Empece
complicándome la vida y encargue un par de piezas a un
tornero,
dos aros de bronce de 54 y 58 mm de diámetro interior
respectivamente, me cobro 7 euros por cada uno. Su padre, un viejecito
encantador que estaba sentado en una silla en un rincón del
taller de tornería me advirtió de que le bronce
es poroso
y que lo estañase para hacerlo hermético. Les hice seis agujeros y los soldé a una reducción 54 macho /35 hembra y a un casquillo empalmador de tubos de 54mm. Luego soldé otro empalmador seguido del primero para conseguir un tubo de 54mm de interior y 137mm de largo, (no existe un tubo comercial para fontanería de 54mm de interior y fue la única solución que se me ocurrió). Los golpecitos que se pueden apreciar en la reducción de la entrada de alto vacío eran para presionar y fijar el aro de bronce antes de soldarlo. |
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Le
hice un agujero para albergar la salida de la bomba y le
soldé
una reducción y un codo ligeramente inclinado hacia arriba
para
impedir al máximo la perdida de aceite de la bomba. Luego
monte
una trampa de vapores en la salida con un tubo de 22mm, un
tapón
y un empalme al resto del circuito. Finalmente le soldé un serpentín de refrigeración con un tubo fino, asegurándome que la ultima vuelta la diese alrededor de donde debería soldar más tarde la caldera, para proteger esta soldadura y evitar que se fundiese con la temperatura que debería alcanzar el aceite, entre 200 y 300 grados. El problema radicaba en la imposibilidad de poder hacer una soldadura que soportase esa temperatura y como eso condicionaba el diseño de todo el conjunto. En la parte refrigerada no tenia que tener problemas mientras no fallase el circuito de agua, pero en la parte de la caldera no podía hacer ningún empalme soldado porque se fundiría el estaño plata (punto de fusión 243 grados). La antrada de alto vacío de la bomba la acabe con otra reducción 35 macho /28 hembra y un trozo de tubo de 28 insertado dentro, con un tapón de 28mm en la parte inferior y unos agujeros, para conformar otra trampa de vapores. A estas alturas ya empece a darme cuenta de que me estaba saliendo la torta por un pan, ya que las reducciones de cobre y los complementos de fontanería son tremendamente caros. Aunque intente encontrar el máximo de material en chatarreros siempre me veía obligado a comprar piezas, sobre todo los racores de latón, por la necesidad de que estuviesen limpios y en buenas condiciones. Mas tarde, y después de varias pruebas y mediciones, niquele todo el interior de la bomba para intentar reducir el gaseado que producía el cobre, pero mejoro muy poco, solo sirvió para aprender a niquelar. ver más fotos |
Al
principio aborde el problema pensando que un buen reparto de la
temperatura en el aceite seria lo idóneo. Conté
con que
el cobre tiene un coeficiente de transmisión de calor mayor
que
el acero inoxidable y sobredimensione la potencia de la resistencia. Opte por una resistencia de soldador de martillo de 400W, que tendría que llegar (según especificaciones) a 450 grados. montada en un tornillo de acero de métrica 16, con una arandela agujereada soldada en la cabeza (para disipar el calor en el aceite), y alargado con un tornillo también de acero de métrica 8, suficientemente largo como para fijar los difusores. Todo el conjunto atravesaba un tapón de latón de 54mm de fontanería (pense que a mayor pared mejor transmisión de calor al aceite), y sellaba la cabeza del tornillo contra el tapón con un aro de cobre, en esta zona no podía hacer ninguna soldadura porque no aguantaría el calor. Todo iba aislado térmicamente con un tarro de conserva y aislante de fibra de vidrio de un calentador de gas. |
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El
quid del asunto consistía en que la soldadura de la caldera
con
el cuerpo de la bomba estaría protegida por la
última
vuelta del serpentín de refrigeración, impidiendo
su
fusión. Pero ya en las primeras pruebas me di cuenta del
primer
error. La pared de latón de casi dos milímetros
trasmitía demasiado rápido el calor y la base de
la
caldera no llegaba ni por asomo a los 240 grados, punto en el que se
hubiera fundido la muestra de estaño que le ponía
como
testigo. Empece limando la pared de latón hasta dejarla en
apenas 0,5mm y mejorando la canalización del calor de la
resistencia hasta la base de la caldera. Llegué a ponerle
una
capa externa de cobre a la resistencia de 6mm de espesor a
base
de tubos concéntricos, pero tampoco conseguía
llegar al
punto de ebullición del aceite. Así que me tuve que rendir a la evidencia de que con esta caldera jamas funcionaria y asumí que tendría que volver a soldar otra vez la base de la bomba. |
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Substituí
la caldera por otra hecha con un tapón de cobre,
más
largo y más delgado, además rebaje la pared del
tapón hasta 0,4mm y lo estañe por fuera
para evitar
alguna posible porosidad en una pared de cobre tan delgada. Tampoco así conseguía la temperatura necesaria. La base de la caldera si que superaba los 240 grados, pero al llenar la bomba de aceite, este también ayudaba a trasmitir el calor y no hervía como para tener presión de vapor suficiente. Le di la culpa a la resistencia, estaba hecha para no pasar de 450 grados y la hacia trabajar demasiado caliente como para que rindiese. ...y empecé a probar con otras fuentes de calor... |
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....
con la resistencia de un secador de 10 euros sumergida en barro
refractario dentro de un bote de cuajada, duro unos cinco minutos... ... con la resistencia de una barra de estufa de aproximadamente 700w enrollada a capas concéntricas en barro refractario. Esta alcanzo mas de 600 grados en las pruebas y aguantaba bien más de media hora al rojo, pero al montarla en la bomba y aislarla con fibra de vidrio se recalentó. Hizo hervir el aceite con fuerza durante media hora y se fundió. (más fotos) |
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Por
fin encontré una solución al desequilibrio
térmico que provocaba el echo de que todo fuese de cobre. Cambie radicalmente el diseño de la resistencia. La idea era llevar el calor al mismo centro del aceite, (de una forma parecida a como Baldo construyo su difusora fontanera). Y la fuente de calor seria un calentador diesel de un citroen xara picaso, motor HTDI. Escogí este modelo de calentador después de darle la vara durante casi una tarde entera a un amable vendedor de recambios de automóvil, mirando todos los catálogos de calentadores, revisando las características, medidas, potencia, tensión de alimentación, hasta que encontré uno de 180w a 12 v y con unas medidas que parecían encajar en el diseño. Le compre uno por cortesía que me costo 24€, y compre cuatro más en un chatarrero a 4€ la unidad. Modifique el diseño final respecto de dibujos preliminares y al final quedo en un tornillo de acero de métrica 16, perforado por dentro con una broca de 5,2mm y ensanchado luego a 8mm sin llegar hasta el final, para que abrazase el contorno del calentador. |
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El calentador
mide 5mm en la parte de la resistencia y 8mm en el cuerpo, es necesario
dejar un par de décimas a la resistencia para que se dilate
y no
se quede clavado dentro, (que es lo que me paso con el primero que
rompí) Por debajo, el tornillo, estaba rematado con una tuerca de métrica 10 /100 que roscaba y fijaba el calentador, y por arriba tenia soldado otro tornillo de métrica 8mm para sujetar los difusores. Elimine la arandela agujereada del primer diseño que solamente servia para dificultar la limpieza posterior de la bomba. Los sellos eran aros de cobre, como en el diseño anterior, pero esta vez no monte el aislante térmico. En algunas pruebas se quemo un segundo calentador al derretirse el plástico aislante interior por estar metido dentro del bote con aislante, así que decidir mantenerlo al aire para permitir su refrigeración. El calentador soporta sin problemas una sobrealimentación de 24v porque disipa rápidamente el calor y no llega a quemarse, y transmite potencia suficiente a la caldera como para hacer hervir ,al vacío, el aceite de bomba mecánica violentamente en unos diez minutos. Se alimenta con un transformador de un SAI viejo. Se puede aprovechar el bobinado de salida como primario a 220v y el de ataque como secundario con varias tensiones, 12v, 15v, 20v, 24v, la potencia del transformador debe rondar los 1500w o 2000w por el tamaño y soporta toda la intensidad del calentador sin calentarse apenas. |
Lo
más difícil fue encontrar una
combinación de
reducciones que fuesen encajando sucesivamente una dentro de la
otra, ya que no se fabrican piezas en todas las medidas ni
combinaciones macho/hembra. (en adelante H = hembra, M = macho). Menos
mal de tener un buen amigo que trabaja en una ferretería
importante, con el que pasamos largos ratos en la trastienda buscando
combinaciones de reducciones hasta dar con una valida (un saludo). La más grande y que tenía que hacer de campana de la caldera es una reducción 54 M /42 H. En la primera foto se puede ver el primer diseño con los canales para permitir el retorno del aceite a la caldera. No se fabrica una reducción que encaje por dentro en un tubo de 54mm, por eso tuve que construir el cuerpo de la bomba con manguitos, para tener un tubo de 54mm de diámetro interior en el que encajase esta pieza. Esta pieza dio problemas desde el principio, ya que al tener la pared exterior en contacto directo con las paredes de la caldera ayudaba a transmitir el calor rápidamente hacia el cuerpo de la bomba, impidiendo a la caldera llegar a la temperatura de evaporación del aceite. |
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Con
el segundo diseño de la caldera cambie también la
primera
pieza de los difusores, haciéndola considerablemente mas
larga y
rebajando la pared exterior de la reducción (excepto en el
reborde inferior, ver más fotos
de los difusores) hasta 0,4mm, para evitar el contacto con las paredes
de la caldera, de forma que solo se tocaban en el punto mas caliente,
en la base de la caldera. Esta vez el retorno del aceite a la caldera
se produce a través de unas pequeñas muescas
practicadas
en la base de la reducción. La segunda pieza es una reducción de 42M a 22H a la que esta unido un trozo de tubo de 22mm. Esta encaja con la primera reducción para formar la base de los difusores y completar la caldera. Tiene 13 agujeros de 3,5mm en la base del cono para la salida del vapor. El tubo esta cortado para que encaje con la siguiente pieza con una abertura mínima, que podemos ir ampliando colocando arandelas para ir separando las dos partes de la tobera. La siguiente pieza esta formada por un reducción 42H a 28H y otra reducción 28M a 18M unidas entre si. La primera esta recortada a la altura del final del cono para formar un sombrerillo y la segunda tiene practicados 12 agujeros de 3mm para permitir la salida de vapor de la segunda etapa. La reducción pequeña la recortamos para que encaje con la siguiente pieza con una abertura mínima, que también podemos ir ampliando con arandelas de cobre. |
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La
cuarta pieza la componen una reducción 35H/22M y una
22H/16M. La
primera también esta recortada a la altura de la
máxima
abertura del cono y la segunda tiene 8 agujeros de 3,5mm para la salida del vapor de la tercera etapa. También esta se debe recortar para que encaje justa contra la siguiente pieza, pudiendo ampliar la abertura de la tobera con arandelas de cobre. La última pieza esta formada por una reducción 28H/18M recortada para formar un sombrero y un tapor de 18mm, al que le hice un agujero de 8mm para el tornillo fijador. A todas la piezas les di un acabado lo mas simétrico y pulido posible para asegurar la simetría de los chorros de vapor en las toberas. Algunas piezas tuve que pulirlas un poco y otras las tuve que abocardar para que encajasen con cierta presión, pues no todas las medidas de diámetros interiores y exteriores son correlativas. Aquí podemos ver el conjunto montado con las tres toberas encajadas. Es importante escoger bien las piezas, porque las hacen con diferentes ángulos de cono, de forma que las dos partes de cada una de las toberas sean paralelas. Todas las uniones fijas esta hechas con el truco del cortador de tubos excepto la del tapón a la última reducción, que ya encajaban a presión. |
Para
ilustrar el funcionamiento de la difusora me fije en como funcionaban
los sistemas de partículas complejos y casi sin rozamiento,
y en
especial el de un chorro de agua impactando contra una superficie
cóncava (como en la foto). Si el chorro es
más o
menos uniforme produce una película continua de agua que se
parte en gotas a cierta distancia de la cuchara, dependiendo esta
distancia de la perfección de la simetría del
conjunto y
de la fuerza con la que impacta el chorro de agua. En una difusora el
funcionamiento de los chorros de vapor es similar pero dirigidos hacia
abajo. Si conseguimos un chorro uniforme y sin desgarros de la
película de vapor, por defectos de simetría,
entre la
tobera y la pared interior de la bomba, las moléculas de gas
residual no tendrán resquicios para colarse hacia las parte
superior de la película de vapor de aceite, y las que entren
en
contacto con el chorro de vapor se verán empujadas hacia
abajo
atravesándolo. Como en la película de agua, contra más presión tenga el vapor más uniforme será el chorro a un diámetro mayor. Por eso es importante asegurar una presión mínima en cada una de las etapas o toberas de los difusores para generar en cada una un chorro de vapor suficientemente uniforme. Aquí juega un papel muy importante la temperatura de la base de la caldera, y la distribución de la cantidad de vapor que sale por cada una de las etapas de la difusora. Además debemos de tener en cuenta que en cada etapa, si todo va bien, habrá menos presión que en la anterior, con menos densidad de moléculas de gas residual, por lo que el vapor podrá llegar más lejos sin romper la película, pudiendo aumentar la distancia entre el difusor y las paredes de la bomba y reducir la presión del vapor para conseguir el mismo efecto que en la anterior etapa. A mayor distancia entre el difusor y las paredes de la bomba mayor cantidad de moléculas atrapadas y mejor caudal de la bomba. |
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clicar en la foto
para ampliar
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También
es importante que la tobera del difusor tenga un canal, justo
después de los agujeros, donde se pueda igualar la
presión del chorro, nos interesa una película
uniforme de
vapor saliendo de la tobera y no pequeños chorros
diferenciados
por cada agujero, de ahí que necesitemos una distancia
mínima en la que las paredes superior e inferior de la
tobera
discurran paralelas. Realizando pruebas con cada uno de los difusores por separado, (abriendo uno y cerrando los demás), me di cuenta que cuanto mayor sea la abertura de la tobera mejor funciona esta, hasta llegar a una abertura limite en la que seguramente la película de vapor pierde simetría. Aquí topaba con la limitación de la potencia que la resistencia de la caldera destinaba a producir el vapor, por culpa del material de la bomba. El cobre es un mal material en este caso, por su enorme conductividad térmica, y no me permitía tener abiertos todos los difusores en su punto óptimo de trabajo porque caía la presión del vapor en todos los difusores y disminuía la eficacia total de la bomba. Medí los mm² totales de abertura para el vapor de cada etapa y me di cuenta de que excedían con mucho los de la propuesta de la bomba del Profesor Franz, (comparativa en la foto de al lado) grabe error, que sumado a la falta de potencia de la caldera por culpa del material utilizado hacia que variasen mucho los parámetros de funcionamiento de esta difusora. |
Además
el cobre también es un mal material para hacer con
él el cuerpo de
una bomba difusora por la gasificación que provoca. En
muchas
ocasiones he confundido la enorme gasificación de las
paredes de
la bomba y otras piezas de cobre con pequeñas fugas,
sobretodo
cuando la ponía al vacío después de
haber estado
un tiempo en contacto con la atmósfera. Se produce un efecto
que
he venido a llamar "mojado del cobre con aire". Es como un
cartón mojado de agua, al que le cuesta secarse mucho
más
que el cristal, por ejemplo..., pues el cobre se comporta
así
con el aire, se moja de este y le cuesta ir soltando las
moléculas de aire con lo que nos esta "ensuciando"
constantemente
el vacío. más detalles del funcionamiento Construí un sensor de presión, primero con una Ntc pero presentaba una deriva constante, luego construí otro basado en una PT100 para monitorizar el funcionamiento de la difusora. Las demás piezas del circuito para vacío también las fui montando utilizando un sistema de cierre a base de sellos de cobre. (ver descripción del sistema de cierre para vacío en cobre). |
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