRICACIÓN'DEL'CILINDRO'

!!

Al! igual!que!cuando!explicamos!la!función!de!cada!una!de!las!piezas!de!ésta!peculiar!máquina,!vamos!a!comenzar!por!los!elementos!más!comunes!de!un!motor,!es!decir,!aquellos!que,!antes!de!saber!de!qué!tipo!de!motor!hablamos,!sabemos!que!ya!van!a!ser!imprescindibles.!El!cilindro!es!uno!de!los!elementos!más!comunes!en!los!motores! de! explosión! y! en! los! Stirling,! además! de! otros! tipos!más! específicos! de!motores.! Dependiendo! normalmente! del! caso! en! cuestión,! es! decir,! de! lo! que!empleemos! en! cada! motor! para! realizar! ése! intercambio! de! energía,! el! material!empleado!podrá!ser!uno!u!otro.!

!En!caso!del!motor!Green!Steam!Engine!vamos!a!emplear!una!pequeña!chapa!

de! latón! como! materia! prima! de! nuestro! taller! de! fabricación! del! motor.! Como!hemos!dicho!en! las!primeras! líneas!de!nuestra!explicación,!nuestro!deseo!es!el!de!adaptar! el! modelo! de! Robert! Green! al! mercado! de! forma! que! una! marca! de!fabricación! o! un! taller! homologado! pueda! trabajar! con! la! documentación! en!cuestión.! Cuando! tengamos! la! chapa! de! latón! en! cuestión! de! las! dimensiones! ya!dadas!del!cilindro,!procederemos!a!fresar!el!centro!de!la!misma!formando!el!roscado!necesario!para!los!encajes!de!bola.!Una!vez!tengamos!dicho!material!modificado!ya!por!la!fresadora,!lo!llevamos!a!la!prensa!de!embutición.!El!cilindro,!como!se!ha!visto!en! imágenes!anteriores,!es!una!chapa!claramente!embutida.!Sin!embargo!debemos!tener!cuidado!en!el!ángulo!de!embutición!de! la!misma,!para!no!hacerla!demasiado!curva!o!demasiado!esquinada.!

!El! material! seleccionado,! el! latón,! posee! excelentes! propiedades! para! el!

contacto! con! el! vapor.! Quizá! después! de! saber! que! vamos! a! emplear! latón! nos!empecemos!a!preguntar,!¿Es!realmente!éste!el!mejor!material,!con!lo!barato!que!es?.!Pues!la!respuesta!verdadera!a!la!pregunta!anterior!es!no.!Claramente,!a!lo!largo!de!la!explicación! de! los! posibles! procesos! a! realizar! para! nuestras! piezas,! así! como! (y!sobretodo)!hablando!del!material!que!vamos!a!utilizar,!veremos!que!no!es!lo!mejor!

! ! !76!

que! se! puede! haber! utilizado.! Sin! embargo! es! lo! óptimo! para! un! presupuesto!determinado!que!posteriormente!se!calculará.!!

!El! latón!es!una!aleación!de!cobre!y!zinc!cuyo!precio!es!mucho!menor!que!el!

del!cobre,!además!hoy!en!día!el!precio!del!cobre!está!mucho!más!alto!que!hace!un!par! de! años,! por! tanto,! el! material! ideal! para! el! contacto! con! vapor! en! caso! de!nuestro!motor,!que!es!el!cobre,!debe!ser!descartado.!Su!hermano!pequeño!digamos,!el!latón,!cubrirá!las!funciones!del!mismo!en!excelentes!condiciones,!pues!además!de!aguantar! muy! altas! temperaturas,! es! un! material! que! resultará! duradero,! pues!nuestro!motor! es!de!un! tamaño! reducido,! y!no! transmitirá!mucho!par.!Tal! vez! en!caso! de! una! máquina! con! una! fuerza! muy! grande! deberíamos! haber! escogido! el!material! caro! anteriormente!mencionado,! pero,! como! veremos! posteriormente! en!los! planos,! se! trata! de! una!máquina! del! tamaño! de! un! pupitre.! Por! lo! general,! la!duración!de! los!motores! Stirling! es! larga,! a! pesar! de! los!materiales! que! se! ponga,!pues! al! no! haber! ningún! tipo! de! reacción! química! como! en! los! motores! de!combustión,! no! existe! corrosión! en! caso! de! que! escojamos! correctamente! el!material.!

!Al! ser! la! densidad!de! la! pieza! de! latón! de! unos! 8,5g/cm^3,! la! pieza! pesará!

alrededor!de!0,509Kg.!Por!tanto!en!lotes!pequeños!el!peso!será!más!que!manejable.!El!material!de!la!pieza!a!fabricar!es!maleable!únicamente!en!frío.!Por!tanto!estamos!hablando! de! una! embutición! en! frío,! lo! cuál! aportará! ventajas! a! la! rapidez! del!proceso!de!fabricación.!

!Por!tanto!no!tendremos!problema!alguno!en!embutir!el!material.!Pero,!¿qué!

pasa!con!el!roscado!del!cilindro?,!pues!la!verdad!que!el!latón,!no!sólo!es!más!barato!que!el!cobre,!sino!más!duro.!Sin!embargo!es!bastante!fácil!de!mecanizar.!Por!tanto!no! debe! suponer! ningún! problema,! tanto! para! el! tiempo! escaso! de! fabricación! de!éste!elemento,!como!para!el!proceso!en!sí,!la!dureza!de!éste!material!en!el!roscado.!

!El!precio!del!latón!hoy!en!día!está!a!4,18€/kg,!lo!cuál!tampoco!significa!que!

sea!un!material!de!lo!más!barato!para!el!motor,!pero!debido!a!su!larga!duración!de!funcionamiento,!será!más!que!efectivo.!

!!!!

! ! ! 77!

!' Proceso'de'embutición.'Fuente:'http://lexicoon.org.'

!!!!!!!

!Piezas'de'latón'embutidas.'Fuente:'todomaderacastellon.com'

!!''

!!

! ! !78!

!!

!Latón'siendo'tratado'por'fresadora.'Fuente:'youtube.com'

!!!!!

5.2.O'FABRICACIÓN'DEL'PISTÓN'

!!! Como!hemos!dicho!anteriormente,!es!necesario!para!los!elementos!cercanos!al!vapor!y!que!tengan!contacto!con!él!un!determinado!material,!pues!el!vapor!puede!llegar! a! ser! muy! corrosivo! incluso! para! algunos! materiales! muy! resistentes.! Si!deseamos!que!el!motor!tenga!una!buena!vida!útil!necesitamos!tratar!todas!las!zonas!en! contacto! con! el! vapor!del!motor,! es! decir,! casi! todo! lo! que! se! refiere! a! la! zona!inferior!del!motor!a!base!de!un!material:!el!latón.!!! El!material!del!pistón!no!se!comprará!para!el!taller!de!la!misma!manera!que!el!material!del!cilindro,!pues!se!trata!de!un!espesor!mucho!mayor!que!no!pertenece!a!la!posible!fabricación!en!chapa.!El!pistón!se!puede!comprar!en!forma!de!brutos!con!dimensiones! parecidas! a! la! original,! de! forma!que!podamos! tratar! el!mismo! en! el!torno! para! realizar! las! operaciones! en! revolución! necesarias! y! fabricarlo! con! el!menor!número!de!máquinas!disponible!y!en!el!menor!tiempo!posible.!

! ! ! 79!

!!!!

!Zonas'del'motor'en'contacto'con'el'vapor'durante'el'funcionamiento.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!!!

Estamos!hablando!de!piezas!de!un!peso!de!unos!(contando!de!nuevo!con! la!densidad!anterior!del!latón!y!con!las!dimensiones!aproximadas!de!la!pieza)!0,238Kg!aproximadamente.! El! elemento! en! cuestión,! el! pistón,! no! debe! ser! muy! pesado,!teniendo!en!cuenta!que!a!mayor! inercia!del!mismo! las!vibraciones!serán!mayores.!Esto!podría!generar! situaciones! comprometidas!para! la!bancada!y!muy!peligrosas!para!el!personal!cercano!al!motor,!ya!que! las!revoluciones!por!minuto!pueden!ser!muy! elevadas.! Por! tanto,! a! menor! inercia! de! dicho! elemento! del! motor,! mejor!funcionará! el! conjunto,! y! además! tal! vez! se! pueda! permitir! un! número!mayor! de!rpm.!!

!El! pistón! se! realizará! en! el! torno! con! un! bruto! muy! parecido! a! la! forma!

original,! de! forma! que! se! aplicara! dos! refrentados! en! las! caras! planas! y! luego! se!procederá! !a!efectuar!el!hueco!a!media!profundidad!del!mismo.!Tal!vez!lo!primero!que!tengamos!que!aplicar!en!el!bruto!en!cuestión!es,!incluso!antes!del!refrentado,!el!orificio!roscado!para!la!conexión!de!bola!que!se!le!aplicará!en!el!montaje.!Por!tanto!el!mecanizado!de!la!pieza!se!llevaría!a!cabo!en!un!centro!de!torneado.!

! ! !80!

!' Torno'tratando'pieza'de'latón.'Fuente:'youtube.com'

!!!!

!Otro! tema! a! tratar! en! la! zona! del! pistón! y! el! cilindro,! una! de! las! zonas! de!

mayor!sufrimiento!del!motor,!es!el! tema!de! los!rozamientos,!así!como! las!posibles!fugas!que!pueda!haber!de!vapor.!En! los!motores!ya!montados!hasta!ahora!de!éste!tipo! podemos! observar! (montados! a! mano! con! útiles! muy! improvisados)! que! el!vapor! escapa! por! todas! partes.! Por! tanto,! hemos! decidido! proteger! al! pistón! del!rozamiento! con! el! cilindro! y! viceversa,! de! forma! que! no! escape! tampoco! ni! una!pequeña!fuga!de!vapor.!Dicho!elemento!es!la!cinta!del!pistón,!para!la!cuál!la!forma!del!mismo!posee!un!pequeño!hueco!en!la!mitad!de!su!espesor.!El!material!de!dicha!cinta!debe!ser!lo!más!resistente!posible!al!vapor!para!aguantar!durante!toda!la!vida!útil!de!la!máquina.!Para!cumplir!todas!éstas!funciones!hemos!escogido!un!material!muy! común! últimamente!muy! empleado! en! el!mercado.! Se! trata! del! denominado!EDPM,!una!mezcla!química!formada!por!etileno!propileno!que!resiste!muy!bien!los!cambios!de!temperatura,!los!rozamientos!(que!serán!más!que!frecuentes!en!la!parte!n!cuestión)!y,!por!supuesto,!más!que!resistente!al!vapor.!Podemos!decir!que,! junto!con! la! barra! que! unirá! el! Flex!Head! con! el! Flex! Rod! Anchor,! es! uno! de! los! pocos!elementos!no!sólidos!del!motor.!!

!Hasta! ahora! hemos! visto! lo! que! podría! formar! parte! de! los! elementos!más!

sufridores!de!la!máquina,!que,!como!en!casi!todos!los!motores,!suelen!ser!aquellos!que!mantienen!una!relación!directa!con!el! líquido,!gas!o!sustancia!que!se!consume!para!la!generación!de!energía!mecánica.!!

!''

! ! ! 81!

'Cinta'de'EDPM'(etileno/propileno).'Fuente:'http://qhkaida.en.alibaba.com'

!!! !!!

!!La!cinta!de!EPDM!!será!directamente!importada!de!una!fábrica!al!no!disponer!

de!recursos!cuyos!costes!podamos!calcular!o!de!algún!procedimiento!que!sepamos.!Pero! se! trata! de! algún! tratamiento! químico! que! no! podemos! estimar.! Por! tanto!supondremos!la!prefabricación!del!mismo.!!!! El! EPDM! es! un! material! denominado! termopolímero,! ! con! una! enorme!resistencia!a!la!abrasión!y!al!desgaste.!Cuanto!mayor!sea!el!porcentaje!de!etileno!en!el!mismo,!mayor!será!su!resistencia.!Al! tratarse!en!nuestro!caso!de!vapor!de!agua,!tampoco!será!muy!grave!la!abrasión!que!sufrirá!el!mismo,!pero!para!mantener!una!vida!útil!mínimamente!larga!debe!superar!dicho!material!el!50%!como!mínimo.!Su!resistencia!a!tracción!supera!los!10MPa!y!el!alargamiento!a!rotura!es!mayor!que!el!150%,! lo!que!permitirá!un!buen! trabajo! en! condiciones!de! rozaduras!que!puedan!deformar!la!pieza.!! !!!!!!!!!

! ! !82!

5.3.O'FABRICACIÓN'DE'LA'TAPA'DEL'CILINDRO'

!!! Continuando! con! los! elementos! cercanos! al! vapor,! cabe! decir! que! no! sólo!aquellos! que! están! cerca! del! mismo! y! que! contactan! directamente! con! él! son!importantes.!Los!elementos,!en!caso!del!cilindro!y!el!pistón!vienen!acompañados!de!muy!diversos!elementos!de!seguridad.!A!continuación!hablaremos!de!la!fabricación!de!la!tapa!del!cilindro,!así!como!de!la!fabricación!de!las!sujeciones!de!la!misma.!!!

Veremos!que!se!trata!de!un!conjunto!de!elementos!que!se!unen!entre!ellos!habiendo!tanto!elementos!personalizados!de!taller,!cuyos!costes!ya!calcularemos!posteriormente,!como!elementos!ya!normalizados!de!precio!cerrado.!En!cuanto!a!aquellos!elementos!que!debemos!fabricar!nosotros!debido!a!su!personal!diseño,!cabe!decir!que!los!que!se!van!a!describir!a!continuación!poseen!un!método!muy!personal!de!fabricación.!!! La!tapa!del!cilindro!es!un!elemento!con!dimensiones!parecidas!al!mismo!que,!según!parece!en!su!aspecto!ha!sido!“cortado”!por!dos!costados.!Como!debido!a!dicho!corte!no!podemos!fabricar!dicho!elemento!a!torno,!el!elemento!será!fabricado!por!medio!de!la!fresadora.!!!! El!bruto!de!la!pieza!puede!ser!otra!bien!parecido!al!del!pistón.!La!gran!diferencia!es!que!en!éste!caso!será!tratado!por!una!máquina!diferente,!de!forma!que!no!será,!por!así!decirlo,!un!sólido!de!revolución!como!todas!aquellas!piezas!resultantes!del!torno.!Se!comenzará!la!operación!con!un!desbaste!de!ambos!lados!de!la!pieza!formando!la!siguiente!geometría:!

! ! ! 83!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! ! ! ! ! ! ! !

!!!

Podemos!ver!que!en!la!geometría!del!bruto!de!la!pieza!teníamos!una!pieza!de!forma!circular.!Pues!bien!en!la!primera!operación!realizada!con!la!fresa!realizamos!un!refrentado,!que!será!seguido!de!un!desbaste!que!quitará!las!zonas!señaladas!en!el!esquema!anterior.!Las!direcciones!marcadas!en!rojo!son!los!recorridos!y!el!sentido!de! los! mismos! en! la! fresa.! Posteriormente! podemos! ver! también! que! se! realizan!cinco!taladros.!Primero!se!realizará!el! taladro!central!por!ser!el!de!mayor!tamaño.!Todos!los!taladros!en!cuestión!serán!realizados!con!el!roscado!correspondiente!a!su!diámetro,! es! decir,! con! el! paso! y! la! rosca! que! define! la! norma! ISO.! El! tiempo! de!fabricación!de!la!pieza!en!cuestión!no!debe!ser!muy!largo,!teniendo!en!cuenta!que!no!emplearemos!más!que!una!máquina!para!completar!su!fabricación.!

!Al!tratarse!de!una!pieza!de!seguridad!externa!al!funcionamiento!del!conjunto!

y! ajeno! a! rozaduras! o!malos! efectos! causados! por! el! vapor! y! su! temperatura,! no!necesitaremos! un! tratamiento! posterior! de! recubrimiento! o! de! temperatura! para!nuestra!pieza.!De!la!misma!forma!será!innecesario!el!posterior!acabado!dimensional!o!bien!superficial!de!la!forma!del!elemento!en!cuestión.!

! !El!material!del!elemento!de!seguridad!del!cilindro!no!tiene!porqué!ser!!

especialmente!duro!o!resistente.!Por!tanto,!al!tratarse!de!un!motor!de!bajo!coste!el!que!deseamos!fabricar,!buscaremos!un!material!que!cumpla!las!funciones!esenciales!y!que!no!nos!suponga!un!gran!aumento!a!la!hora!de!mecanizarlo!(gasto!de!plaquitas!de!la!fresadora)!o!a!la!hora!de!pagar!el!mismo.!Por!tanto!el!material!que!buscamos!es!

!!

! ! !84!

el!aluminio,!con!propiedades!suficientes!para!proteger!la!posible!salida!del!pistón!y!un!precio!más!que!asequible.!Hoy!en!día!el!Kg!de!aluminio!está!a!1,69€.!Por!tanto,!como! iremos! viendo! a! lo! largo! de! la! explicación! en! cuanto! a! la! fabricación! de!componentes,!casi!todos!los!elementos!que!no!sufren!grandes!esfuerzos!o!aquellos!que!no!requieran!especiales!propiedades!anti!fricción!o!térmicas!estarán!hechos!de!aluminio.! !!

La!pieza!en!cuestión!no!es!muy!pesada,! siendo! la!densidad!del!aluminio!de!alrededor! de! 2,7! gr/cm^3,! estaremos! hablando! de! un! peso! por! pieza! de! más! o!menos! 28gr.! Si! nos! fijamos,! gracias! a! la!menor! densidad! del! elemento! el! peso! se!reduce! en! gran! medida.! En! comparación! con! el! latón,! el! aluminio! posee! una!densidad!de!una!cuarta!parte! la!densidad!del!mismo.!Por!éste!motivo!el!centro!de!gravedad! del! motor,! por! así! decirlo,! estará! mucho! más! cerca! de! la! zona! del!distribuidor! de! vapor! que! de! la! zona! de! la! manivela.! Por! ello! es! posible! que! sea!necesaria!la!presencia!de!un!volante!de!inercia!que!nivele!un!poco!la!distribución!del!peso!en!el!motor.!Esto! se!debe!a!que!el!movimiento!de!unas! zonas!del!motor! con!respecto!a!otras!puede!generar!inercias!que!den!lugar!a!accidentes.!Por!tanto!dicho!equilibrado!será!más!que!importante.!

!Pero!en! lo!que!va!del!resguardo!del!cilindro!podemos!decir!que!es!más!que!

probable! que! cumpla! las! funciones! adecuadas,! gracias! a! las! partes! que! vamos! a!mencionar! ahora.! Se! trata!de! los! elementos!que! agarran! la! tapa! en! cuestión,! cuyo!método!de!fabricación!debe!ser!fundición!debido!a!la!complicada!forma!que!tienen.!Podemos! pensar! al! hablar! de! dichos! elementos! que! por! qué! no! hemos! decidido!soldar!tres!varillas!en!lugar!de!hacer!una!continua!como!es!el!caso.!Pues!la!respuesta!es! fácil.! Si! tenemos!varias! zonas! en! las! cuáles!hemos! juntado!partes! con! tornillos,!soldadura!etc.,!es!más!fácil!que!en!situación!de!riesgo!de!máximo!funcionamiento!del!motor! dichas! piezas! fallen.! Al! tratarse! ésta! vez! de! un! elemento! de! seguridad! no!podemos!permitirnos!situaciones!como!ésta.!

!Como!podemos!observar!en!la!imagen!el!elemento!de!seguridad!del!conjunto!

cilindro! pistón! se! encuentra! bien! agarrado! para! compactar! el! conjunto! mediante!una!serie!de!tuercas!de!diseño!normalizado!que!importaremos!al!taller,!es!decir,!no!serán! fabricadas! en! el! mismo.! Se! trata! de! tuercas! de! diámetro! ocho,! según! la!normativa!ISO,!con!el!paso!y!el!roscado!que!definen!los!cánones!de!dicha!norma.!

!!

!

! ! ! 85!

Agarres'para'la'tapa'del'cilindro,'que'se'encuentra'también'en'la'imagen.'Fuente:'Robert'Green.'' ' '' ' ' '

!!

! !!Además!de! los!beneficios!anteriormente!mencionados!tenemos!muchas!otras!

ventajas!de! fabricar!dicha! forma!en! éste! elemento.! Como!podemos!observar! en! la!imagen,! se! trata!de!un!elemento!con! la!misma! forma!del! cilindro.!Esto!beneficiará!mucho!en!el!aspecto!de!evitar!vibraciones,!ya!que!al!evitar!los!falsos!contactos!entre!el!cilindro!y!éstos!utensilios!puede!darse!el!caso!de!movimiento!del!mismo,!llevando!a!vibraciones!peligrosas!que!pueden!desencadenar!rupturas!del!equipo.!!

!! Aunque! en! la! imagen! no! aparezca! así,! pues! se! trata! del! motor! montado! a!mano! de! Robert! Green,! en! nuestro!motor! vamos! a! fabricar! dicho! componente! de!aluminio,! al! igual! que! la! tapa! del! cilindro.! Dentro! de! los! procesos!más! rápidos! y!baratos!que!se!podían!emplear!para!fabricar!el!elemento!de!seguridad,!la!fundición!parece! el! más! asequible.! Es! bien! cierto! que! no! es! el! proceso! más! rápido! de! los!existentes! para! cada! instrumento,! pero! es! verdad!que! es! imposible! fabricar! dicho!elemento!por!cualquier!otro!proceso.! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! !!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !! ! ! !

! ! !86!

5.4.O'FABRICACIÓN'DE'LA'GUÍA'DEL'PISTÓN'

!!!! Éste!es!uno!de!los!elementos!del!motor!que!es!fabricado!a!torno!y!está!hecho!de!aluminio.!Casi!todos!los!elementos!en!cuestión!del!mismo!son!tratados!a!torno,!lo!cual! no! supone! ningún! problema! gracias! a! la! facilidad! del! material! en! dicha!máquina.! Como! hemos!mencionado! anteriormente,! el! aluminio! es! un!material! de!fácil! tratado! en! cuanto! a! la! técnica! de! arranque! de!material,! y! en! el!motor! Green!Steam!Engine! tenemos! un! número! elevado! de! elementos! de! aluminio! tratados! de!ésta!forma.!!! En!cuanto!a!la!guía!del!pistón!tenemos!un!número!escaso!de!operaciones!y!un!acabado!sencillo!exclusivamente!por!la!zona!de!rozamiento!entre!la!barra!del!pistón!y!la!pieza!que!estamos!explicando.!Se!puede!proceder!por!torno!convencional!o!de!control! numérico,! siendo! las! operaciones! de! desbaste! del! bruto,! con! un! posterior!roscado,! y! por! último,! un! mecanizado! de! la! zona! interior! mediante! la! operación!taladrado,!que!posteriormente!trataremos!con!más!detenimiento!como!hemos!dicho!antes.!!!! La!pieza!en!cuestión,!contando!con!la!densidad!del!aluminio!de!2,7!gr/cm^3,!Debe! pesar! alrededor! de! 10,58! gr,! un! peso! casi! insignificante! que! no! da! lugar! a!inercias! en! absoluto.! Como! veremos! posteriormente,! el! peso! principal! del! motor!debe! encontrarse! en! elementos! como! la!manivela,! que! es! donde! debe! haber!más!inercia! que! genere! un!movimiento!más! continuo! del!motor,! y! en! la! bancada,! que!debe!mantener!el!motor!alejado!de!vibraciones!o!situaciones!de!cierta!inseguridad.!La!parte! importante!de! la!pieza!no! es! el! peso,! sino! el! buen!agarre! con! la! tapa!del!pistón,!pieza!anteriormente!citada,!que!es!donde!tendremos!un!poco!más!de!peso.!!!!!

!Torno'tratando'barra'de'aluminio.'Fuente:'es.dreamstime.com'

!

! ! ! 87!

!Torno'haciendo'refrentado'interno'en'pieza'de'aluminio.'Fuente:'youtube.com'

!!

!Rectificado'de'superficies'internas.'Fuente:'profesormuro.blogspot.com'

!!!!!!!!!!

! ! !88!

5.5.O'FABRICACIÓN'DE'LA'BARRA'DEL'PISTÓN'

!!! La!barra!del!pistón!será! fabricada!mediante!un!proceso!más!sencillo!que! la!guía!del!mismo.!Al!igual!que!la!anterior,!se!trata!de!un!elemento!hecho!de!aluminio,!para!favorecer!la!ligereza!del!conjunto!y!el!bajo!coste!del!mismo.!Sin!embargo!habrá!ciertas!diferencias!a! la!hora!de! fabricarlo,!debido!a! la!mayor! facilidad!de!corte!del!mismo.!!! Una!vez!más!partimos!de!un!bruto!de!aluminio!cilíndrico,!pero!ésta!vez!con!operaciones!exclusivamente!externas.!Se!trata!de!un!diseño!no!muy!difícil,!pues!no!posee!más!que!dos!roscados!de!diferente!diámetro!y!un!cilindrado!del!contorno!de!la!barra.!Como!anteriormente!hemos!hecho!con!la!guía!del!pistón,!la!barra!del!pistón!debe!pasar!por!un!tratamiento!de!rectificado,!siendo!en!éste!caso!exterior.!!! Teniendo! ambas! piezas! rectificadas! es! muy! difícil! que! cualquiera! de! éstas!sufra!algún!daño!a!pesar!del!movimiento!relativo!entre!las!mismas.!Se!trata!de!dos!piezas! que! van! a! encontrarse! en! constante! ir! y! venir! rápido! y! en! direcciones!completamente! opuestas.! Podemos! ver! en! un! ejemplar! del! motor! construido!manualmente! un! claro! desgaste! de! la! zona! en! la! imagen! a! continuación.! Dicho!problema!ha!podido!ser!generado!bien!por!un!acabado!mal!efectuado!o!bien!por!una!mala! elección! de! materiales,! o! una! mezcla! de! ambos! errores,! pues! muchos!materiales!dilatan!rápidamente!con!los!rozamientos!o!el!calor.!!

Barra' del' pistón' desgastada' de' un' Green' Steam' Engine.' Fuente:'Robert'Green'

! ! ! 89!

! En! muchos! de! los! procesos! de! rectificado! en! metales! es! imprescindible!también!un!buen!refrigerante!como! la! taladrina,!para,!de! la!misma! forma!evitar!el!desgaste! prematuro! de! las! plaquitas! o! el! mal! mecanizado! de! los! elementos.! Un!mecanizado! de! una! pieza! de! aluminio! de! forma! seguida,! es! decir,! una! misma!máquina!tratando!muchas!piezas!sin!taladrina!puede!dar!lugar!a!calentamientos!en!la!plaquita,! lo!que!desemboca!en!malos!mecanizados! ! incluso!destrozos!en!nuestra!pieza.!!! La!pieza!en!cuestión,!contando!con!la!densidad!de!2,7gr/cm^3,!puede!llegar!a!pesar!unos!18gr.!!!!

5.6.O'FABRICACIÓN'DE'LA'BARRA'DE'LA'MANIVELA'

!! !! Otro!de!los!elementos!a!trabajar!en!aluminio,!pero!por!medio!de!una!máquina!más! cara! y! compleja! es! el! centro! de! torneado,! es! la! barra! de! la! manivela.! Dicho!elemento!lo!hemos!visto!capítulos!anteriores!con!menos!detenimiento,!de!forma!que!se!nos!han!pasado!unos!cuantos!detalles!que!debemos!de! tener!en!cuenta!para!su!fabricación.!!! Uno!de! ellos! es! la! forma!de!bola! que! tenemos! en! los! extremos!de! la! barra.!Dicha! zona! no! sólo! tiene! el! problema! de! ser! esférica,! sino! que! en! nuestro! caso,!además!de!dicho!detalle,!necesitamos!un!acabado!excelente,!de! forma!que!no!sólo!sería!necesaria!una!rectificadora!cilíndrica!universal,!sino!una!rectificadora!de!bolas,!también.!Normalmente!utilizaremos!las!anteriores!con!las!barras!de!aluminio!hasta!ahora!mencionadas,! y! de! la!misma! forma! con! la! barra! en! cuestión.!Habrá! en! éste!punto!varias! subfases!que!dividirán!el!proceso.!Una!de!ellas,!dentro!de! la! fase!del!centro!de!torneado,!se!empleará!para!realizar!el!taladro!roscado!en!el!centro!de!la!misma,! para! enroscar! el! encaje! con! la! manivela,! el! cuál! irá! dispuesto! en! apriete!dentro!de!la!misma,!escoltado!por!un!par!de!rodamientos,!al!igual!que!en!la!relación!ejeabancada.!!!!!

! ! !Imágenes'de'los'extremos'esféricos'de'la'barra'de'la'manivela,'ligados'a'la'conexión'con'la'barra'del'pistón.'Fuente:'Robert'Green.'

!

! ! !90!

!!!!

! ! ! !Imágenes'de' los'extremos'esféricos'de' la'barra'de' la'manivela,' ligados'a' la'conexión'con' la'barra'del'pistón.'Fuente:'Robert'Green.'

!!! !!!

El!encaje!en!cuestión,!no!sólo!ha!de!ir!rectificado!con!un!acabado!excelente,!sino! que! también! debe! ir! correctamente! lubricado.! Esto! se! debe! al! continuo! y!posiblemente! rápido!movimiento! entre! el! elemento! en! cuestión! y! el! encaje! con! la!barra!del!pistón.!Dichas!piezas!van!a!encontrarse!en!continuo!movimiento!relativo.!Cuando!un!movimiento!de!éste! tipo! se! interpone!entre!dos!piezas,! y!una!o!ambas!friccionan,!se!generan!consecuencias!horribles!entre! las!mismas,! lo!cuál!genera!un!gran!aumento!de!temperatura,!dilatando!la!estructura!de!las!mismas!(el!material!es!aluminio,! y! éste! posee! un! coeficiente! de! dilatación! térmica! bastante! alto,! de!0,000024).! Además,! teniendo! en! cuenta! la! utilización! de! dicha! zona,! que! se!encontrará!en!continuo!movimiento!y!de!forma!muy!rápida,!lo!cuál,!puede!superar!térmicamente!a!cualquier!escudo!lubricante!que!utilicemos.!!

!La!barra!en!cuestión!no!requiere!ningún!tipo!de!material!especial,!pues!no!va!

a!ser!sometida!a!grandes!fuerzas,!sino!a!grande,!enormes!velocidades!angulares.!La!barra! de! la! manivela! se! encontrará! oscilando! continuamente! con! el! movimiento!lineal!de!las!barras!de!sendos!pistones.!Entonces,!como!bien!hemos!hecho,!se!debe!seleccionar!un!material!ligero!que!no!nos!proporcione!inercias,!criterio!establecido!también!durante! la! selección!de! las! anteriores!barras!mencionadas.!La!pieza!debe!pesar! alrededor! de! unos! 208,5! gr,! contando! con! la! densidad! anteriormente!mencionada!del!aluminio.!!!

!Barra'de'la'manivela.'Fuente:'Robert'Green.'

! ! ! 91!

!!

5.7.O'FABRICACIÓN'DE'LA'CONEXIÓN'ENTRE'LA'BARRA'DEL'PISTÓN'Y'LA'

BARRA'DE'LA'MANIVELA'

!! !! Aunque!se!trate!de!un!elemento!de!conexión,!pequeño!y!cuyo!aspecto!puede!que!le!quite!importancia,!la!conexión!entre!las!barras!del!pistón!y!la!manivela!es!un!elemento!de!lo!más!importante.!Se!trata!de!una!pieza!de!nuestra!máquina!que!no!se!encuentra! dispuesta! a! esfuerzos! dinámicos,! como! los! elementos! que! conecta,! sino!que! se! encuentra! comprometida! con! el! movimiento! de! la! máquina.! Como!anteriormente!vimos,! la!barra!de!la!manivela!es!un!elemento!que!vendrá!dado!por!su!excelente!cuidado!tanto!para!unas!como!para!otras!condiciones,!de!forma!que!se!cuidará! por! un! lado! que! su! resistencia! sea! suficiente! para! las! fuerzas! que! deberá!soportar,! como! por! otro! lado! que! su! acabado! sea! el! necesario! para! que! el!funcionamiento!cinemático!del!motor!sea!adecuado.!!!! En! comparación! con! el! ejemplar! fabricado!manualmente!por!Robert!Green,!hemos! modificado! un! poco! dicha! pieza,! descargando! complejidad! al! montaje,!formado! por! muchos! tornillos! y! tuercas,! pero! añadiendo! cierta! complejidad! a! la!fabricación!y!el!acabado!de! la!pieza.!En!el!diseño!original!del!encaje!de!barras!y! la!pieza! en! cuestión,! tenemos! una! forma! sencillamente! cilíndrica! con! un! control!mediante!tuercas!del!movimiento!de!la!misma!respecto!de!la!barra!de!la!manivela.!En!el!nuevo!diseño!hemos!decidido!engrasar!más!la!pieza!con!un!buen!acabado,!de!forma!que!posea!una!cavidad!esférica!similar!al!acabado!de!la!barra!de!la!manivela!para!así!facilitar!también!el!movimiento!del!motor!y!dotarlo!de!una!mayor!vida!útil.!!! Cabe! decir,! sin! embargo,! que! en! caso! de! la! pieza! en! cuestión! no! vamos! a!emplear!aluminio!como!en!los!anteriores!casos.!No!se!trata!de!una!pieza!que!genere!grandes!inercias,!pues!su!tamaño!es!bien!reducido!en!comparación!con!el!resto!de!componentes.! Por! tanto! nos! podemos! permitir! emplear! acero! en! éste! caso! con! el!objetivo!de!prevenir!una!vida!útil! demasiado! corta!para!dicha!pieza,! y! en! caso!de!avería! grave,! puede! que! para! la! máquina.! Se! empleará! en! caso! de! la! pieza! el!denominado!acero!de!temple!total.!Se!trata!de!un!material!no!tan!económico!como!el!empleado!para! las!barras,!pero!es!necesario!para!el! funcionamiento!correcto!de! la!máquina.! Se! trata! del! mismo! acero! que! se! emplea! para! la! fabricación! de! los!rodamientos!que!se!suelen!utilizar.!Posee!un!1%!de!carbono,!rico!en!el!contenido!del!mismo,! y! alrededor! de! un! 1,5%! en! cromo.! Suele! recibir! un! tratamiento! térmico!martensítico!o!bainítico.!!!! Para!la!extremamente!personalizada!fabricación!del!elemento!en!cuestión!se!ha! requerido! del! proceso! de! fundición! del! metal! anteriormente! mencionado,!incluyendo!claramente!su!posterior!tratamiento!térmico,!debido!a!la!forma!esférica!de!encaje!con!la!barra!de!la!manivela.!Dicha!forma!no!es!posible!fabricarla!mediante!una!fresa!o!un!torno.!!!

! ! !92!

!!!

!' ' ' Pequeño'horno'de'fundición'para'piezas'pequeñas.'Fuente:'es.aliexpress.com'

!!

!!!Sin! embargo,! tal! es! de! complejo! el! proceso! (tal! vez! una! de! las! piezas!más!

costosas!del! conjunto),!que! tras! la! fundición!en!cuestión,! la! cuál!nos!asegura!ya!el!encaje! con! la! barra! de! la!manivela,! no! debemos! olvidarnos! del! otro! encaje! con! la!barra! del! pistón.! Ésta! parte! de! la! fabricación! del! elemento! es! más! sencilla.! No!consiste!en!más!que!un!taladro!de!rosca!en!la!zona!inferior!de!la!herramienta.!

!Ésta! vez! la! densidad! del!material! cambia.! Como! es! sabido,! la! densidad! del!

acero! es! de! 7,85! gr/cm^3.! Esto! hace! que! nuestra! pequeña! pieza! pese! casi! hasta!100gr!a!pesar!de!su!pequeño!y!aparentemente!insignificante!tamaño.!A!continuación!veremos!algunos!de!los!procesos!que!sufre!el!material!para!su!fabricación.!!!

! ! ! 93!

!Operación'de'taladro'con'roscado'de'una'fresadora.'Fuente:'www.directindustry.es'

!!!!

!' ' ' Conexión'entre'las'barras'del'pistón'y'de'la'manivela.'Fuente:'Robert'Green.''

!!!!!!

!!!

Zona!a!modificar!(proceso!del!diseño!en!!fundición)!

Roscado!realizado!!mediante!fresa!

! ! !94!

5.8.O'FABRICACIÓN'DE'LA'BARRA'DE'CONEXIÓN'ENTRE'BARRA'DE'LA'

MANIVELA'Y'MANIVELA'

!!! A!continuación!pasamos!a!un!elemento!más!sencillo!y!económico!a!la!hora!de!fabricar.! Dentro! de! la! manivela,! la! cuál! veremos! más! tarde! en! cuanto! a! su!fabricación,!tenemos!unos!rodamientos!normalizados!que!abrazan!a!otra!pieza!que!relaciona!la!barra!de!la!manivela!que!vimos!anteriormente!con!la!misma!manivela.!Dicha! pieza! viene! enroscada! a! la! barra! de! la! manivela,! de! forma! que! entra! por!apriete!en!ella!y!agarra!la!barra!gracias!al!roscado!al!mismo!tiempo.!!! La! pieza! de! la! que! hablamos! sufre! cierta! fuerza! de! par! que! nos! obliga! a!pensar:! ¿y! si! el! material! de! la! pieza! debe! ser! adecuadamente! duro! para! evitar!accidentes?.!Ninguna!tontería!sería!formular!ésta!pregunta,!sin!embargo,!cabe!decir!que!gracias!a! la!presencia!de! rodamientos,!que!engrosan!el!diámetro!del! conjunto!introducido!en!la!manivela,!y!al!material!del!cuál!éstos!están!hechos,!no!es!necesaria!ni! una! ampliación! excesiva! del! radio! de! la! sección! de! la! pieza! ni! un! material!extremadamente!duro!como!un!acero!muy!carbonizado.!A!continuación!podremos!ver!una! imagen!del!hueco!de! la!manivela! (hueco!oblicuo!destinado!al!movimiento!alternativo!de!pistones,!pues!el!otro!hueco!servirá!para!el!alojamiento!roscado!del!eje),! en! el! cuál! irán! alojados! los! rodamientos! en! apriete! y! la! pieza! del! apartado!correspondiente.!!!

!

Cavidad!donde!irá!la!pieza!de!!contacto!entre!la!barra!de!la!manivela!y!la!manivela.!

! ! ! 95!

! Podemos! ver! anteriormente,! en! el! hueco! correspondiente! a! nuestra! pieza,!cómo!el!rodamiento!de!nuestra!barra!es!de!agujas.!Los!rodamientos!de!éste!tipo!son!destinados!al!trabajo!frente!a!un!gran!par,!no!sólo!al!contacto!libre!de!rozamientos!entre!dos!superficies.!Esto!se!debe!a!que!unos!pequeños!cilindros!se!alojan!dentro!de!los!mismos,!forma!mucho!más!resistente!que!las!pequeñas!esferas!alojadas!en!un!rodamiento!común!de!bolas.!!! En!cuanto!a!la!fabricación!de!ésta!pequeña!barra,!no!podemos!pensar!en!otra!cosa!que!en!el!torno,!siendo!el!aluminio!el!material!que!trataremos.!Consiste!en!un!sencillo!cilindrado!exterior!a!desbaste!de!una!barra,!seguido!de!una!pequeña!zona!de!roscado!con!un!diámetro!menor!que!será!realizado!con!otra!serie!de!operaciones!de!cilindrado.!!!! Estimando!el!peso!de!la!pieza!con!la!densidad!del!aluminio!nos!puede!salir!un!peso!casi!insignificante!de!entre!los!nueve!y!los!diez!gramos.!!!!!

5.9.O'FABRICACIÓN'DE'LA'MANIVELA'

!!! El!elemento!que!veremos!a!continuación!parece!simple,!pero!no!es!muy!fácil!de!fabricar.!La!manivela!de!éste!motor,!jamás!vista!anteriormente!en!otros!motores,!posee!una!forma!cúbica!con!algunos!cortes!en!la!misma.!De!entre!los!procesos!más!rápidos! y! sencillos! se! ha! escogido! la! fundición! para! la! fabricación! de! la! misma.!Consiste!en!un!molde!sencillo,!sin!agujeros,!con!la!forma!de!la!manivela!expuesta!en!imágenes!en!capítulos!anteriores.!A! la! fabricación!del!bloque!sencillo!y!sin!ningún!acabado!necesario!en!cuestión! le!seguirá!otra!nueva! fase!en! la! fresa,!que!realizará!los!dos!taladrados!de!rosca!correspondientes!a!las!cavidades!de!la!barra!anterior!y!del!eje.!!!! Aunque!parezca!increíble!un!elemento!tan!sencillo!como!el!visto!transforma!un!vaivén!oscilante!de!un!par!de!barras!en!un!movimiento!puramente!giratorio!que!nos! dará! el! par.! La! pieza! estará! hecha! de! aluminio,! como! casi! todo! el! conjunto,! y!pesará!alrededor!de!202,5!gr.!Se!trata!de!un!peso!considerable!en!comparación!con!el! conjunto! en! cuestión,! lo! cuál! requerirá! en! ocasiones! de! un! contrapeso! o! un!volante!de!inercia!que!restaure!los!movimientos!imprevistos!del!motor.!!!!!!!!!!

! ! !96!

!!

!Imagen'de'la'manivela'en'funcionamiento'en'el'montaje'del'estadounidense'Robert'Green.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!! En! la! imagen! anterior! vemos! la! manivela! del! motor! en! funcionamiento!cumpliendo! adecuadamente! su! función! de! enlazar! el! eje! con! la! barra! de! contacto!entre! la!barra!de! la!manivela!y! la!misma.!Se!señalan!con! flechas! los! taladrados!de!rosca!que!deben!realizarse!en!la!pieza!fundida.!!!!!!!!

5.10.O'FABRICACIÓN'DEL'EJE'

!!! Junto! con! los! elementos! de! enlace! entre! las! barras! de! ambos! pistones! y! la!barra!de!la!manivela,!tratados!de!forma!especial,!con!un!material!especial,!tenemos!el!eje.!Se!trata!de!un!elemento!que!va!a!ser!sometido!al!par!que!debe!transmitir,!de!forma! continua.!De! la!misma!manera,! durante! el! arranque! y! la! frenada! del!motor!sufrirá! unas! determinadas! aceleraciones! que! deberá! resistir.! Queda! por! tanto! en!duda! si! es! necesario! aclarar! que! el! elemento! en! cuestión! no! estará! hecho! de!aluminio.! Si! hiciéramos! un! eje! de! aluminio,! éste! estaría! sometido! a! unas!probabilidades!de!deformación!e!incluso!de!ruptura!por!fatiga!muy!grandes,!ya!que!el!aluminio!es!un!metal!maleable!dentro!de!lo!que!cabe.!Por!tanto!el!material!que!se!empleará! para! éste! simple! pero! importantísimo! elemento! del! motor! será! una!

! ! ! 97!

aleación!de!acero!1045,!que!posteriormente!trataremos!a!torno.!El!eje!se!agarra!a!la!manivela! mediante! un! simple! roscado! que! realizaremos! con! el! torno,! y! posee!también! una! zona! que! debe! ser! correctamente! rectificada! que! se! encuentra! en!contacto!con!los!rodamientos!del!eje.!Dichos!rodamientos!alojarán!a!nuestro!eje!en!la!bancada,!evitando!que! la!misma!sufra!algún! tipo!de!movimiento!causado!por!el!eje.!!!! Cabe!mencionar! también! que! el! rodamiento! que! trabajará! en! contacto! con!nuestra!bancada!y!con!el!eje!es!de!agujas,!igual!que!los!del!otro!hueco!de!la!manivela,!a!diferencia!de!el!del!eje,!no!roscado!(apriete).!Esto!se!debe,!al!igual!que!en!el!caso!anterior,!al!par!al!que!el!material!del!rodamiento!se!encuentra!sometido.!!! El!eje!fabricado!para!el!motor!en!cuestión!(teniendo!en!cuenta!que!puede!ser!más!largo!o!más!corto!según!los!usos!que!se!le!dé,!al!igual!que!el!material!con!el!que!se!fabrica,!en!nuestro!caso!acero),!pesará!alrededor!de!27gr.!!!!!!!!!!

5.11.O'FABRICACIÓN'DE'LA'BANCADA'Y'SUS'ELEMENTOS'

!!! Uno!de!los!procedimientos!de!mayor!facilidad!dentro!de!los!necesarios!para!fabricar!el!motor!Green!Steam!Engine,!es!la!fabricación!de!la!bancada.!Para!empezar!se! trata! de! un! subconjunto! del!motor! bastante! grande,! lo! cuál! hace!muy! viable! la!fabricación! del! mismo.! Por! otra! parte! consta! de! muy! pocas! operaciones! y! muy!sencillas!con!el!torno!y!la!fresa,!ya!sean!de!control!numérico!o!convencional.!!!! Podemos! ver! en! la! imagen! de! a! continuación,! partiendo! de! un! bruto!rectangular! de! las! mismas! dimensiones,! como! las! operaciones! de! fresado! de! la!bancada!son!de!los!más!sencillas.!Aunque!el!proceso!de!fabricación!de!la!misma!no!sufra!modificación!alguna,!cabe!decir!que!se!han!hecho!modificaciones!en!cuanto!a!la!dimensión!de!la!misma!y!en!cuanto!a!la!situación!de!los!agujeros.!!!!!!

! ! !98!

!' ' ' Foto'de'una'tapa'de'la'bancada'del'motor'de'Robert'Green.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!! Como! podemos! ver! en! la! imagen! anterior,! tan! sólo! cuatro! de! los! agujeros!realizados!en!la!bancada!son!roscados.!Se!trata!de!un!proceso!de!fabricación!de!muy!bajos! !costes!y!aun!menor!tiempo.!La!función!de!los!agujeros!efectuados!en!ambas!placas!(Se!efectúan!de!forma!distinta!en!cada!una!de!éstas)!es!de!aligerar!la!pieza!y!evitar!transmisión!de!vibraciones.!!!! El! material! de! fabricación! de! cada! una! de! las! partes! de! la! bancada! será!fundición! de! tipo! 1250,! material! usual! en! la! construcción! de! bancadas.! Absorbe!fácilmente! las! vibraciones.! Con! una! densidad! de! 7,85gr/cm^3,! la! bancada! puede!llegar!a!pesar!hasta!5,7kgr.!!!!!!!!!!!

! ! ! 99!

!

5.12.O'FABRICACIÓN'DEL'ELEMENTO'DE'SEGURIDAD'DE'LA'BANCADA'

!!! Una!de!las!mejoras!realizadas!al!motor!es!la!conexión!añadida!entre!la!bancada!y!el!mismo.!Se!fabrica!mediante!un!proceso!exclusivo!de!fresado,!con!varias!operaciones!de!desbaste!y!un!solo!agujero.!El!elemento!en!cuestión,!una!vez!mecanizado,!constará!de!dos!extrusiones!que!encajarán!con!la!bancada!y!del!agujero!por!el!cuál!pasará!el!eje.!Estará!hecha!del!mismo!material!y!podrá!llegar!a!pesar!un!cuarto!del!peso!de!la!bancada!total.!El!taladro!que!se!le!realizará!a!la!pieza!en!cuestión!será!no!roscado,!para!que!pueda!albergar!parte!del!rodamiento!del!eje!(si!no!existiera!ésta!pieza,!dicho!rodamiento!iría!casi!suelto).!!!!!!

5.13.O'FABRICACIÓN'DE'LOS'MANGUITOS'VERTICALES'Y'HORIZONTALES'

!!! Volviendo!a!la!parte!del!motor!en!contacto!con!el!vapor,!tenemos!las!zonas!de!entrada! del! mismo,! formadas! por! conductos! de! latón! con! sección! inicialmente!hexagonal! y! que! trataremos! mediante! el! torno! exclusivamente,! pues! no! hay! que!hacer!mas!que!un!taladro,!un!roscado!exterior!con!previo!cilindrado!a!desbaste!!y!un!último!cilindrado,!ésta!vez!interno.!!!! Siendo! el! manquito! horizontal! un! poco! más! largo! que! el! vertical,! con! una!densidad!del!latón!de!alrededor!de!8,5gr/cm^3,!100!y!61!gramos!aproximadamente,!el! horizontal! y! el! vertical! respectivamente.! A! continuación! podemos! ver! en! la!imagen!un!manguito!del!motor!montado!por!Robert!Green!en!Estados!Unidos,!cuyo!diseño! será! en! nuestro! proyecto! muy! similar,! con! cambios! únicamente! en! el!material!de!fabricación.!!!!!!!

! ! !100!

!' Manguito'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!

'

!!

5.14.O'FABRICACIÓN'DE'LOS'CODOS'

!!! Muy!similar!a!la!fabricación!de!los!manguitos!es!la!de!los!codos.!Al!igual!que!en!los!elementos,!explicados!anteriormente,!relacionados!directamente!con!el!vapor,!o! en! contacto! con! el! mismo,! se! trata! de! piezas! hechas! de! latón.! Tenemos! dos!manguitos! horizontales! en! el! conjunto,! dirigidos! hacia! los! dos! codos! en! cuestión.!Dichos!codos!vendrán!en! forma!de!cubos!de! latón,!que!serán!modificados!con!dos!taladros!que!formarán!90º,!ambos!roscados!para!encajarlos!con!los!manguitos.!!! Se! trata! de! un! proceso! de! fabricación! de! tiempo! y! costes!mínimos! y,! de! la!misma!forma,!con!un!material!más!que!asequible.!De!la!misma!forma!que!en!el!caso!anterior!de!los!manguitos!vertical!y!horizontales,!el!diseño!de!los!codos!en!cuestión!(uno! por! cilindro)! no! sufre! importantes! modificaciones.! Mantenemos! su! forma!externa!que! facilita!su!montaje,!además!de! la!rosca! interna!que!apenas!dificulta!el!paso!de!vapor!por!el!mismo.!El!vapor!nunca!ha!dado!problemas!en!los!conductos!en!el!aspecto!de! llegar!correctamente!a!su!destino,!por! tanto!no!es!relevante!a!penas!que! el! agujero! esté! o! no! roscado.! Además,! al! ser! un! elemento! hecho! de! latón,!podemos!descartar!uno!de!los!pocos!riesgos!que!incluye!el!elemento:!la!rotura!por!fracturas!de!erosión.!!!!

! ! !101!

!' ' ' Codo'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente:'Robert'Green.'

!!! El!motor! constará! de! dos! codos,! igual! al! número! de! cilindros! del!mismo,! y!cada! uno! de! ellos! pesará! alrededor! de! 9! gr.! Cabe! destacar! que! después! de! la!operación!de!fresado!pierde!la!mitad!de!su!peso!aproximadamente.!!!!!

5.15.O'FABRICACIÓN'DEL'CONECTOR'DE'BOLA'Y'SU'ENCAJE'

!!! Junto!con!los!elementos!de!encaje!entre!las!barras!de!los!pistones!y!la!de!la!manivela!tenemos!otros!dos!elementos!de!lo!más!interesantes!para!la!cinemática!de!éste!motor.!Se!trata!de!los!conectores!de!bola!de!cada!cilindro,!que!permiten!el!paso!al!vapor!en!su!interior,!y!el!movimiento!de!ambos!cilindros!de!forma!que!pueda!éste!moverse!de!forma!circular.!!! Al! igual! que! los! elementos! anteriormente!mencionados! relacionados! con! el!vapor,!el!elemento!en!cuestión!será!fabricado!(tanto!el!conector!como!el!encaje!del!mismo,!que!irá!enroscado!uno!en!cada!codo)!con!latón.!Ésta!vez!se!empleará!torno!para!la!modificación!del!bruto,!pero!con!operaciones!curiosamente!difíciles.!Al!igual!que! en! los! elementos! rodantes! de! la! zona! que! enlaza! con! las! bolas! de! la! barra!conectada!a!la!manivela,!necesitamos!una!precisión!y!acabado!exactos!para!la!zona!de! rozamiento! entre! el! encaje! de!bola! y! el! conector.! El! encaje! de!bola! sufrirá! una!operación!de!roscado!externo!con!el!torno,!a!la!cuál!!le!seguirá!un!pequeño!desbaste!con! forma! esférica! en! la! zona! superior,! que! se! llevará! a! cabo! posteriormente! a!rectificadora.!!! La!pieza!que!enlaza!con!el!conector!irá!roscada!al!cilindro!y!encajada!con!el!mismo! mediante! la! forma! esférica! que! en! el! mecanismo! en! funcionamiento! irá!correctamente!engrasada.!Una!vez!más!el!acabado!de!la!pieza!deberá!ser!de!lo!más!

! ! !102!

cuidadoso!posible!para!evitar!accidentes!generados!por!dilatación!de!alguna!pieza.!Como!anteriormente!explicamos,!dichas!dilataciones!se!generan!por!los!rozamientos!entre!piezas,!de!forma!que!el!calor!fluye!entre!ellas!y!el!material!se!dilata!en!mayor!o!menor!medida!en!función!de!su!constante!térmica!∝.!Por!tanto!la!pieza!tendrá!dos!simples!operaciones!de!roscado!y!de!desbaste!esférico!por!su!exterior!seguido!de!un!rectificado!que!dejará!una!buena!superficie.!!!!!!!

5.16.O'FABRICACIÓN'DEL'DISTRIBUIDOR'DE'VAPOR'

!!! No!como!en!las!piezas!anteriores,!en!la!zona!de!distribución!de!vapor,!ya!sea!en! la!pieza!en!cuestión!o!en! la! carcasa!que!más!adelante!veremos,! se!complica!un!poco!el!diseño!del!proceso!de!fabricación.!El!distribuidor!de!vapor!del!motor!es!una!pieza!importante!que!deberá!tener!muy!buen!acabado!en!ciertas!zonas!que!pueden!sufrir!rozamiento!con!su!propia!carcasa!al!estar!siempre!en!movimiento!relativo!con!la!misma.!Se!trata!de!una!pieza!que!se!encontrará!constantemente!oscilando!pegada!a!su!propia!carcasa.!!! Por!tanto,!viendo!la!imagen!3D!de!la!pieza!en!cuestión!podemos!decir!que!se!trata! de! un! proceso! de! fabricación! protagonizado! por! el! centro! de! torneado,! con!operaciones! de! cilindrado! y! ranurado! y! operaciones! propias! de! fresado! que! nos!ayudará!a!llevar!a!cabo!su!enlace!con!la!varilla!que!lo!mueve.!Posteriormente,!para!llevar! a! cabo! el! conducto! que! distribuye! el! vapor,! tendremos! que! efectuar! dos!“chaveteros”,!los!cuáles!son!protagonistas!de!dividir!las!etapas!del!ciclo!del!vapor.!!!!!!!!!

! ! !103!

!' ' ' ' Distribuidor'de'vapor'del'motor'Green'Steam'Engine.'Fuente'Robert'Green.''

!!!!! La!pieza,! como!hemos!dicho!anteriormente!estará!hecha!de! latón,!de! forma!que! su! peso! total! será,! gracias! a! su! pequeño! tamaño,! de! unos! 160gr!aproximadamente.!!!!!!!!!!

5.17.O'FABRICACIÓN'DE'LA'CARCASA'DEL'DISTRIBUIDOR'

!!! Partiendo!de!un!material!similar!al!anteriormente!visto,!empleamos!éste!para!fabricar,!a!partir!de!un!bloque!bruto,!la!carcasa!del!distribuidor.!Como!podemos!ver!en! la! imagen,! se! trata! de! un! proceso! realizado! sola! y! únicamente! con! fresa.! Se!realizarán!taladros!en!las!zonas!señaladas.!!!!!

! ! !104!

!

!' ' ' Distribuidor'de'vapor'del'motor'Green'Steam.'Fuente:'Robert'Green.'

!!!

!!!Operaciones'de'la'fresadora'sobre'la'carcasa'del'distribuidor'de'vapor.'

! ! !! !!!!!!Perfilado!exterior!

! ! !105!

!! !!!!!!!Taladrados!simples!!! !!!!!!!Taladrados!con!rosca!!!!! El!peso!de!la!pieza!debe!ser!de!alrededor!de!los!300gr!si!restamos!al!volumen!original!los!taladros!realizados!y!contamos!para!el!cálculo!con!la!densidad!del!latón.!!!

5.18.O'FABRICACIÓN'DEL'FLEX'HEAD'Y'FLEX'ROD'ANCHOR'

!! !! Los!elementos!en!cuestión!agarran! la!barra! flexible!que!cruza!el!cuerpo!del!motor!con!el!objetivo!de!aportar!flexibilidad!al!mismo!mediante!dichos!anclajes.!El!denominado!Flex!Head!se!encuentra!sujeto!a!la!manivela,!enganchado!por!la!barra!que!se!encuentra!en!su!interior!con!rodamientos,!y!a!su!vez!sostiene!la!barra!de!la!manivela.!Por!otro!lado,!el!Flex!Rod!Anchor!se!encuentra!enroscado!en!el!manguito!vertical!que!sale!del!distribuidor!de!vapor,! constituyendo,!además!de!elemento!de!sujeción,!vía!de!escape!del!vapor.!!! Ambas! piezas! estarán! hechas! de! aluminio,! al! no! estar! expuestas! a! grandes!esfuerzos!ni!al!contacto!directo!con!el!vapor.!Como!podemos!ver!en!las!imágenes,!se!trata!de!una!pieza!compleja,!por!lo!que!el!único!método!de!fabricación!viable!era!la!fundición!del!bruto!sin!los!agujeros,!que!posteriormente!se!podrán!realizar!a!fresa.!En! el! Flex! Head! tenemos! dos! agujeros! sin! rosca! realizados! a! fresa,! uno! de! ellos!pasante!para!la!barra!de!la!manivela,!siendo!el!otro!para!la!barra!que!alberga!ésta!en!su!interior!con!rodamientos,!que!irá!roscada!a!nuestra!pieza.!Por!otro!lado!en!el!Flex!Rod!tenemos!dos!agujeros!no!pasantes,!uno!para!la!entrada!del!vapor!en!el!mismo,!y!otro!para!la!salida!por!un!costado!de!la!pieza.!!! Contando! con! la! densidad! del! aluminio! de! 2,7gr/cm^3! y! el! tamaño!aproximado!de!cada!pieza,!cada!una!de!ellas!pesará!alrededor!de!unos!escasos!20gr.!!!!!!!!!!!!!

! ! !106!

5.19.O'FABRICACIÓN'DEL'OSCILADOR'DEL'DISTRIBUIDOR'

!!! Un!elemento!muy!pequeño,!y!el!último!mencionado!no! tiene!porque!ser,!ni!mucho!menos,!el!menos!importante.!Se!trata!de!la!parte!de!la!máquina!que!hace!que!el!distribuidor!de!vapor!se!mueva.!Conectado!a!una!varilla!que!alcanza!el!Flex!Head!y! sigue! el! movimiento! de! la! barra! de! la! manivela,! se! compenetra! con! éste!distribuyendo!el!movimiento!necesario!para!un!correcto!reparto!de!vapor!entre!los!pistones.!!! La!pieza!en!cuestión!estará!hecha!de!aluminio,!y!constará!de!un!proceso!de!fabricación!con!fresa!y!erosión!(chavetero!para!la!conexión!con!el!distribuidor!que!posee!a! su!vez! la! forma!del!hueco,! como!hemos!visto!y! vemos!actualmente!en! las!imágenes).!Debido!al!pequeño!tamaño!de!la!pieza!y!al!ligero!material!de!fabricación,!podemos!decir!que!no!pasa!de!los!dos!gramos!el!peso!de!la!pieza,!lo!cuál!es!más!que!favorable!para!la!ausencia!de!inercias!generadas!por!ésta.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

!!

! ! !107!

!!!

2.B!ANEXO!MAQUETA!3D!DEL!

MOTOR!!!!!!

!!

! ! !108!

MAQUETA'3D'

!

El'motor'completo'

!!!! A!continuación!mostraremos!una!reproducción!mucho!más!representativa!y!específica!del!motor!Green!Steam!Engine,!de!forma!que!podamos!estudiar!todas!las!partes!del!mismo,!y!su!participación!en!el!funcionamiento.!!!!

!' ' Motor'Green'Steam'Engine'en'diseño'3D.'

! ! !109!

!! Se!muestra!en!la!imagen!anterior!una!perspectiva!del!motor!completo!desde!la!zona!de!atrás,!es!decir,!la!opuesta!al!lado!del!oscilador.!!!! A!continuación!mostramos!una!imagen!del!mismo!diseño!que!el!anterior!pero!desde!la!perspectiva!de!la!zona!del!oscilador,!el!cuál!no!actúa!en!dicho!diseño,!ya!que!el!estudio!del!mismo!se!centraría!más!en!la!cinemática!del!conjunto.!!!!!!!

!' Diseño'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!

! ! !110!

! Anteriormente,!en!explicaciones!de!la!cinemática!del!mecanismo!en!cuestión,!buscábamos!una!forma!de!mostrar!las!dos!posiciones!extremas,!por!así!decirlo,!de!la!máquina.!En!una!de!ellas!uno!de!los!pistones!se!encuentra!al!final!de!la!carrera!del!cilindro!y!el!otro!al!principio!de!la!misma.!Veamos!una!de!las!dos!fases:!!!!!

!Diseño'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

! ! !111!

! Se!puede!apreciar!en!la!imagen!anterior!cómo!el!cilindro!de!la!izquierda!se!encuentra!vacío!y!el!de!la!derecha!está!completamente!lleno!por!la!posición!relativa!en!la!barra!de!la!manivela!y!en!la!orientación!de!los!cilindros.!A!continuación!veremos!otra!imagen!con!la!posición!al!final!de!carrera!en!el!otro!cilindro.!!!!

!' ' Maqueta'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!

! ! !112!

Conjunto'cilindro'pistón'

!!! Una!vez!analizamos!la!cinemática!de!la!maqueta!3D!del!motor,!vamos!a!estudiar!los!subconjuntos!del!mismo!para!poder!imaginar!el!sistema!de!montaje!de!los!mismos.!!!

!Maqueta'del'conjunto'cilindro'pistón'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!!! De!la!misma!forma,!adjuntaremos!un!plano!3D!del!despiece!del!conjunto!en!cuestión.!El!motor!dispone!de!dos!subconjuntos!de!éste!tipo.!Consta,!como!hemos!visto!en!apartados!anteriores,!del!cilindro,!el!pistón,!las!varillas!de!seguridad!del!cilindro!con!sus!tuercas!normalizadas,!la!tapa!de!seguridad!del!cilindro,!la!guía!del!pistón,!la!barra!del!pistón!y!la!arandela!que!va!en!el!interior!del!mismo.!!!!!!

! ! !113!

!Despiece'del'conjunto'cilindro'pistón'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!!! A!continuación!veremos!una!imagen!de!la!situación!y!el!acople!del!conjunto!cilindro!pistón.!Cabe!decir!que!dicho!subconjunto!se!ensarta!en!el!motor!entre!dos!piezas!con!capacidad!de!giro.!!!!!!!!!!

! ! !114!

!!!

'

Conjunto'cilindro'pistón'en'la'maqueta'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!

'

'

La'bancada'

!!

Uno,!o!por!no!decir,!el!subconjunto!más!fácil!de!montar!del!motor,!es!la!bancada.!Tan!Sólo!consta!de!sus!cuatro!barras!y!las!dos!placas!diseñadas!cada!una!para!una!parte!del!motor,!pues!por!una!de!ellas!saldrá!el!eje!agarrado!por!un!rodamiento!de!agujas!que!irá!en!apriete!con!la!cara!de!la!bancada!en!cuestión,!y!la!otra!cara!de!la!bancada!será!la!entrada!del!manguito!vertical!de!vapor!por!el!cuál!distribuirá!el!sistema!entre!los!dos!cilindros.!!!!!!

! ! !115!

!! Se!muestra!a!continuación!dos!perspectivas!de!dicho!simple!subconjunto:!!!!!!!!

!' Bancada'de'la'maqueta'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!!!

! ! !116!

!!!!!

!' Bancada'de'la'maqueta'3D'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!! En!los!modelos!de!dichos!subconjuntos!cabe!por!mostrar!la!aplicación!de!las!piezas!normalizadas!como!son!tuercas!y!rodamientos,!que!se!pueden!apreciar!en!el!diseño!completo!del!motor.!!! Para!ser!más!precisos,!veremos!a!continuación!un!despiece!de!dichas!partes!del!motor!y!la!bancada!en!un!despiece!de!dicha!zona.!!!!!!!

! ! !117!

!!!!!!!!

!Despiece'de'la'zona'superior'de'la'bancada'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!! En!la!zona!opuesta!de!la!bancada!tenemos!lo!mismo!pero!solamente!con!el!despiece!de!las!tuercas!en!cada!barra!de!la!bancada.!!!!!!!!!!

! ! !118!

Zona'de'la'manivela'

!!! Ésta!es!una!de!las!zonas!más!peculiares!del!motor,!pues!hasta!ahora!no!se!había!visto!mecanismo!más!extraño.!!!!!!!!!

!Conjunto'de'la'zona'de'la'manivela'del''motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!

! ! !119!

!! Aunque!no!se!vean!en!la!imagen,!se!dispone!de!rodamientos!de!aguja!dentro!de!la!manivela!para!permitir!el!giro!relativo!entre!el!flex!head!y!la!manivela.!!! Vemos!a!continuación!un!despiece!del!conjunto:!!!!

!Despiece'de'la'zona'de''la'manivela'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!!

! ! !120!

!

La'entrada'del'vapor'

!!!

El!anterior!no!es!el!único!conjunto!interesante!del!motor.!En!contraste!con!el!típico!diseño!del!conjunto!cilindro!pistón!del!motor,!tenemos!el!del!conjunto!anterior!y!el!del!distribuidor!de!vapor,!con!un!mecanismo!más!que!rápido,!pero!con!un!necesario!cuidado!debido!al!movimiento!relativo!de!las!piezas!entre!sí.!

!!!!!!

!' Conjunto'de'distribución'de'vapor'del'motor'Green'Steam'Engine.''

!!!!

!!!

!

! ! !121!

!! Tenemos! a! la! vista! en! la! imagen! anterior! el! distribuidor! de! vapor,! en! cuya!forma!iría!el!oscilador!montado!para!dar!movimiento!al!mismo.!También!podemos!ver! con! una! mejor! perspectiva! las! piezas! con! forma! de! bola! que! permiten! el!movimiento!del!conjunto!cilindro!pistón!con!cierta!libertad.!!! Mostramos!a!continuación!un!despiece!del!conjunto:!!!

!Despiece'del'conjunto'de'distribución'de'vapor'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!! La!mayoría!de!las!piezas!del!conjunto!en!cuestión!encajan!con!rosca!entre!ellas.!!!!!!!!

! ! !122!

Despiece'del'motor'

!!! El!motor!en!cuestión!no!es!precisamente!una!versión!clásica!de!motor!Stirling!o!de!motor!de!combustión!en!cuanto!a!la!cinemática!del!mismo.!Por!tanto!es!necesario!mostrar!un!despiece!de!algunas!de!las!partes!del!mismo!para!aclarar!el!sistema!de!montaje:!!!!!!!!

!Despiece'de'la'maqueta'del'motor'Green'Steam'Engine.'

!!!!!!!!

! ! !123!

!!!

!Despiece'de'la'maqueta'del'motor'Green'Steam'Engine.'

! ! !124!

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

! ! !125!

!!!!!!!!!

SEGUNDA!PARTE!

!!

1.B!PLANOS!DEL!MOTOR!

!!!!

!

! ! !126!

!!

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TERCERA!PARTE!!

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1.B!PRESUPUESTO!DE!FABRICACIÓN!

!!!

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! ! !142!

EL'PRESUPUESTO'

!!! Como!en!muchos!de!los!proyectos!de!ámbito!industrial,!el!proyecto!en!cuestión!es!un!proyecto!de!fabricación.!Como!hemos!comentado!en!páginas!anteriores,!lo!que!se!desea!es!llevar!a!cabo!una!fabricación!del!motor!mediante!documentos!serio!y!normalizados,!partiendo!de!un!prototipo!y!unas!cuantas!fotografías.!Para!ello!se!llevan!a!cabo!unos!planos!y!la!explicación!del!montaje,!pero!el!presupuesto!no!será!menos.!Se!trata!de!un!presupuesto!en!el!cuál!se!viaja!hasta!los!costes!de!mano!de!obra!directa!sin!escatimar!en!precisión.!Como!veremos!a!continuación!se!tendrá!en!cuenta!el!precio!de!los!elementos!necesarios!para!trabajar!(como!por!ejemplo!las!máquinas,!e!incluso!la!energía!que!se!gasta)!de!un!taller!de!fabricación!estándar.!Realizaremos!el!cálculo!del!presupuesto!mediante!un!pedido!supuesto!de!cien!unidades,!con!algunas!estimaciones.!!! Mostramos!a!continuación!la!planta!supuesta!en!la!que!se!fabricará!un!lote!de!100!unidades!del!motor!en!cuestión.!!

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! ! !143!

!! Las!máquinas!que!vemos!en!la!imagen!anterior!son!las!siguientes:!!

PUESTO!Nº!

RECURSOS!DISPONIBLES!ÁREA!PRODUCCIÓN! CATEGORÍA!REQUERIDA!

1! a!!!!!!!1!Torno!paralelo!convencional.!(P=!2!Kw,!htas.!20x20!mm!y!Ø25,!rpm.!100a3000)!

Oficial!2ª!

2! a!!!!!!!1!Fresadora!convencional!universal.!(P=!2!Kw,!htas.!20x20,!rpm.!100a3000)!

Oficial!2ª!

3! a!!!!!!!1!Torno!de!CN.!(P=!5!Kw,!htas.!25x25,!rpm.!50a5000)!

Oficial!2ª!

4! a!!!!!!!1!Fresadora!de!CN.!(P=!5!Kw,!rpm.!50a4000)! Oficial!2ª!5! a!!!!!!!1!Centro!de!torneado.!(P=!10!Kw,!rpm.!50a6000,!

htas.!25x25!mm!y!Ø25,!Eje!C!a!Si)!Oficial!1ª!

6! a!!!!!!!1!Centro!de!mecanizado!vertical.!(P=!10!Kw,!rpm.!50a6000,!columna!móvil)!

Oficial!1ª!

7! a!!!!!!!1!Máquina!CN!multifunción.!(P=!20!Kw,!rpm.!50a10000,!htas.!sist.!Modular,!11!ejes)!

Oficial!1ª!

8! a!!!!!!!1!Máquina!de!electroerosión!de!penetración.! Oficial!2ª!9! a!!!!!!!1!Rectificadora!cilíndrica!universal.!(P=!5!Kw,!rpm.!

50a4000,!muela!300!mm)!Oficial!2ª!

10! a!!!!!!!1!Rectificadora!tangencial.!(P=!5!Kw,!rpm.!50a4000,!muela!300!mm)!

Oficial!2ª!

11! a!!!!!!!1!Brochadora.!(P=!3!Kw)! Oficial!2ª!12! a!!!!!!!1!Sierra!de!cinta!horizontal.!(P=!2!Kw)! Oficial!3ª!13! a!!!!!!!Hornos!para!tratamientos!térmicos!(cementado,!

templado,!revenido,...)!Oficial!2ª!

14! a!!!!!!!Bancos!de!montaje!y!expedición.! Oficial!3ª!15! a!!!!!!!Sala!de!verificación!(metrología).! Oficial!1ª!16! a!!!!!!!1!equipo!de!soldadura!MIG.! Oficial!2ª!17! a!!!!!!!1!equipo!de!soldadura!TIG.! Oficial!1ª!18! a!!!!!!!1!equipo!de!soldadura!SMAW!(electrodo!revestido).! Oficial!2ª!19! a!!!!!!!1!equipo!de!soldadura!por!resistencia!(RW).! Oficial!3ª!20! a!!!!!!!1!Cizalla!hidráulica.!(hasta!3!mm!en!acero,!longitud!

1400!mm).!Oficial!3ª!

21! a!!!!!!!1!Escantonadora!(operaciones!auxiliares).! Oficial!3ª!22! a!!!!!!!1!Plegadora!hidráulica!(hasta!5!mm!de!doblado!en!

acero,!longitud!1000!mm).!Oficial!2ª!

23! a!!!!!!!1!Prensa!excéntrica!(40!Tm,!cadencia!130,!incluye!devanador!y!alimentador).!

Oficial!2ª!

24! a!!!!!!!1!Equipo!de!clinchado!(punzónamatriz!para!2!mm!espesor).!

Oficial!2ª!

25! a!!!!!!!1!Máquina!de!corte!Láser.!(Capacidad!de!hasta!5!mm!en!acero).!

Oficial!2ª!

26! a!!!!!!!Área!de!fundición!a!la!cera!perdida.! Oficial!2ª!!! !! !!

! ! !144!

!!!!!!Por!otra!parte,!debemos!tener!también!en!cuenta!la!gestión!de!cada!área!de!trabajo!del!taller:!!!!!!

PUESTO!Nº!

RECURSOS!DISPONIBLES!ÁREA!GESTIÓN!Y!OTRAS! CATEGORÍA!REQUERIDA!

1! Gestión!área!de!mecanizado! Jefe!de!equipo!2! Gestión!área!de!chapa! Jefe!de!equipo!3! Gestión!área!de!soldadura! Jefe!de!equipo!4! Gestión!área!de!tratamientos!y!montaje! Jefe!de!equipo!!!!! Para!dicho!sistema!de!trabajo!expuesto!anteriormente!y!las!máquinas!que!vamos!a!emplear,!así!como!el!sueldo!de!unos!veinte!operarios!en!el!lugar!de!trabajo,!tenemos!las!siguientes!cantidades!diarias!a!pagar!en!el!taller,!siendo!estimada!para!unos!15!operarios!(sueldo!medio!de!un!oficial!de!segunda,!que!es!la!categoría!más!empleada!en!nuestro!sistema).!!!DATOS!DE!EMPRESA!

CONCEPTO! €!MANO!DE!OBRA!DIRECTA,!mod! 1687,5!

MANO!DE!OBRA!INDIRECTA,!moi! 585,5625!

CARGAS!SOCIALES!(mod+moi)! 852,3984375!

GASTOS!GENERALES! 793,125!

!!!!! Para!cada!una!de!las!categorías!anteriormente!mencionadas!tenemos!un!sueldo!base!determinado,!con!el!mismo!porcentaje!de!plus!diario!cada!uno.!Aunque!existen!más!categorías!para!un!taller,!nosotros!emplearemos!sólo!las!necesarias,!que!serán!el!oficial!de!primera,!el!de!segunda!y!el!de!tercera!y!el!jefe!de!equipo.!

!! a!!!!!!!SUBCONTRATACIÓN.!La!empresa!dispone!de!un!conjunto!de!proveedores!para!la!realización!de!procesos!que!no!puedan!realizarse!en!la!instalación!indicada.!

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! ! !145!

!!!!TABLA%SALARIAL%(por%categorías%de%mano%de%obra%en%general)%

CONCEPTO! OFICIAL! Jefe!de!equipo!1ª! 2ª! 3ª!

Salario!base!día! 161!€! 120!€! 96!€! 201!€!

Plus!día! 11!€! 8!€! 6!€! 13!€!

Salario!día! 150!€! 113!€! 90!€! 188!€!

Remuneración!anual! 40.286!€! 30.214!€! 24.171!€! 50.357!€!

Jornal/h! 20!€! 15!€! 12!€! 25!€!

!!!!! A!continuación!pasamos!al!material!de!fabricación!del!motor.!Como!hemos!dicho!anteriormente,!se!trata!de!un!motor!pequeño,!con!pocas!piezas!que!supongan!gran!tamaño.!Por!tanto,!a!pesar!de!la!densidad!de!los!materiales!empleados,!el!motor!no!debe!pesar!más!de!unos!9!kg.!!!!LISTA%MATERIALES%A%PEDIR%

MATERIAL! PESO!(KG)! !! PRECIO!NETO! BRUTO!por!u.c.! Para!P! 10%! Kg! TOTAL!

Aluminio! 0,734! 73,416! 80,7576! 1,69! 136,480!

Latón! 2,332! 233,2! 256,52! 4,18! 1072,254!

EPDM! 0,008! 0,780! 0,85789! 0,01! 0,009!

Acero! 6! 600! 660! 0,6! 396!

TOTAL! !! !! !! !! 1604,743!

!!!!!!! !!

! ! !146!

Las!máquinas!y!los!respectivos!operarios!a!emplear!en!nuestro!taller!son!los!siguientes:!!!RELACIÓN%DE%MÁQUINAS%Y%OPERARIOS%Nº! DENOMINACIÓN! CARACTERÍSTICAS! POTENCIA!

(KW)!OFICIAL!1ª! 2ª! 3ª!

5! Centro!de!torneado! rpm.!50a6000,!htas.!25x25!mm!y!Ø25,!Eje!C!a!Si!

10! x! !! !!

8! Máquina!de!electroerosión!por!penetración!

a! a! !! x! !!

9! Rectificadora!cilíndrica!universal!

rpm.!50a4000,!muela!300!mm! 5! !! x! !!

15! Verificación! Metrología! a! x! !! !!23! Prensa!excéntrica! 40!Tm,!cadencia!300,!incluye!

devanador!y!alimentador!a! !! x! !!

!!! Cabe!decir!que!los!puestos!referidos!en!las!tablas!anteriores!corresponden!al!listado!de!puestos!expuesto!en!la!zona!superior!del!plano!de!la!planta!de!fabricación.!!! Para!cada!uno!de!los!puestos!de!trabajo!anteriormente!mencionados,!los!que!vamos!a!emplear,!tenemos!los!siguientes!presupuestos:!!!!!!COSTE'PUESTO'DE'TRABAJO'

Nº! PRECIO!(€)!

AMORTIZACIÓN!(AÑOS)!

FUNCIONAMIENTO!(h/AÑO)!

VIDA!PREVISTA!(h)!

COSTE!PUESTO!TRABAJO!(€/h)!

INTERES!

AMORTIZACIÓN!

MANTENIMIENTO!

ENERGÍA!

TOTAL,!f!

5! 90000!

4! 1506! 12048! 1,43! 5,98! 4,78! 0,12! 12,31!

8! 60000!

4! 941! 7528! 0,96! 3,98! 3,19! 0,07! 8,20!

9! 60000!

4! 1130! 9040! 0,96! 3,98! 3,19! 0,09! 8,22!

15!5000! 4! 1883! 15064! 0,08! 0,33! 0,27! 0,15! 0,83!

23!5000! 4! 941! 7528! 0,08! 0,33! 0,27! 0,07! 0,75!

!!!!!

! ! !147!

Tenemos!en!cuenta!para!la!tabla!anterior!de!los!costes!de!cada!puesto!de!trabajo!empleado!lo!siguiente:!!Interés! 3%!Amortización! 4!años!Energía!(kW/h)!

0,15!€!

!!! Una!vez!determinado!dicho!cuadro!hayamos!los!costes!de!la!mano!de!obra!de!cada!máquina!con!el!coste!del!tiempo!de!fabricación!y!tiempo!serie!y!concedido!de!cada!máquina.!!!

DATOS%DE%FABRICACIÓN%Y%MONTAJE%MARCA!Nº! PIEZAS!POR!

CONJUNTO!FABRICACIÓN!(h)!

JORNAL!(pts./h)!

f!(pts./h)!MATERIAL!

ts! Tc!por!pieza!

kg/PIEZA! €/kg!

5! 21! 1,5! 0,15! 15! 4,86! 0,734! 1,69!8! 1! 0,1! 0,05! 15! 5,17! 0,734! 1,69!9! 5! 0,5! 0,05! 15! 4,33! 0,734! 1,69!15! 40! 2! 1! 20! 0,36! 2,332! 2,015!23! 2! 0,1! 0,05! 15! 0,57! 0,734! 1,69!

!!!!! Finalmente,!teniendo!en!cuenta!todos!los!gastos!anteriores!evaluamos!una!suma!general!de!los!trabajos!de!cada!operario,!de!forma!que!tengamos!una!buena!referencia!del!coste!de!cada!puesto!de!trabajo!por!hora.!!!VALORACIÓN%HORARIA%PARA%COSTE%FABRICA%POR%HORA%

PUESTO!Nº! mod! f! moi! CS! GG! cf/h!

5! 21,5! 12,31! 7,46! 10,86! 10,11! 62,24!

8! 15! 8,20! 5,21! 7,58! 7,05! 43,03!

9! 15! 8,22! 5,21! 7,58! 7,05! 43,05!

15! 21,5! 0,83! 7,46! 10,86! 10,11! 50,75!

23! 15! 0,75! 5,205! 7,58! 7,05! 35,58!

!

! ! !148!

! Teniendo!en!cuenta!que!cada!motor!va!a!estar!en!el!puesto!5!durante!aproximadamente!cuatro!horas!(en!el!centro!de!torneado),!y!que!va!a!estar!en!el!puesto!8!durante!2!horas!(máquina!de!electroerosión!por!penetración),!en!el!9!durante!2!horas!!(rectificadora!cilíndrica!universal)!,!en!el!puesto!15!durante!unas!cuatro!horas!(verificación!y!metrología),!y!en!el!23!unas!0,25!horas!(prensa!hidráulica).!Todo!ello!suma!633,015€!,!a!lo!que!debemos!añadir!el!montaje!de!la!máquina,!lo!que!significará!dos!horas,!es!decir!unos!40€!más.!!! Por!tanto,!tenemos!un!coste!de!fabricación!del!motor!de!673,015€.!!! Para!determinar!el!coste!de!fabricación!debemos!añadir!un!10%!de!beneficio,!menor!al!que!se!suele!emplear!en!aplicaciones!industriales,!ya!que!debemos!pensar!en!que!puede!aplicarse!en!ámbitos!de!obras!sociales!en!países!subdesarrollados.!Por!tanto!nos!quedaría!un!coste!de!fábrica!de!740,32€.!!!! Por!tanto,!para!el!lote!pensado!del!taller!nos!quedaría!un!precio!del!pedido!de!74.031,65€.!!!!!!!!!!!