Construir un motor a reacción es una tarea compleja y desafiante, pero también increíblemente gratificante. Esta tutorial detallada te guiará a través de cada etapa del proceso, desde la planificación inicial hasta la puesta en marcha del motor. Advertencia: construir un motor a reacción es peligroso. Toma todas las precauciones de seguridad necesarias y utiliza siempre equipo de protección personal.
Paso 1: Conceptualiza el diseño básico de tu motor
Comienza con un diseño básico para tu motor. Un diseño en SolidWorks o un software CAD similar te ayudará a visualizar las piezas y su ensamblaje. También puedes optar por un boceto a mano, pero un diseño 3D te permitirá identificar problemas de ajuste antes de la fabricación.
Paso 2: Consigue un turbocompresor y prepárate para la construcción
Selecciona cuidadosamente el turbocompresor adecuado. Necesitas un turbo grande con una entrada de turbina única (no dividida). El tamaño del turbo determinará la potencia de tu motor. Los turbos de motores diésel grandes y equipos de movimiento de tierras son ideales. Busca un turbo reconstruido para obtener un buen precio. eBay es un excelente lugar para encontrar turbos a buen precio.
El tamaño del impulsor es crucial. El impulsor es la parte visible de las palas del compresor. Busca un impulsor de al menos 3 pulgadas de diámetro. Un turbo grande con un impulsor de 3 pulgadas proporcionará suficiente potencia para impulsar una motocicleta pequeña, un kart o un vehículo similar.
Paso 3: Calcula el tamaño de la cámara de combustión
La cámara de combustión mezcla el aire comprimido del compresor del turbo con el combustible y lo quema. Los gases calientes pasan por la etapa de turbina del turbo, donde la turbina extrae energía de los gases en movimiento y la convierte en energía rotacional del eje. Este eje gira el compresor para generar más aire y mantener el proceso. Cualquier energía adicional restante en los gases calientes al pasar por la turbina produce empuje.
La cámara de combustión se compone de una pieza grande de tubo de acero con tapas en ambos extremos. Dentro de la cámara de combustión se encuentra un tubo de llama. Este tubo de llama está hecho de un tubo más pequeño que recorre toda la longitud de la cámara de combustión y tiene muchos agujeros perforados. Los agujeros permiten que el aire comprimido pase a través de ciertas proporciones que benefician tres etapas: mezcla de aire y combustible, inicio de la combustión y suministro de aire para la finalización de la combustión. También proporciona aire de refrigeración para disminuir las temperaturas antes de que la corriente de aire entre en contacto con las palas de la turbina.
Para calcular las dimensiones del tubo de llama, duplica el diámetro del impulsor del turbocompresor. Esto te dará el diámetro del tubo de llama. Multiplica el diámetro del impulsor del turbo por 6 para obtener la longitud del tubo de llama. Por ejemplo, si el impulsor tiene un diámetro de 3 pulgadas, el tubo de llama tendrá un diámetro de 6 pulgadas y una longitud de 18 pulgadas. Estas son recomendaciones, puedes ajustarlo un poco.
Una vez que tengas las dimensiones aproximadas del tubo de llama, puedes determinar el tamaño de la cámara de combustión. La cámara de combustión debe ser más grande que el tubo de llama para permitir un espacio de 1 pulgada alrededor del tubo. La longitud de la cámara de combustión debe ser la misma que la del tubo de llama. Por ejemplo, si el tubo de llama tiene un diámetro de 5 pulgadas y una longitud de 10 pulgadas, la cámara de combustión podría tener un diámetro de 8 pulgadas y una longitud de 10 pulgadas. Usa tubo de acero en lugar de tubería cuando sea posible. La tubería tiende a ser más gruesa que el tubo y puede aumentar el peso total del motor.
Paso 4: Ensamblar la cámara de combustión: Preparar los anillos de extremo
Los anillos de extremo ayudan a centrar el tubo de llama dentro de la cámara de combustión. Los anillos están fabricados con acero de placa de 1/4 de pulgada. Puedes usar una fresadora, chorro de agua o herramientas manuales para hacer los anillos. El grosor de 1/4 de pulgada permitirá una soldadura más estable y proporcionará una base de montaje sólida para las tapas de extremo.
Los anillos tienen 12 orificios para los pernos de montaje de las tapas de extremo. Suelda tuercas en la parte posterior de estos orificios para que puedas enroscar los pernos directamente. Esto te evitará tener que sujetar las tuercas desde el interior de la cámara de combustión.
Paso 5: Ensamblar la cámara de combustión: Soldar los anillos de extremo
Solda los anillos de extremo a la carcasa de la cámara de combustión. Asegúrate de que los extremos de la carcasa estén nivelados antes de soldar. Usa abrazaderas de soldadura magnéticas para centrar los anillos de extremo y mantenerlos nivelados. Realiza puntos de soldadura en los cuatro lados de los anillos y deja que se enfríen. Una vez que los puntos de soldadura estén fijos, realiza soldaduras continuas de aproximadamente 1 pulgada de longitud alrededor de los anillos. No sobrecalientes el metal para evitar deformaciones.
Una vez que los dos anillos estén soldados, muele las soldaduras para obtener un acabado limpio.
Paso 6: Ensamblar la cámara de combustión: Fabricar las tapas de extremo
Fabrica dos placas con el mismo diámetro que tu cámara de combustión. En nuestro caso, sería de 8 pulgadas. Coloca 12 orificios para pernos alrededor del perímetro para que coincidan con los orificios de los anillos de extremo. La tapa del inyector solo necesita dos orificios: uno para el inyector de combustible y otro para la bujía. Puedes añadir más orificios para más inyectores si lo deseas. La tapa de escape necesita un orificio para que escapen los gases calientes. En nuestro caso, el tamaño del orificio debe coincidir con las dimensiones de la entrada del caracol de la turbina del turbo. Fabrica una placa pequeña o brida de turbina para atornillar a la carcasa de la turbina.
Paso 7: Ensamblar la cámara de combustión: Atornillar las piezas
Atornilla las piezas juntas para verificar que todo encaje correctamente. Comienza atornillando la brida de turbina y el ensamblaje de la tapa de extremo (el colector de escape) a tu turbo. Luego, atornilla la carcasa de la cámara de combustión al ensamblaje de escape, y finalmente atornilla la tapa del inyector a la carcasa principal de la cámara de combustión.
Tener en cuenta que las secciones de turbina y compresor del turbo se pueden girar entre sí aflojando las abrazaderas en el medio. Diferentes turbos utilizan diferentes tipos de abrazaderas, pero deberías poder identificar fácilmente los pernos que debes aflojar para hacer girar las piezas.
Una vez que las piezas estén unidas y la orientación de tu turbo esté configurada, necesitarás fabricar una tubería que conecte la abertura de salida del compresor a la carcasa de la cámara de combustión. Esta tubería debe tener el mismo diámetro que la salida del compresor y se conectará al compresor con una abrazadera de manguera de goma o silicona. El otro extremo debe ajustarse a la cámara de combustión y soldarse en su lugar una vez que se haya cortado un orificio en el lado de la carcasa de la cámara de combustión. No importa mucho dónde esté el orificio en el lado de la cámara de combustión, siempre que el aire tenga un camino suave para entrar. Esto significa que no debe haber esquinas afiladas y que las soldaduras deben estar en el exterior.
En este punto, deberías tener un camino limpio para el aire desde la entrada del compresor, hasta la tubería, hasta la cámara de combustión, hasta el colector de escape y hasta la sección de turbina. Todo debe estar prácticamente hermético, y debes verificar todas las soldaduras para asegurarte de que sean sólidas. Soplar un soplador de hojas a través de la parte delantera del motor debería hacer que el aire fluya y gire las palas de la turbina.
Paso 8: Fabricar el tubo de llama
El tubo de llama permite que el aire entre en el centro de la cámara de combustión, pero mantiene la llama en su lugar para que solo salga hacia el lado de la turbina y no hacia el lado del compresor. El tubo de llama está hecho de acero inoxidable o acero dulce. El acero inoxidable dura más y resiste mejor el calor que el acero dulce.
El tubo de llama tiene tres patrones de orificios: orificios primarios, secundarios y terciarios o de dilución. Los orificios primarios suministran el aire para la mezcla de combustible y aire, y es donde comienza el proceso de combustión. Los orificios secundarios suministran el aire para completar el proceso de combustión. Los orificios terciarios o de dilución proporcionan el aire para enfriar los gases antes de que salgan de la cámara de combustión, para evitar que las palas de la turbina del turbo se sobrecalienten.
El tamaño y la ubicación de los orificios son una ecuación matemática. Hay programas disponibles para calcular la ubicación y el tamaño de los orificios. Antes de hacer cualquier orificio en el tubo de llama, debes dimensionarlo para que quepa en la cámara de combustión. Corta el tubo de llama a la longitud de la cámara de combustión. Es recomendable que el tubo de llama sea un poco más corto que la cámara de combustión para permitir la expansión del metal a medida que se calienta.
Paso 9: Instalación del sistema de combustible y aceite
Para el sistema de combustible, necesitas una bomba capaz de alta presión y un caudal de al menos 20 galones por hora. Para el sistema de aceite, necesitas una bomba capaz de una presión de al menos 50 psi con un caudal de aproximadamente 2-3 galones por minuto. La misma bomba se puede utilizar para ambos sistemas. La bomba Shurflo modelo 8000-643-236 es una buena opción. También puedes usar bombas de dirección asistida, bombas de horno y bombas de combustible automotrices.
Es importante utilizar líneas de cobre rígidas con conexiones de compresión para las líneas de combustible y aceite. Las líneas flexibles, como las de goma, pueden soltarse y causar un incendio. El combustible o el aceite que golpeen una carcasa de turbina caliente se encenderán inmediatamente.
Cuando instalas las líneas de aceite en el turbo, asegúrate de que la entrada de aceite esté en la parte superior del turbo y que el drenaje esté en la parte inferior. La entrada suele ser la abertura más pequeña de las dos. Si estás utilizando un turbo refrigerado por agua, no es necesario utilizar la camisa de agua.
Los tanques de combustible pueden tener cualquier tamaño, y los tanques de aceite deben tener una capacidad de al menos un galón. No coloques las líneas de toma cerca de las líneas de retorno en los tanques, ya que la aireación causada por los fluidos de retorno puede causar burbujas de aire en las líneas de toma y la bomba se cavitará y perderá presión.
Para la ignición, puedes usar un circuito de alto voltaje para generar una chispa. También puedes usar un relé de intermitente automotriz conectado a una bobina para obtener una chispa. Para alimentar todos los sistemas de 12 voltios, puedes usar baterías de gel selladas de 12 voltios de 7 o 12 amperios hora.
Paso 10: Probar el motor
Una vez que hayas terminado de construir el motor, debes probarlo. Monta el motor en un soporte de prueba. Comienza por encender la bomba de combustible y el sistema de aceite. Luego, enciende la bujía. Si todo funciona correctamente, el motor debería arrancar y generar empuje.
Recuerda siempre tomar precauciones de seguridad al probar un motor a reacción. Usa equipo de protección personal y opera el motor en un área abierta y segura.
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