lunes, 30 de enero de 2017

DCLXVIII - Dos razonamientos sobre mecánica aplicada y teórica

-El cambio de marchas (gear box) se creó para conseguir más fuerza en el arranque de los vehículos e ir progresando la velocidad del mismo a medida que se iba disminuyendo la resistencia (drag), mediante unos cambios de relación de los engranajes. Era un proceso de desconexión de la transmisión del vehículo respecto al motor, selección de la nueva relación y nueva conexión. Mediante una palanca se seleccionaba la relación necesaria, tanto si se reduce la velocidad del vehículo como si se aumenta.

"Caja clásica y empuñadura con la selección de las velocidades grabadas" (PeT)
-Inicialmente y más los americanos que otros paises se inclinaron por un dispositivo automático que aumentaba el confort y disminuia la complejidad del manejo. Quizá uno de los primeros cambios automáticos fueron los "Hydromatic", que intenté interpretar a través del mejor libro de mecánica de automoción que hemos tenido: el "Arias Paz".

"Cambio automático con embrague a la derecha" (PeT)
-Empezando por que el embrague no es de fricción si nó unas campanas enfrentadas con paredes interiores que al ser inundadas con fluido quedaban "ligadas" por unos torbellinos que se creaban con el giro. Mayores a mayor velocidad, pero permitían un ligero resbale a marcha muy lenta. Lo más interesante es que la caja de engranajes -instalada luego y a continuación- era de coronas de dientes interiores y exteriores unidas por otros piñones denominados satélites. Seleccionando la parada de la corona exterior de una relación, ésta será la que actuará, se hace por la captación de la presión del aceite hidráulico en cada situación. Pasando a la siguiente corona cuando la presión se debilita.

"Esquema de un sistema básico de control de velocidad constante"
-Pero el Autor de éste Blog ha encontrado que el mejor cambio de marchas, por no decir el más "Perfecto" es el que utiliza la aviación en las hélices de paso variable automático. Primero que el medio es diferente puesto que no hay rozamiento de ruedas soportando el peso de vehículo contra el suelo. La hélice puede cambiar el ángulo de las palas muy suave y sutilmente desde "Paso Fino" a "Paso Máximo" y como es el caso del esquema, hasta la "Puesta en Bandera". Otros aviones incluso tienen "Reversa" o "Paso Negativo".
"El perfil de la hélice efectúa tracción igual que el del ala sustentación"
-Lo genial de éste sistema es que no tiene etapas definidas por la combinación de los engranajes si nó que la hélice posee ángulos "infinitos" a voluntad del piloto a través de la posición de la palanca -azul- correspondiente, que tampoco tiene graduación cuantitativa si nó que és cualitativa. A cada circunstancia -altura, temperatura, ángulo de ataque o carga, etc- se obtienen las RPM deseadas, en diferente lugar del cuadrante.

"En las escalas de gas, hélice y mezcla no hay valores cuantitativos marcados"
-Todo el sistema está regido por un "Regulador" (Governor) de masas centrifugas giratorias -cuerpo sombreado del esquema-, que enviará o dejará escapar aceite del domo central (Hub), haciendo que el pistón se mueva en el sentido correspondiente y las palas disminuyan o aceleren el avión.  Lo curioso es que al igual que en los coches automáticos, una vez fijada la posición de la palanca de la hélice -azul- si el avión trepa, la resistencia  aerodinámica de la hélice hace que la rpm bajen y que el paso disminuya, "agarrándose" mejor. Y a la inversa, si desciende, el motor tiende a acelerarse y aumenta el paso para "frenar" las rpm. En ambos casos la velocidad de giro del motor es constante, siempre dentro de unos limites razonables  de la maniobra.


"Sistema diferencial de un automóvil"  (automocion.com)
-Y puestos a buscar dispositivos geniales, me he maravillado siempre de la soluciones que dieron los ferrocarriles al tema de los diferenciales. En un automóvil, el diferencial permite que en un giro la rueda exterior -con mayor recorrido que la interior- no resbale o derrape. El piñón de ataque y la corona sirve de reductor y giro de movimiento a 90º.  El verdadero diferencial son los dos planetarios y los dos satélites, que permiten compensar el recorrido de ambas ruedas.

"Ruedas de un eje de ferrocarril en una curva"
-Pues bien, al igual que el control de la hélice, en busca de la simplificación he encontrado que el mecanismo utilizado por los ferrocarriles para el efecto diferencial de ambas ruedas en un giro se corrige de una manera simple y GENIAL : Las pistas de rodadura de la rueda tienen un ángulo de alrededor de 5º. Cuando en un viraje la tendencia es a centrifugarse hacia el exterior del peralte, incluso hasta llegar a rozar las pestañas de la rueda. En ese momento la rueda exterior genera un mayor diámetro y por lo tanto mayor longitud de la circunferencia. En la rueda que va por el interior de la curva, disminuye el diámetro, lo que hace que la curva se tome sin problemas. Siempre que las ruedas no estén desgastadas en demasía, el peralte sea el correcto y la velocidad del tren en la aconsejada en la curva.

-Cuando veo soluciones simples a problemas mayores, admiro a los que las localizaron. Es fácil para un ingeniero hacer cualquier dispositivo y corregirlo mediante artilugios suplementarios. Complicaciones caras y difíciles de mantener.  El caso del diferencial es un ejemplo.


ReF.:    (DCLXVIII)        RMV  /  "Los Motores Aeroespaciales, A-Z" / Automoción. com



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viernes, 27 de enero de 2017

DCLXVII - Razonamiento entre Leonardo da Vinci y los Turbo-Fan

-He visitado la Exposición de Leonardo da Vinci, con unas 40 maquetas reales de madera de sus máquinas, en el "Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya", en Terrassa. Se podían manipular y comprender mejor su funcionamiento.

"Una autofoto (Selfie) del Autor con los espejos de Leonardo"
-Ir a un Museo de éste tipo te "abre" la mente. Y empiezan las similitudes. En la sección de Física tenemos la famosa fórmula E = M x C2 de Einstein. Es cierto que no tuve que utilizar nunca ésta fórmula pero sí que tenía presente E = M x (V2-V1), que es la de "Empuje es igual a la Masa de aire por la diferencia de Velocidades", entre la salida y la entrada del motor. Claro que a groso modo y de manera simple. Pero siempre me ha sido útil para clasificar motores de turbina.

"Turboreactor Westinghouse con P/C"

                                              Empuje  =  Masa   x    (V2 -V1)

-Los turboreactores "puros" tomaban una pequeña Masa de aire y la lanzaban a la máxima Velocidad, para que el empuje pudiera ser útil -de hecho lo fué en su tiempo- pero el consumo de combustible y el ruido eran brutales. Son los turboreactores de 1ª generación. Y si llevaban post-combustión, todo lo dicho se excedía.


                                                       Empuje = Masa x (V2 -V1)

-Las siguientes generaciones movían una mayor Masa de aire a menos velocidad. Eran los "by-pass", los de alto coeficiente de dilución, etc.  Esto se conseguía quemando menos combustible y por tanto también menos ruido y residuos.



-Otro tema es el de los Turbo-Fan, que sí mueven más masa de aire pero no para lanzarla a mayor velocidad.  Un generador de gas en el interior tiene su principal misión en mover unas turbinas múltiples que aprovechan el máximo la energía de los gases para mover una gran hélice de multi-palas entubada, carenada. Mucho menos consumo, ruido y residuos.

"Semi-sección de un turbo-fan de dos ejes"
-Y es la hélice ó Fan (Abanico o Ventilador) la que efectúa tracción, como lo hacen las hélices normales. Naturalmente se crea un chorro tremendo de aire hacia atrás que se une a los gases residuales del generador.

"Las turbinas industriales de vapor -como ésta doble- utilizan el mismo principio"
-Las similitudes que menciono al comienzo (y con una mente abierta como también digo) me hicieron relacionar el sucesivo aumento del diámetro de las turbinas en la parte posterior del motor como un medio de aprovechar la energía de los gases: después del primer escalón se pierde parte de esa energía, por lo tanto al segundo se le dá mayor diámetro.

"En éste magnifico diseño de Paul Neylander se destacan las proporciones de los flujos"
-Al aumentar el tamaño de los álabes y la distancia al centro del eje -el radio- se mantiene el "momento" o sea que aunque tengamos menos fuerza de los gases, el brazo lo compensan. De ahí la forma exterior en "bulbo" de esta parte del motor. En la anterior lámina se aprecia perfectamente el generador de gas y su poca influencia en el empuje: su misión es concentrar toda la fuerza en el compresor y Fan.

"Cadenilla del 'Fusée' para mantener la misma tensión, de un reloj de precisión marino"

-Y he ahí la asociación de ideas, en relojería mecánica de precisión hay un dispositivo llamado "Fusée" que sirve para compensar la fuerza del muelle principal, que al ser de espiral vá perdiendo tensión a cada vuelta, se transmite su tensión mediante una cadena a un eje con un tambor cónico, llamado también de caracol.


-El diseño de éste dispositivo ya lo hizo Leonardo da Vinci como vemos en el dibujo mostrado. Y en el siguiente dibujo de la enciclopedia Diderot tenemos en la parte superior el muelle cargado y en la inferior descargado. Se compensa la perdida de tensión con el radio del canal del caracol cada vez mayor. Y ahí está que el Momento es: Fuerza por su Brazo.

-Es la similitud que encuentro con el aumento del diámetro de cada escalón de la turbina: una compensación a la pérdida de fuerza.


ReF.:     (DCLXVII)          RMV   /    Expo Leonardo da Vinci (BCN)



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martes, 24 de enero de 2017

DCLXVI - TBO: "Long Life" y "Short Life"

-"TBO" es el acrónimo de "Time Between Overhauls" o sea, "Tiempo Entre Revisiones Generales". Puede ser por horas de funcionamiento, por tiempo de calendario o por ciclos (de arranques, de gases a fondo... etc). 

"Bombardero medio Heinkel 111, de la Legion Condor" (Dib. Juan Abellan / La Aeroteca)
 -En mis comienzos de la formación militar como Mecánico de Aviación, se me comentó a pié de un Heinkel/Casa-2111 "Pedro" (versión local del He-111) que durante la WWII algunos aviones de bombardeo llevaban motores de "Corta Vida" dado que se les calculaban un promedio de 50 Hrs. de vida en el mejor de los casos. 
"Casa-Heinkel C-2111 con Rolls-Royce "Merlin"" (Dib. Juan Abellan / La Aeroteca)
-Estos motores iban pintados con colores vivos, pero resultaron ser tan buenos que décadas mas tarde todavía funcionaron algunos. Su diferencia era que utilizaban materiales inferiores, casquillos y cojinetes de bronce en lugar de rodamientos, etc.

"El 'Jindivik' australiano sale de su carrito de despegue"
-Varias marcas han hecho productos de éste tipo. En los años 1950's conocí los Armstrong Siddeley Viper, unos turboreactores sencillos en principio fungibles. Considerados "Short Life" (SL) para aviones "Target" o de practicas de tiro y con el tiempo otras misiones. Tal era el diseño que no tenían sistema de recogida de aceite del 4º cojinete, el último y salía el resto por la tobera a "pérdida total".

"AS Viper, modelo (SL) Short Life o de corta vida"
-Pero resultó ser un gran motor, robusto, duradero y confiable, como quedó demostrado en la versión "Long Life" (LL), o larga vida. Tan larga vida que los TBO eran de 5000 Hrs. Más del doble de las turbinas de su época.

"AS Viper, modelo (LL) Long Life o de larga vida"
-Aunque mantuvo su sistema de engrase a "perdida total" del 4º cojinete. Esto requeria que por cada hora de funcionamiento había que añadir 1 Qt. de galón de aceite lubricante. Se tenia que estar atento si no queríamos arruinar el motor.  Era un motor "gourmet", comía y bebía mucho combustible y aceite.

"Dibujo esquemático del sencillo Viper"
-Tuvo un gran éxito aplicándose a muchos aviones, generalmente ingleses, como los Hawker-125 de ejecutivos o de entrenamiento como los Jet Provost, etc.

"Rotron con menos peso y volumen para la misma potencia"
-Recientemente me llega la información del fabricante Rotron de pequeños motores tipo Wankel para UAV, Drones y "Aerial Targets" (aviones blanco) y que también ha hecho dos calidades.  De hecho eran versiones sencillas de los motores estandard que de momento son las series RT-300 y RT-600 de uno y dos cuerpos respectativamente.

"Rotron RT-300, en dos versiones: gasolina y HFE"

"Rotron RT-600, también de gasolina y HFE (Heavy Fuel Engines)"
-En los motores normales observamos un doble encendido, que en los "Short Life" queda simple. Los Rotron "SL" se llaman "TDE" o "Target Drone Engines". Los tiempos entre revisiones generales, si llegan a cumplirlas tras las misiones, es de 10 a 50 Hrs. solamente.

"Rotron RT-300 TDE, Short Life"
"Otra versión del RT-300 TDE. Short Life"
-Naturalmente, otras muchas marcas también hicieron versiones de LL a SL. Otro caso diferente es el caso es el de algunos misiles (aviones sin piloto) rusos que reutilizan los motores agotados de potencial TBO para su aprovechamiento total.

"Ekranoplane con 10 motores"
-Creo haber leído en alguna parte, que ciertos motores, no aptos para el vuelo también se han reutilizado en los "Ekranoplanes".


ReF.:      (DCLXVI)        RMV   /  "Los Motores Aeroespaciales, A-Z" / Juan Abellán  / L'Aeroteca




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sábado, 21 de enero de 2017

DCLXV - Más acerca de la distribución de los rotativos radiales

-Hemos comprobado anteriormente tres sistemas de mando de válvulas de motores rotativos radiales utilizados en la WWI y poco después. Ahora podemos añadir algo más sobre el sistema peculiar utilizado por las marcas principales como la Gnome (ver capitulo DCLVI), el Le-Rhone (ver capitulo DCLVII) y el Clerget, con licencias en Bentley, Humber y Gwynnes en UK (ver capitulos DCLVIII y DCLXIX).


-Ahora gracias a las fotografías y comentarios de la compañía neozelandesa "The Vintage Aviator Ltd." podemos avanzar en algunos detalles diferenciales de las marcas anteriores. Es decir, como encontraron la solución de formas diferentes en cada caso para un mismo proceso: abrir las válvulas en su momento.

"Rodillos en los extremos de los empujadores" (Foto TVA)

"Tambor de levas gira a 1/2 del motor para obtener los 4T"  (Foto TVA)
"Reductora con dos satélites para el piñón de levas (de un 7 cils)"  Archivo RMV

"Conjunto completo y disposición de los elementos anteriores" (Foto TVA)
 -El más sencillo es el de la "Gnome" con un tambor de tantas pistas como cilindros y con grandes rodillos deslizándose por ellas. Un rodillo para cada pista, al ser el caso del "Monosoupape" (monoválvula) en que sólo abría la válvula de escape. La admisión se efectuaba por la base del cilindro como en los motores de dos tiempos. En los motores anteriores se hacia por otra válvula automática en la cabeza del pistón que producía constantes problemas mecánicos y de limpieza. (ver DCLVI).

"La solución de Le-Rhone, más compleja" (Foto EV-AEHS)
"Un balancín con dos rodillos asimétricos"  (Foto TVA)
 -El Le-Rhone es monomando, con la varilla que funciona tirando y empujando. Para ello utiliza dos discos de levas y el balancín tiene los rodillos desplazados para que cada uno circule por una pista,  Es pues, un mando "desmodrómico". Centrado el balancín no mueve ninguna válvula. Empujando abre la de escape y tirando, la de admisión. Observar los piñones dentados centrales que reducen la velocidad. (ver Capítulo DCLVII).

"Clerget, por el lado de la distribución, piñones y empujadores" (Foto TVA)
-El caso de los Clerget es diferente, (ver Capitulo DCLVIII). Los "seguidores" o "tappets" no utilizan rodillos sinó unos "patines".

"los dos círculos de patines o tappets, visibles claramente" (Foto TVA)
-En el alojamiento entra el eje del piñón central que esta descentrado quedando fijo al cigüeñal. Cuando el motor gira ván tocando los tappets a las levas del piñón descentrado, actuando las válvulas. Nos hace falta una fotografía de éste piñón en vista lateral para mejor comprensión.

"Piñón con dientes redondeados de la reductora" (Foto TVA)
-Las levas verdaderas quedan entre las dos coronas de dientes redondeados, no visibles en ésta foto. Se está en contacto con "The Vintage Aviator Ltd." para seguir éste tema. Como se dice al principio, fueron construidos en UK bajo licencia.

"Fundición de piezas"  (Foto TVA)
-La <thevintageaviator.co.nz> es una empresa dedicada a la construcción, reconstrucción, remanufacturación, etc.,  para recuperar material de la WWI, aviones y motores, recomendado ver su Blog en la Web.

"Desbarbado de un bloque de RAF-1A" (Foto TVA)
-Como vemos en las fotografias adjuntas, se hacen procesos de fundición de piezas, eliminación de rebabas, mecanizado, etc. hasta conseguir una pieza idéntica a la original. Por ello, se considera a ésta empresa como constructora de motores también.


ReF.:    (DCLXV)     RMV   /  The Vintage Aviator Ltd.


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