Modelando la Dinámica de los Sellos

La dinámica se modelo de acuerdo a los trabajos de Pennock y Knoll, estos artículos se obtuvieron de ELSEVIER y de la NASA.

Estos trabajos se dividen en dos formas, uno que tiene en cuenta las presiones de la cámara de combustión y el otro que las desprecia. Debido a la complejidad del primero, en nuestro análisis decidimos guiarnos por el segundo.

Este modelamiento se hizo bajo el software MAPLESOFT. Las siguientes gráficas muestran el comportamiento de la fuerza de contacto, entre el sello de punta y la carcasa, durante el encendido:

Como se puede apreciar, la fuerza de contacto no presenta valores iguales a cero ni negativos, lo cual asegura un contacto permanente durante el encendido.

Ahora, durante el funcionamiento nominal, el modelamiento de la fuerza de contacto entre el sello de punta y la carcasa, queda así:

Modelando la Geometría

Gracias a la información recopilada, logramos calcular y obtener las formas de las piezas más importantes del motor (Carcasa, Rotor, Engranes, etc.). Para este proceso usamos el software matemático MAPLESOFT y MATLAB.

Con las formas ya definidas, se logro modelar los componentes en CAD, gracias al software SOLIDWORKS. Después se procedio a hacer el montaje y darle "motion" para comrprobar el funcionamiento.

Gracias a estas piezas en CAD, se logro aplicar un análisis por elementos finitos (FEA) con el paquete incorporado de SOLIDWORKS llamado COSMOSWORKS (CAE) y también se realizo con ANSYS WORKBENCH para comparar y contrastar los resultados, esto sirvió para hacer una verificación de los facotres de seguridad ya con las cargas obtenidas por del modelamiento de la combustión. Esta parte la profundizaremos más adelante, en la parte del diseño.

A continucación dejamos un mosaico de lo más interesantes que obtubimos en este proceso:

Modelando la Combustión

Este fue uno de los retos que más me interesaron a mi, ya que al principio se tenía la opción de hacer un modelamiento muy simplificado (Ciclo Estándar de Aire o Ciclo Ideal), y la otra opción era hacer algo más complejo pero aproximado a la realidad.

Así que dentro de la información que encontramos llegamos a una página muy interesante, http://www.usq.edu.au/engineering/techrep/2002/tr-2002-02.pdf, esto es una recopilación de los códigos que hay en el libro de Fergunson (originalmente programados en FORTRAN), pero ahora escritos en MATLAB.

Aquí es donde estaba el reto, nos tocaba acomodar este código de programación escrito en MATLAB y que simula el proceso de combustión para un motor reciprocante, para que ahora simulara adecuadamente al motor rotativo.

Este requerimiento nos demando una buena cantidad de tiempo y de arduo trabajo, aquí es donde aprendí cosas nuevas de MATLAB gracias a mi compañero Andrés Castillo que es el duro en eso, yo me estaba mal acostumbrando con MAPLE.

Al final para nuestro asombro, lo habíamos logrado, el programa estaba simulando adecuadamente el proceso de combustión para el motor Wankel y de esta manera ya teníamos los valores de las cargas requeridas para diseñar.

A continuación, se puede ver algunas de las imágenes que se obtuvieron:

Analizando la Información

Una vez que recopilamos la información, la siguiente tarea era leer y analizar el contenido más relevante, para esto se repartió el material con el grupo de trabajo, mis dos compañeros de grupo que aprecio y estimo: Yoediver Meneses Silva y Andrés Castillo, son personajes de los que he aprendido muchas cosas.

Leyendo esa información encontramos errores, cosas que no entendimos por más que intentamos, etc., en fin, lo típico. Pero poco a poco encontramos la mejor forma de abordar cada uno de estos problemas.

Uno de los retos más grandes que nacieron del análisis de la información, fue la manera en que se debía modelar la combustión, y los otros retos los iremos describiendo a medida que avancemos.

Ya después de tener cierto manejo del contenido del material que encontramos, nos organizamos para enfrentar la metodología y el flujo del diseño.

Se decidió modelar la combustión computacionalmente mediante los algoritmos de Ferguson Colin R., aplicar la filosofía de la ingeniería inversa al motor Wankel OS 49-PI Type II y realizar un modelamiento CAD - CAE.

Buscando la Información

Encontramos muy poco en la biblioteca, solo cosas básicas. Una tesis en la Universidad de los Andes y unos artículos en el I.C.P. (Instituto Colombiano de Petróleos).

Hasta que al fin de tanto navegar en la WEB aparecen las piezas más valiosas, encontramos el libro de Yamamoto (Rotary Engine) la versión de 1981 y la de 1971. También, aparecieron los manuales del RX - 7 completos. Esto era solo el principio.

(A continuación dejo las paginas donde esta el material anteriormente nombrado, este material esta protegido por derechos de autor, así que aclaramos que nosotros hicimos uso de el solo con fines académicos y que este material esta rondando libremente en la red, así que nosotros no lo estamos ofreciendo ni hospedando en este blog, simplemente estamos contando sin censura todo el proceso de nuestra búsqueda de información).

http://foxed.ca/foxed/index.php

http://www.wankel.net/~krwright/files/manuals/

Luego, empezamos a navegar por la pagina de la NASA (http://ntrs.nasa.gov/), aquí encontramos otro tesoro, ya que se recopila información de la SAE y sin ningún costo, solo buscar y leer.

De las referencias de los archivos de la NASA dimos a parar en la pagina de la MIT (http://dspace.mit.edu/), donde encontramos varias "Thesis" de maestría y doctorado acerca del motor.

Se nos ocurrió buscar en alemán y en japones, que sorpresa nos llevamos con lo que encontramos, salio otra tesis de maestría en alemán (muy interesante), y la tradujimos completa. En japones lo único útil que encontramos fue el material visual , porque para traducir es como un poco más difícil.

http://public.tfh-berlin.de/~prolab/dl/wankelmotor.pdf

Obviamente, encontramos más información en páginas de Internet, pero son de las que comúnmente uno encuentra y entiende fácilmente, así como páginas de fabricantes actuales (Mazda, Freedom Motors, OS, etc.)

Después que recopilamos toda esta información comenzamos a leer, analizar y entender...