Capítulo 4:

4. Construcción y pruebas del prototipo Ahora es el momento de construir el prototipo y comprobar si es que el modelo

teórico analizado se aproxima a la realidad o no. Dado que es el primer prototipo que se construye, es muy probable que surjan

problemas que no fueron previstos en el análisis teórico y que sólo podrán solucionarse en la construcción de prototipos posteriores. Que se encuentren este tipo de inconvenientes no significa que el mecanismo ideado para el motor sea inválido. Todos los inconvenientes que se encuentren durante la construcción y pruebas de este prototipo servirán para la mejora de los siguientes.

4.1. Consideraciones constructivas Una de las primeras consideraciones que se tiene que hacer es que las superficies

perfectamente planas y perfectamente cilíndricas no existen. Siempre hay ciertas variaciones respecto al ideal. Hay que considerar las limitaciones presentes en las máquinas que se utilizarán para la construcción y seleccionar el proceso que lleve a una mejor calidad.

Hay que considerar las deformaciones que se presentan en las piezas durante su

mecanizado y las que se presentan en la herramienta. A veces se producen variaciones que son muy nocivas para el funcionamiento del sistema.

Hay que tomar en cuenta que siempre es necesario considerar unas tolerancias y

variaciones para permitir que los elementos se comporten como se debe. Por ejemplo, si se quiere que el rotor deslice dentro del estator, el rotor no puede tener el mismo espesor que el estator; debe tener unas centésimas menos para que pueda deslizar sin problema.

Además, debido a la disponibilidad de materiales y a las ventajas y desventajas

que presenta cada uno, habrá que seleccionar en algunos casos materiales distintos a los que se pensó utilizar inicialmente y habrá que considerar el efecto de ese cambio en el comportamiento del motor. Inclusive si se hubieran utilizado los materiales previstos, el comportamiento real difiere del teórico y sus efectos se verán durante las pruebas.

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Vale recordar en este momento una consideración que se hizo desde que se

seleccionó el Modelo E para su construcción: La posibilidad de deslizamiento del rotor sobre el estator. Es muy probable que ocurra este deslizamiento (debido al cambio de materiales, residuos de lubricantes en las piezas, cambio en la rugosidad superficial durante el proceso de fabricación), y en ese caso no funcionaría el motor, pero habrá que esperar a realizar las pruebas para confirmar esto y proponer soluciones para evitarlo.

Hay algunas consideraciones prácticas y modificaciones que se realizaron

durante la construcción. Estas se comentarán a lo largo de la descripción del proceso constructivo.

4.2. Proceso constructivo A continuación se hace una descripción del proceso constructivo que se siguió

para la obtención del primer prototipo de este motor neumático. Algunas piezas fueron fabricadas utilizando control numérico computarizado. No

se entrará en detalles sobre las máquinas utilizadas ni el código G empleado pues no es objeto de esta tesis.

La primera pieza en fabricarse fue el rotor. Se utilizó un aluminio 6061 debido a

la alta resistencia que presenta. Inicialmente se obtuvo un cilindro de aluminio que después fue trabajado en una

máquina CNC (En este caso, una MAHO de 4 ejes) para darle la forma final. En la Figura 4.1 se puede ver el cilindro de aluminio del que se partió para la

construcción del rotor. La construcción del rotor inició refrentando una de las caras del cilindro de

aluminio, como se puede ver en la Figura 4.2. Posteriormente, se realizó un agujero en el centro de la barra (Figura 4.3) que después se ampliaría (Figura 4.4) para obtener el cilindro de aluminio a partir de la cual se obtendrá el rotor. En la Figura 4.5 se puede ver este cilindro de aluminio aún en el torno y en la Figura 4.6 se puede le puede ver antes de ser colocado en la MAHO.

Este cilindro deberá tener un diámetro interno igual al diámetro interno final del

rotor. El diámetro exterior y el espesor se necesita que sean mayores para poder realizar el mecanizado posterior.

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Figura 4.1 Cilindro de Aluminio 6061 de donde se obtuvo el rotor

Figura 4.2 Refrentado del cilindro base para la fabricación del rotor

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Figura 4.3 Obtención de la cavidad central del rotor

Figura 4.4 Acabado de la cara interna del rotor

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Figura 4.5 Cilindro base para la fabricación del rotor

Figura 4.6 Cilindro base listo para mecanizado en la MAHO

Dada la dificultad para sujetar apropiadamente el rotor en un chuck y permitir su mecanizado en la MAHO, se tuvo que preparar un soporte adicional. En la Figura 4.7 y la Figura 4.8 se aprecia parte del proceso de fabricación de este soporte. En la Figura 4.9 se puede ver el soporte ya terminado y sujetado en un chuck, listo para ser colocado en la MAHO.

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Figura 4.7 Preparación del soporte para el mecanizado del rotor

Figura 4.8 Preparación del soporte para el mecanizado del rotor

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Figura 4.9 Soporte para el mecanizado del rotor sujeto en un chuck

Después de tener el cilindro de aluminio sobre el cual se trabajará el rotor, se procede a sujetar este cilindro en la base que se acaba de preparar, para poder así mecanizar el rotor en la MAHO de forma apropiada.

La base de la Figura 4.9 tiene un diámetro exterior ligeramente superior al

diámetro interior del cilindro sobre el que se trabajará el rotor. Para que el rotor pueda entrar en la base, es necesario dilatarlo previamente. Para dilatarlo se usa un calentador inductivo, el cual se puede ver en la Figura 4.10.

Figura 4.10 Calentador inductivo

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Una vez que el rotor se encuentra sujeto a su base, esta base se coloca en la MAHO y se centra. En este momento ya se puede iniciar el mecanizado del rotor.

Inicialmente se refrenta la cara superior del cilindro hasta llevarlo al espesor final

del rotor. Aquí se debe aclarar que, como el rotor debe girar libremente dentro del estator, el espesor final que se le dé será 2 centésimas de milímetro menor al espesor del estator. En la Figura 4.11 se puede ver esta parte del proceso.

Figura 4.11 Refrentado de la cara superior del rotor

Después de haber refrentado la cara superior del rotor, lo primero que se realiza son los agujeros donde se ubicarán los pivotes de las aletas. Al mismo tiempo se realizan unos agujeros que conformarán el apoyo del borde externo de la aleta. En la Figura 4.12 y la Figura 4.13 se puede ver el mecanizado de estos agujeros y su culminación.

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Figura 4.12 Mecanizado de los agujeros para el pivote de la aleta y su apoyo sobre el rotor

Figura 4.13 Agujeros para el pivote y apoyo de la aleta sobre el rotor

La precisión en el acabado de los agujeros de pivote es muy importante, pues sobre ellos deslizaran las aletas, y de ellos depende, en parte, la calidad del sistema. Por esto es que se decide utilizar un Reamer para darles el mejor acabado que sea posible. En la Figura 4.14 se puede ver este proceso.

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Figura 4.14 Acabado de los agujeros del pivote utilizando un Reamer

Ahora, se procede a dar el diámetro externo final al rotor. En la Figura 4.15 se puede ver este proceso.

Figura 4.15 Obtención del diámetro externo del rotor

Una vez que el rotor ya se encuentra con su diámetro externo final, se procede a mecanizar las cavidades finales en las que encajarán las aletas. Este proceso se puede ver en la Figura 4.16.

Después de terminar el mecanizado en la MAHO (Figura 4.17) se debe dar el

acabado al rotor a mano, para asegurar que las aletas encajen de forma apropiada en sus

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respectivas posiciones. Este acabado se deja para el final. Ahora ya se puede liberar al rotor de su soporte.

Figura 4.16 Mecanizado de las cavidades para las aletas

Figura 4.17 Rotor después del mecanizado en la MAHO

En la Figura 4.18 se puede ver como es calentado el rotor para ser liberado de su soporte.

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Figura 4.18 Calentamiento del rotor para liberarlo del soporte

Después de fabricar el rotor, se procede a fabricar el distribuidor. Para la fabricación del distribuidor se utilizo Nylon. Este material fue seleccionado pues el rozamiento entre él y la mayoría de los metales, es bajo.

El primer paso para la fabricación del distribuidor es fijar el bloque de Nylon en

la MAHO y realizar un corte exploratorio para poder definir apropiadamente el cero de la máquina, como se puede ver en la Figura 4.19.

Figura 4.19 Corte para establecer el cero de la MAHO antes de construir el distribuidor

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Una vez establecido el cero de la MAHO, se empieza el mecanizado del distribuidor. En este caso, sí se le da la medida final al distribuidor, aunque aún así quedarán unas rebabas que deberán ser retiradas posteriormente.

Después de terminar con el mecanizado del distribuidor en la MAHO, este se

separa del bloque de Nylon a mano, utilizando una sierra. Para darle el espesor final se utiliza un torno pequeño y luego se lijan las superficies planas del distribuidor.

A pesar de haber dado las medidas finales al distribuidor, antes de armar el motor

se deberá verificar que todo encaje y se darán las medidas finales según sea conveniente.

En la Figura 4.20 y la Figura 4.21 se aprecia el mecanizado del distribuidor en la

MAHO y en la Figura 4.22 se ve el distribuidor ya terminado antes de ser separado del bloque de Nylon.

Figura 4.20 Mecanizado del distribuidor

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Figura 4.21 Mecanizado del distribuidor

Figura 4.22 Distribuidor terminado antes de ser separado del bloque de Nylon

Después de fabricar el distribuidor se procede a fabricar el estator. Éste es fabricado a partir de una barra de hierro fundido utilizando un torno axial convencional. Su fabricación es bastante sencilla, por lo que sólo se muestran imágenes de éste después de mecanizado.

En la Figura 4.23 se puede ver el estator recién retirado del torno, que después

pasará a ser pulido, como se puede apreciar en la Figura 4.24.

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Figura 4.23 Estator recién retirado del torno

Figura 4.24 Pulido de las bases del estator

Posteriormente, se retiran las rebabas internas del estator y se le da acabado a su superficie interna utilizando una cuchilla de torno, como se puede apreciar en la Figura 4.25. Este proceso se debe realizar a mano.

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Figura 4.25 Acabado de la superficie interna del estator

Una vez terminado el estator, se prosigue con la fabricación del eje. En la Figura 3.39 (8.1) se puede ver la forma del eje.

Como es un poco complicado fabricar este eje en una sola pieza, tal y como fue

modelado en SolidWorks, se le fabricará por partes. Se fabricarán 2 discos con un soporte para los rodajes que luego entrarán a presión en el eje propiamente dicho (Para entender con mayor claridad de que se habla, se pueden ver los planos del prototipo, que se encuentran al final de la tesis).

En la Figura 4.26 se puede ver la fabricación de los discos con el soporte para los

rodajes. De la misma forma, en la Figura 4.27 se puede apreciar la fabricación del eje del prototipo propiamente dicho.

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Figura 4.26 Fabricación de los discos con soporte para el rodaje

Figura 4.27 Fabricación del eje del motor propiamente dicho

En la Figura 4.28 se pueden ver los discos que formarán parte del eje, y en la Figura 4.29 se aprecia el ensamblaje de estos discos junto con el eje propiamente dicho que luego formarán parte del sistema de transmisión.

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Figura 4.28 Discos con soporte para los rodajes

Figura 4.29 Ensamblaje del eje y los discos

Después de ensamblar los discos junto con el eje principal del motor, se debe realizar unos canales a estos para que ahí se alojen los pines donde se soportarán los rodillos (En este caso se utilizan rodajes para este fin).

En la Figura 4.30 y la Figura 4.31 se puede apreciar el mecanizado de estos

canales utilizando una fresadora.

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Figura 4.30 Mecanizado de los canales para los pines

Figura 4.31 Mecanizado de los canales para los pines

La fabricación de los pines no se comenta pues es muy simple. En la Figura 4.32 se puede ver el eje terminado junto con los pines, mientras que

en la Figura 4.33 se pueden ver los pines en su posición final sobre el eje.

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Figura 4.32 Eje y pines terminados

Figura 4.33 Eje con los pines en su posición final

Después de haber fabricado el eje y los pines, se puede proceder a ensamblar el sistema de transmisión completo, junto con los rodajes.

En la Figura 4.34 y la Figura 4.35 se puede ver el sistema de transmisión ya

terminado.

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Figura 4.34 Sistema de transmisión

Figura 4.35 Sistema de transmisión visto de canto

A continuación se procede a fabricar la tapa2 (Figura 3.39 (3)). Se parte de un disco de acero A36 al cual se le realiza un agujero central por el

cual pasará el eje, como se puede apreciar en la Figura 4.36; y posteriormente se refrenta una de las caras que servirá como apoyo más adelante (Figura 4.37).

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Figura 4.36 Fabricación de la tapa2 del prototipo

Figura 4.37 Refrentado de una de las caras de la tapa2 de prototipo

Después de refrentar esta cara, se lleva una pequeña parte del disco a su diámetro final, para facilitar luego su alineamiento en el chuck de la MAHO, donde se le generarán los ductos del sistema de distribución. A continuación se pueden ver algunas fotografías del proceso de mecanizado de los ductos de distribución en la MAHO (Figura 4.38, Figura 4.39 y Figura 4.40).

Para terminar esta tapa, se la lleva a la rectificadora donde se rectificarán ambas

caras para lograr que queden lo más planas y paralelas que sea posible. Más adelante,

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se realizan los agujeros roscados donde entrarán los pernos que sujetarán las demás tapas.

Figura 4.38 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución

Figura 4.39 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución

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Figura 4.40 Mecanizado de los ductos del sistema de distribución

Para poder visualizar lo que sucediera dentro del prototipo, se decidió que una de las tapas debía ser transparente. La única alternativa para lograr esto era fabricar la tapa1 de plexiglás.

Dada la disponibilidad de materiales, y el riesgo de rayar la superficie del

plexiglás durante el mecanizado, se decidió conformar la tapa1 de una brida de aluminio (anillo externo), una masa de acero para sujetar el rodaje, y un disco de plexiglás a través del cual se podría observar la parte interna del motor.

Figura 4.41Torneado del anillo de aluminio de la tapa1

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En la Figura 4.41 se puede observar la fabricación de la brida de aluminio de la

tapa1. En la Figura 4.42 se puede ver la tapa1 ya terminada, y más adelante, en la Figura 4.43, se puede apreciar la tapa1 con el su respectivo rodaje ya en posición.

Figura 4.42 Tapa1 terminada

Figura 4.43 Tapa1 con su rodaje respectivo

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Ahora se procede a fabricar la tapa3, la cual también se modificó debido a la disponibilidad de materiales.

Para fabricar la tapa3 se parte de un disco de acero, al que se le hace un agujero

para encajar a presión el cilindro que alojará al distribuidor. Para asegurar al cilindro sobre el disco de acero, ambos son apuntalados (Figura 4.44 y Figura 4.45).

Figura 4.44 Fabricación de la tapa3

Figura 4.45 Tapa3 de perfil

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Después de soldar las dos partes, se tornea la superficie que entra en contacto con

la tapa2 y se mecaniza la cavidad donde se aloja el estator. En la Figura 4.46 se ve la tapa3 después del tornado. Se puede apreciar que el distribuidor encaja casi sin holgura en la cavidad de la tapa3 (Figura 4.47).

Figura 4.46 Tapa3 después del torneado

Figura 4.47 Distribuidor alojado en la tapa3

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Finalmente, se realizan los agujeros para el ingreso y escape de aire, y los

agujeros para colocar los pernos. En la Figura 4.48 se puede ver el mecanizado de los agujeros sobre la tapa3, y en la Figura 4.49, la tapa3 inmediatamente después de esto.

Figura 4.48 Mecanizado de los agujeros de la tapa3

Figura 4.49 Tapa3 después de habérsele realizado los agujeros

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En las siguientes figuras (Figura 4.50 y Figura 4.51) se puede ver la tapa3 ya

terminada.

Figura 4.50 Tapa3 terminada

Figura 4.51 Tapa3 terminada con el distribuidor en su lugar

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Ahora se procede a mecanizar las aletas. Para esto se emplea fibra Ferrocel (Fibra fenólica). La forma principal se le dará utilizando la MAHO, pero dada la forma peculiar de las aletas, y la dificultad de encontrar una fresa lo suficientemente esbelta y resistente como para trabajarlas, se les deberá dar la forma final a mano. En la Figura 4.52 se puede ver la obtención del centro en la MAHO para el mecanizado de las aletas, y en la Figura 4.53 y la Figura 4.54 se aprecia este mecanizado.

Figura 4.52 Calibración del centro para el mecanizado de las aletas

Figura 4.53 Mecanizado de las aletas

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Figura 4.54 Mecanizado de las aletas

Después del mecanizado en la MAHO, las aletas se separan del bloque de Ferrocel utilizando una cierra. Posteriormente, se retiran los extremos sobrantes en un torno pequeño, para no perder el paralelismo entre los extremos de la aleta.

Figura 4.55 Refrentado de uno de los extremos de la aleta

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Para terminar, utilizando unas limas pequeñas, se le da la forma final a las aletas. En este punto se debe limar las aletas y el rotor cuanto sea necesario para lograr que encajen y se mueven apropiadamente, como se aprecia en la Figura 4.56.

Después de la construcción, se debe probar que todo encaje en sus respectivas

posiciones. Esto se puede ver a partir de la Figura 4.57 hasta la Figura 4.64.

Figura 4.56 Acabado de las aletas y el rotor

Figura 4.57 Rotor, aletas, estator y tapa3 en sus respectivas posiciones

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Figura 4.58 Rotor, aletas, estator y tapa3 en sus respectivas posiciones

Figura 4.59 Motor ensamblado sin la tapa1

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Figura 4.60 Motor ensamblado sin la tapa1

Figura 4.61 Distribuidor en su posición sobre la tapa2

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Figura 4.62 Motor ensamblado completamente sin sus pernos

Figura 4.63 Motor ensamblado sin sus pernos

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Figura 4.64 Motor terminado

En la Figura 4.62 y la Figura 4.63 se pueden ver todas las piezas del motor en sus

respectivas posiciones, aunque sin sujetar las tapas con los pernos. En la Figura 4.64 se puede ver el motor terminado antes de las calibraciones

finales y pruebas de funcionamiento. En esta figura los pernos no se encuentran a presión, sólo se han colocado para mantener las piezas en posición.

Se debe recordar que antes de armar el motor por primera vez, se debe matar

todas las rebabas y avellanar todos los agujeros que hubieran quedado con borde agudo.

En este punto es muy poco probable que el motor funcione (Y en efecto, no

funciona), esta prueba sólo sirve para ver que las piezas encajen en posición. Posteriormente se necesitará realizar ajustes más finos para poder probar su funcionamiento. En el siguiente apartado se describen estos ajustes y las pruebas realizadas para verificar la validez del modelo utilizado planteado.

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4.3. Ajustes, prueba de funcionamiento y consideraciones finales En este punto se realizarán los ajustes necesarios para lograr que este prototipo

funcione. Inicialmente, antes de armar el motor completo, se probó que las cámaras

expandieran sin utilizar el sistema de distribución. Para esto se le inyectaba aire individualmente en cada cámara para comprobar la expansión de la cámara y la entrega de potencia al eje. En la Figura 4.65 y la Figura 4.66 se puede ver el primer ensamblaje utilizado para las pruebas.

Después de esta primera prueba (ver Figura 4.67), se observo el primer

inconveniente. Debido a los errores presentes en las medidas que se dio a todas las piezas, cuando el rotor y el estator se encontraban en contacto sobre CI, el estator y el eje se encontraban fuera de centro. Esto es, al armar todo, el centro del estator no coincidía con el eje del motor debido a las tolerancias en la fabricación.

Figura 4.65 Primer ensamblaje del motor para pruebas

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Figura 4.66 Primer ensamblaje del motor para pruebas

Figura 4.67 Prueba de expansión de cámaras individuales (Sin utilizar distribuidor)

Dada esta peculiaridad, era imposible pretender armar el motor y mantener el

estator en una sola posición fija, y que además éste mantuviera una presión constante sobre el rotor (para evitar el deslizamiento).

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Por este motivo, se decidió que el estator ya no sería estático, sino que se le daría una pequeña libertad de desplazamiento; y que la fuerza normal que se necesitaría sobre CI se conseguiría presionando al estator contra el rotor, con resortes. Esta modificación puede ser vista en la Figura 4.68.

Figura 4.68 Resorte añadido para mantener al estator en contacto con el rotor

Figura 4.69 Vista superior del ensamblaje con resortes

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De esta forma se logró que el rotor girara sus primeras fracciones de vuelta. En este punto también se notó que la diferencia de 2 centésimas de milímetro

entre estator y rotor no era suficiente para permitir el giro. También se notó que las aletas no tenían una longitud uniforme, e inclusive algunas eran más largas que el estator. Debido a esto, se tuvo que lijar cuidadosamente las aletas y el rotor midiendo constantemente ambos para lograr una medida en ambos aproximadamente 6 centésimas de milímetro menor que el estator, y así permitir el deslizamiento de las aletas y el rotor. Este proceso de ajuste de medidas puede ser apreciado en las siguientes fotos (Figura 4.70, Figura 4.71, Figura 4.72, Figura 4.73 y Figura 4.74).

Figura 4.70 Obtención de una medida final uniforme del estator

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Figura 4.71 Acabado de las superficies del rotor y las aletas en contacto con las tapas

Figura 4.72 Lijado de las aletas y el rotor en un marmol

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Figura 4.73 Inspección de la medida final de las aletas

Figura 4.74 Inspección de la medida final del rotor

Posteriormente, después de que se decidió liberar el estator, se probó el sistema

de distribución. En las primeras pruebas con distribuidor, el motor no giraba. Se encontró que el

eje del distribuidor no era colineal al eje del motor, y por ese motivo, el rozamiento en

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la cavidad del distribuidor era muy elevado. Además, la holgura del distribuidor en la cavidad en la que encajaba, era muy baja como para realizar ajustes. Inicialmente se procedió a lijar las caras del distribuidor y a realizar redondeos en sus bordes agudos, como se puede ver en la Figura 4.75, la Figura 4.76 y la Figura 4.77; pero no se llegó a solucionar el problema.

Figura 4.75 Lijado de las caras del distribuidor

Figura 4.76 Lijado de las caras del distribuidor

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Figura 4.77 Redondeo de bordes agudos en el distribuidor

Dada la permanencia del problema, se decidió volver a centrar el distribuidor en

un torno, y reducir su diámetro ligeramente, para disminuir el rozamiento y a costa de aumentar las pérdidas de aire. En la Figura 4.78 se pueden ver las huellas que se produjeron en el distribuidor debido al rozamiento.

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Figura 4.78 Huellas del rozamiento sobre el distribuidor

Una vez que se realizaron estos cambios, se volvió a probar el motor. Después de

esta segunda prueba, el motor aún no llegaba a dar una vuelta completa. Ahora se descubrió que el problema era que las aletas tenían un ángulo muy

agudo en sus bordes que hacía que estas se trabaran en los ductos de admisión y escape. Más aún, las aletas se atoraban al ingresar en su cavidad en el rotor. Para solucionar este problema, se dio un redondeo a las aletas en todos sus bordes, y se limó y lijó la cavidad en el rotor donde se alojan las aletas para evitar atascos.

En esta tercera prueba, finalmente el motor empezó a girar. Lo que se notó de

peculiar en esta prueba, es que el motor giraba muy lentamente, además de atorarse en ciertos puntos. En este punto el torque era demasiado bajo, el motor podía ser detenido con la mano.

Después de un poco de observación, se notó que la holgura que se dio a la tapa

del motor para permitir el deslizamiento del estator, había sido demasiado; y esta era la causa de su baja velocidad de rotación. Al ajustar más los pernos, se logró obtener una mayor velocidad.

En la Figura 4.79 se puede ver el prototipo después de haberse realizado las

pruebas exitosas. Se puede apreciar que la cara de plexiglás se encuentra un poco gastada debido al rozamiento de las aletas y el rotor sobre ella.

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Figura 4.79 Prototipo después de realizarse las pruebas exitosas

Se pudo apreciar que, al girar, el rotor deslizaba sobre el estator en ciertas zonas;

como se había previsto desde un inicio que podía fallar. Pero hubo una peculiaridad más que no se llegaba a aclarar: La vibración era muy elevada y sin presentar masa reciprocantes.

Después de mucha observación se noto que la vibración se producía debido a una

serie de golpes del estator sobre los pernos de sujeción, debido a que no había buena uniformidad en la distribución de estos pernos, ni en las fuerzas que ejercían los resortes sobre el estator.

Para solucionar este problema, se colocaron unos trozos de manguera de caucho

que amortiguaran los golpes y se cuidó que los pernos de sujeción del sistema de distribución no atravesaran la tapa2. En la Figura 4.80 se pueden ver los fragmentos de manguera de caucho utilizados para amortiguar los golpes.

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Figura 4.80 Trozos de caucho provisionales para la amortiguación de golpes

Después de estos cambios se logró reducir la vibración y mejorar el torque

entregado. Si bien es cierto que aún era posible detener al motor con la mano, requería de mayor esfuerzo.

Debe decirse que en ninguna de las pruebas se logró obtener una velocidad del

giro constante. Para uniformizar el giro hubiera sido conveniente utilizar una volante. Después de hacer funcionar por un periodo más largo al prototipo, se notó que el

estator tenía una libertad de desplazamiento bastante alta, que le permitía desplazarse más allá de la posición en que el anillo de plexiglás de la tapa1 formaba una cavidad cerrada junto con él. Debido a este desplazamiento es que se perdía una cantidad excesiva de aire entre la tapa1 y el estator. Esta también es una de las causas de que el torque entregado por este prototipo fuera bajo.

El último gran inconveniente que se llegó a observar en el prototipo se debe a un

error en la selección del material para el estator. Se decidió que éste fuera hierro fundido, pero se olvidó considerar los efectos nocivos del alto contenido de carbono de este material sobre el funcionamiento de este motor. El estator de hierro fundido, después de que el motor se encontrara cierto tiempo en funcionamiento, empieza a liberar algo de de este carbono a la superficie de contacto donde se produce el rozamiento, y disminuye la fricción. Más aún, debido al desgaste del rotor, aparece un polvillo de oxido de aluminio en la superficie de contacto rotor-estator; que disminuye aún más el rozamiento. Esto hace que después de cierto tiempo en funcionamiento, el rotor deslice con mucha facilidad sobre el estator y comprometa el funcionamiento del prototipo.

En la Figura 4.81 se puede ver la huella dejada por el deslizamiento del estator

sobre la tapa2. Así también se ve el cambio de color en las aletas, debido al grafito liberado del estator.

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Figura 4.81 Huellas dejadas por el estator sobre el rotor, aletas y tapas.

Después de haber hecho estas pruebas, se decidió tomar alguna medida para tener

una idea cuantitativa del comportamiento del motor. Dado el bajo torque que se obtuvo con este primer prototipo, no se creyó conveniente medirlo, ni tampoco la potencia obtenida de él. Como se puede suponer, dada la gran cantidad de perdidas en rozamiento, deslizamiento, y fugas de aire de este prototipo; su rendimiento también se espera que fuera mucho más bajo que el óptimo teórico; por este motivo tampoco se realizó ninguna medición ni evaluación de este parámetro.

Lo que si se realizó fue una medición de la velocidad de rotación del rotor. Como

ya se dijo antes, en ninguna de las pruebas se logró mantener una velocidad de giro estable.

Para realizar esta medición, se acopló al eje del motor neumático un motor DC

con encoder de 500 pasos. Así, cuando el eje del motor neumático transmitiera su movimiento al eje del motor eléctrico, se podría medir la frecuencia del encoder con un osciloscopio y así calcular la velocidad de giro del motor neumático.

En la Figura 4.82 y la Figura 4.83 se puede ver el sistema utilizado para medir la

velocidad de motor. Al inyectar aire a 6.5 bar al motor, se obtuvo una frecuencia promedio del

encoder de 3.5kHz. Que considerando la resolución de 500 pasos del encoder, equivale a una velocidad de giro del eje del motor de 7 vueltas por segundo o 420 rpm.

Debe tenerse en claro que esta medida no es muy fiable dado que al no utilizar

volante de inercia, la velocidad de giro del eje del motor, es muy variable. Además, el

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flujo de aire es un factor importante en la velocidad del motor, y no se cuenta con datos de este.

Figura 4.82 Sistema para medir la velocidad del motor

Figura 4.83 Sistema para medir la velocidad del motor

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Debido a que se contaba con una cantidad de tiempo limitada para la realización de la tesis, sólo se construyó un prototipo. Para poder realizar un análisis económico y evaluar el comportamiento del motor de forma apropiada, sería conveniente contar con un modelo más elaborado. Por este motivo, todos los estudios y mejoras posibles, y necesarios, se dejan para trabajos posteriores.