Compresor radial

[Jetro]

Pensando en el flujo de aire que hizo falta para que funcionase a una velocidad adecuada el módulo neumático de la excavadora que llevé para el GBC de la HispaBrick, me puse a buscar a ver si había algún compresor más potente y/o interesante.

El compresor que llevé era muy similar a este:



Y aunque era efectivo no era exactamente bonito ni interesante - el ojo también quiere algo


El primer factor a tener en cuanta es pues el caudal que el compresor es capaz de generar ya que ningino de los modelos que había construido antes (siempre con los motores Technic anteriores tenbía siquiera una potencia cercana a la mitad del de este último. El motor, aunque potente no me entusiasma demasiado, pero necesito también una potencia de motor considerable. En vista ed esto me he puesto a pensar en dos direcciones:

1) el único motor que por potencia llega cerca del motor RC es el PF 'XL' (más fácil de integrar y de todos modos ya no lo iba a usar en un coche RC que tengo por allí  ;D)

2) aunque lo más sencillo sería hacer un cigueñal lo suficientemente rígido para simplemente acoplar más bombas (4, 6, 8) es la solución más sencilla, desde luego no es la más bonita.

Esto me llevó a pensar en un motor pneumatic radial que construí hace unos años, en base a algunas fotos etc que encontré en BS:



Luego me puse a jugar con los Angle Connectors (en principio para otro tema pero ya sabéis cómo va esto) y me di cuenta de que hay 3 maneras de hacer una figura cerrada con un mismo tipo de angle connectors. Se puede hacer con 16 del #3, pero ese es un tamaño demasiado grande para ser útil en este caso. También se puede hacer con 8x #4:



o con 4 veces el #6:



Aunque me gusta más el primer resultado, cuando me enfrenté al siguiente reto, conseguir una construcción con eje excéntrico que pudiera albergar entre 4 y 6 bombas pneumatic pequeñas, vi que la forma cuadrada tenía las de ganar... ahora solo falta sacar algunas fotos del núcleo del compresor...



Superado la configuración del aro y resuelto la construcción del núcleo central (faltándome liftarms cortos sin Axle Hole, pero qué le vamos a hacer Muy feliz) el resto realmente solo era encajar piezas:



No has sido hasta que he empezado a hacer fotos que me he dado cuenta de que me falta una foto del núcleo del compresor, pero todo se andará.... El punto de partida, como comanté ayer, ha sido el motor PF 'XL' y la necesidad de llegar a un número de revoluciones elevado. Si el compresor que tenía funcionaba a unos 1200 revoluciones con dos bombas, un compresor radial de 4 bombas debería alcanzar al menos 600. Dado el RPM del motor PF 'XL (220 - siempre sin carga) hacía falta una multiplicación de 3x para alcanzar esa velocidad. Además me interesaba tener una construcción todo lo simétrica posible ya que las vibraciones luego pueden causar muchos problemas. Por ello he optado por un engranaje z36 central y dos z12, uno a cada lado (para los que se sorprendan con la denominación, me parece más práctico hablar de número de dientes, que habitualmente se indica con la letra z que del número de la pieza que yo tampoco me sé de memoria).

A partir de allí había dos posibilidades: volver a centrar el eje motor mediante otra serie de engranajes o usar dos ejes de propulsión. La segunda opción resultó la más sencilla de implementar si a ello añadimos que el bloque central debe rotar, pero de manera excentrica. Ese eje excentrico lo forman un par de engranajes z40 (solo como elementos estructurales, no con la función de engranaje) fijados a dos liftarm de 7 (uno en cada lado). Las bombas van acopladas entre los dos engranajes.



En esta imagen además se observa que por otro lado se dejaba adivinar: la simetría se lleva hasta las últimas consecuencias, colocando un motor en cada extremo. El conjunto queda entonces así:



Un solo motor basta para conseguir un flujo de aire respetable, pero con dos motores se aumenta considerablemente el caudal (no tanto por el aumento en velocidad ya que cada motor tiene el mismo tope, sino por el aumento de par). Además esto da lugar a que la bomba se amplíe de acuerdo con mi último pedido en BL: a 8 bombas, en dos capas. (aquí viene la foto del núcleo del compresor en versión 2 ;D):





Versión 1.1 abortado:

Tenía mis dudas en cuanto a la estabilidad y buena repartición del esfuerzo con la primera versión que hace uso de dos ejes excéntricos (cigueñal es una palabra muy grande para eso) así que me puse a hacer una que repartiera el esfuerzo mejor ... con 4 ejes. El resultado fue una ligera exasperación con la falta de liftarms 1/2 pequeños sin axle holes y finalmente hice la siguiente construcción:



Como se puede observar, a tener que usar axles de 2L el grosor total de la pieza que hace de base ha aumentado de 1 a 2 studs, lo cual además aumenta ligeramente el peso en ambos extremos, primera razón por la cual la mejora no es muy buena. Para acomodarlo ta,bién hacía falta incluir dos engranajes z12 más. Sincronizarlas cuasta un poquito, pero todo se logra con paciencia y una vez unido el bloque que llevará el motor y el núcleo central este es el aspecto:



Sin embargo, el aumento de peso y del número de elementos no creo que justifiquen la mejora de esta configuración - mejora que por otra parte tampoco puedo verificar/notar por lo que se queda en un ejercicio de imaginación que no se va a aplicar



Cito de WikiPedia (sin que sirva de precedente  Muy feliz):

El motor radial o motor estrella es un tipo de disposición del motor de combustión interna, en la cual los cilindros van ubicados radialmente respecto del cigüeñal, formando una estrella como en la figura. Esta configuración fue muy usada en Aviación, sobre todo en grandes aviones civiles y militares, hasta la aparición del motor a reacción.



Un compresor hace justamente lo contrario de un motor. En un motor de combustión, los gases comprimidos al ser encendidos expanden y obligan al pistón a retroceder. Como va conectado a un cigueñal, la energía de los gases se transforma en el giro del cigueñal y por ende del eje al que está conectado.

En un compresor es el eje con el cigueñal el que produce el movimiento (en este caso mediante un motor eléctrico) para comprimir el aire que hay en cada pistón. Una vez comprimido hasta el grado de que la presión es superior al del circuito neumático al que está conectado, el aire sale del cilindro. O sea, este compresor convierte electricidad en aire a presión.



Contnuará

[Jetro]

Prueba de velocidad:

Speed Computer



La pega de ese cacharro es que indica los RPM de 20 en 20 (todo lo que hay entre 10 y 29RMP se traduce en 20RPM) Para paliar ese efecto se puede aumentar mediante engranajes la velocidad que se mide y luego dividir la lectura según el factor de multiplicación. En este caso, conectado con el motor está el z36 que engrana con el z12. A ese he acoplado otro z12 que no hace más que transmitir el movimiento a un z20 que mueve otro z12. 36:12 x 20:12 = 3/1 x 5/3 =15/5 = 5. Así que las lecturas se dividirán entre 5 para llegar a la velocidad real del motor.

Este es el compresor con el Speed computer conectado:



Lo primero que me ha llamado la atención es que la velocidad con la que se inicia se puede aumentar fácilmente haciendo una especie de trampa: con el compresor trabajando sin carga alcanzo una velocidad de 1000RPM. Bloqueo la salida de aire durante unos segundo, y cuando el compresor vuelve a trabajar sin carga la velocidad sube a entre 1040 y 1060 (la velocidad máxima que he podido medir ha sido de 1080)

La velocidad con carga la he medido bloqueando completamente la salida de aire. De esta manera se alcanza una velocidad máxima de 960RPM. Curiosamente no siempre salta un tubo por el exceso de presión. Parece que el 'seguro' de sobrecarga que llevan incorporadas las bombas funciona bien en estos casos.

Las velocidades de los motores quedan pues de la siguiente manera (siempre con 2 motores conectados):

2 motores	Medido	Motor
Sin carga	1060	212
Con carga máxima	960	192

Repetí la prueba con un solo motor:

2 motores	Medido	Motor
Sin carga	960	192
Con carga máxima	800	160

Otra curiosidad es que la velocidad depende, y mucho, del transformador que se use. Con un transformador 'compatible' no he podido pasar de 1000RPM sin carga e incluso probando con uno de LEGO en la oficina (con mis alumnos alucinando en colores ;D) alcanzo los 1060 (1080) pero en casa (con otro transformador LEGO) no paso de 1040.

La explicación que se me dio fue la siguiente:

+5 / -5  voltios en el origen (230v) puede que no se note mucho, pero una vez transformado a 10 que suele dar el trafo.. son 9,5 o 9,9... (medidas a ojimetro.)

[Jetro]

Versión 1.5 - Supensión

Una de las cosas que más me disgustaba del compresor 'simple' que usaba para la excavadora neumática era el ruido que generaba, no tanto por el motor eléctrico que evidentemente hace algo de ruido, sino por las vibraciones que generaba y , al estar anclado a un baseplate, estas se transmitían ala mesa que a su vez las amplificaba.

Con el sistema radial esas vibraciones se multiplican ya que el núcleo del compresor pesa lo suyo . Si el compresor pequeño vibraba sobre la mesa, el compresor radial hace el baile de san Vito. Probé varias configuraciones: Probé suspenderlo como el tambor de una lavadora, puse shock absorbers debajo en forma de W inversa, lo 'posé' sobre Axle connectors flexibles (45590), ... pero el mejor resultado con diferencia es el que se puede observar en la foto:



La vibración vertical se absorbe al 99%. La horizontal no se transmite a la base por lo que el compresor y, aunque se mueva hacia los lados, no llega a mover o a hacer vibrar el baseplate.

He intentado hacer un pequeño vídeo con el mórbido, pero parece que el frame rate es muy bajo para poder ver bien cuanto se mueve el compresor cuando está en marcha. Sin embargo creo que el vídeo os gustará ya que se puede ver bastante bien en funcionamiento del compresor (las vibraciones se notan mejor alrededor de la marca de 40 segundos):

(os lo agradezco si dejáis una valoración al ver el vídeo)

Hice unas pruebas para ver el rendimiento del compresor con un solo motor, y aunque el rendimiento es razonable la configuración del compresor no es buena con un solo motor. Al no tener el peso equilibrado (un solo motor en un lado hace que el modelo pese mucho más en ese lado que en el otro) las vibraciones aumentan y son muy difíciles de compensar.


P.D. ¿donde están las versiones 1.2, 1.3 y 1.4?  :feliz Lo de la numeración de versiones sucesivas tiene mucho misterio. Es cierto que ha habido algunas versiones intermedias, pero ya que el avance ha sido significativo he querido ponerle un número 'importante'. Además, si no lo hago así, jamas llegaré a la versión 2 ;D

[Jetro]

Con la inestimable ayuda de mi hija  ;D hoy ha salido a la luz la versión 2.0



Como ya auguré en el primer mensaje, desde el principio mi intención era hacer un compresor con 8 bombas, pero como en n inicio solo disponía de 4 ... buen, eso ya se ha solventado (creo que hacer uno de 12 bombas es pasarse ¿no? Muy feliz)

La idea de hacerlo de 8 vino de manera 'automática' al probar con configuraciones posibles para el compresor radial. El único que he visto hasta la fecha estaba en una página que en este momento ya no es accesible y aunque me dio alguna pista, estaba claro que tenía que empezar casi de cero. Configurando el 'núcleo' enseguida quedó claro que sería muy fácil hacer "dos pisos" y aprovechar distintos ángulos sin duplicar ninguno.



Cada conector tiene una posición diferente por lo que cada bomba tiene un ángulo de ataque distinto

El nuevo núcleo en su caja queda de la siguiente manera (todos los axles han sido sustituido por 7L):





Después de hacer el compresor de 4 bombas solo hacía falta ampliar el núcleo y optimizar el diseño. El nuevo compresor es solo un liftarm más largo que el anterior a pesar de llevar 4 bombas y un engranaje z40 a modo de concentrador en su interior. Esto se ha conseguido mejorando la conexión entre el bastidor y el motor. También he quitado una barra transversal que soportaba la suspensión y en su lugar he optado por usar liftarms 5x3:





Un detalle de la mejora de conexión del motor:



El conjunto queda de la siguiente manera:



estas y más fotos están disponibles en alta resolución en BrickShelf.

Cuando tenga tiempo haré unas pruebas de velocidad en libre y con carga para contrastar con las del modelo anterior.
Aún faltan las pruebas de caudal y un complemento para canalizar tanto aire: un bloque de válvulas...



Para dirigir/aprovechar el aire que proporciona este compresor he hecho un bloque de válvulas.
No se puede usar una sola válvula ya que si conectas dos salidas de válvula y luego cambias la dirección de una de esas válvulas, dejas abierto el retorno y pierdes la presión. Por eso hace falta acoplar dos válvulas y usarlas conjuntamente. Eso se puede hacer de dos maneras:
1) taponando las una salida en cada válvula
2) evitar que se puede llegar a conectar esa salida

Para implementar la segunda opción he usado un Technic Engine Crankshaft Center (2854)



De este modo si miramos el primer conjunto de válvulas, la segunda entrada contando desde abajo de cada uno es la entrada de presión. En la válvula de la izquierda esa entrada solamente se puede llegar a conectar a la primera salida, nunca a la tercera, mientras que en la válvula de la derecha es al contrario, solamente se puede llegar a conectar la segunda (entrada) con la tercera (salida).

De este modo puedes (por ejemplo) conectar todas las salidas de un lado entre si con conectores T y conectarlo a su vez a una construcción Pneumatic. Con las válvulas ahora podrás controlar de forma sencilla cuanto aire quieres que llegue a esa construcción, el de 2, 4, 6 o 8 bombas. (Las bombas están emparejadas de forma que una pareja siempre consiste en dos bombas colocadas una enfrente a la otra para que el efecto que tenga la fricción añadida que cause la subida de presión por estar conectado o taponado en vez de estar trabajando en libre no afecte al equilibrio del compresor.)

Otra vista del bloque de válvulas:

[Manticore]

Detalladísimo, Jetro 8). En estos momentos (aparte de sentirme algo insignificante :-[) no se me ocurre en qué podría emplear semejante caudal de aire salvo para inflar la SPALDING ;D. Si en algún momento mi neurona TECHNIC atrofiada se despierta, tengo en este post un verdadero tesoro PNEUMATIC.
Por cierto, la idea de colocar los TECHNIC Shock Absorbers para paliar el traqueteo es tan genial como sencilla. El 8880 trae ocho...

[Jetro]

El 8880 trae ocho...

y como tengo dos...
La verdad es que fue uno de esos momentos de inspiración. probé con piezas de goma (se me escapa el nombre ahora, vienen con el NXT, pero era demasiado poco y lo siguiente... simplemente funcionó