Engineering
Cilindro neumático
Mueva un carro con aire comprimido y vea dos cámaras llenarse y vaciarse por orificios sónicos: un estrangulador en la entrada deja el pistón sobre un colchón blando, uno en el escape lo sostiene firme entre dos presiones altas. Cierre ambos puertos y obtiene un resorte de gas cuya frecuencia fija el aire atrapado; compare una cámara que se comprime adiabáticamente con otra a la temperatura de la pared.
Qué ocurre
Un cilindro de 40 mm con vástago de 16 mm empuja un carro de 5 kg a lo largo de 300 mm de carrera desde una alimentación de 6 bar. Cada cámara lleva su propia masa y temperatura: el aire entra y sale por orificios con la función de caudal de Saint-Venant y Wantzel, sónica por debajo de la relación de presiones 0,528, y el balance de energía d(m·c_v·T) = c_p·T_in·G_in − c_p·T·G_out − p·dV + h·A·(T_w − T) hace la cámara adiabática sin transferencia de calor e isoterma con una grande. El estrangulador está en la entrada (meter-in) o en el escape (meter-out); con los puertos cerrados el aire atrapado es un resorte de rigidez γ·p·A²/V. RK4 a 10 μs; el aire tomado, expulsado y aspirado se contabiliza de modo que el balance de masa cierra.
Qué probar
Extienda con el estrangulador en la entrada, luego en el escape, y compare las presiones de las cámaras; cierre ambos puertos a media carrera y vea el carro oscilar sobre el resorte de gas; ponga la transferencia de calor a cero y lea el calentamiento por compresión.
El modelo y sus límites
Gas ideal con capacidades caloríficas constantes, orificios con coeficiente de caudal fijo, temperatura de cámara uniforme, temperatura de pared constante; rozamiento suavizado sobre 1 mm/s. No es una herramienta de dimensionado.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones G = C_d·A·p_u·√(γ/(R·T_u))·(2/(γ+1))^((γ+1)/(2(γ−1))), r ≤ 0.528 G = C_d·A·p_u·√(2γ/((γ−1)·R·T_u))·√(r^(2/γ) − r^((γ+1)/γ)) d(m·c_v·T)/dt = c_p·T_in·G_in − c_p·T·G_out − p·dV/dt + h·A·(T_w − T) ω² = γ·(p_A·A_p²/V_A + p_B·A_r²/V_B)/m
