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Engineering

Accionamiento por válvula

Mueve el mando de una válvula de cuatro vías y mira cómo sigue el carro: con una corredera de centro cerrado nada ocurre dentro del solape, luego la velocidad se posa en el balance cuasiestático de las dos aristas de estrangulación y la fricción, y en neutro la carga queda sujeta. Cambia a una corredera de centro abierto y la válvula fuga en neutro 2 Cd w u sqrt(ps/rho), ambas cámaras a media presión de alimentación, pero el menor mando vuelca bruscamente las presiones hacia la carga. Empuja contra el carro y lee la diferencia de presión necesaria. El pQ de la alimentación se contabiliza contra la estrangulación, el Fv de la carga, la fricción y la compresión del aceite.

Accionamiento por válvula — Imagen real de la aplicación
Imagen real de la aplicación

Qué ocurre

Una válvula de corredera de cuatro vías dosifica aceite a 100 bar en un cilindro simétrico que empuja un bloque de 100 kg sobre guías. La corredera sigue el mando con 5 ms de retardo; sus cuatro aristas abren w·(x − u) con centro cerrado (solape) o w·(x + u) con centro abierto (subsolape), de modo que la primera tiene una zona muerta igual al solape y la segunda una fuga en neutro y una ganancia de presión empinada. Caudales de orificio turbulentos alimentan dos cámaras compresibles, el pistón mueve la masa contra fricción de Coulomb y viscosa, una fuerza externa y topes elásticos. RK4 a 20 µs con presiones de cámara nunca bajo el tanque; el pQ de la alimentación iguala estrangulación, Fv de la carga, fricción y compresión salvo redondeo.

Qué probar

Da un mando pequeño y nada se mueve dentro del solape; uno mayor y el carro corre sobre el balance de las aristas. Abre el centro y lee la fuga en neutro y la ganancia de presión con el carro sujeto.

El modelo y sus límites

Aristas rectangulares sin juego radial ni fuerzas de flujo, corredera de primer orden, módulo constante, fricción en tanh. Ganancias y fugas son las de esta corredera idealizada.

Ecuaciones del módulo
Ecuaciones
A_PA = w·(x − u) (closed centre),  A_PA = w·(x + u) (open centre)
Q = C_d·A·√(2Δp/ρ),  dp_A/dt = (β/V_A)·(Q_PA − Q_AT − A·v)
m·dv/dt = (p_A − p_B)·A − F_fr(v) − F_ext + F_stop
Q_null = 2C_d·w·u·√(p_s/ρ),  p_L = p_s·((u+x)² − (u−x)²)/((u+x)² + (u−x)²)

Otros experimentos

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Compresor de aire — Imagen real de la aplicación

Engineering

Compresor de aire

Arranca un compresor monocilíndrico sobre un calderín de diez litros y mira subir el manómetro: cada carrera aspira aire por la lámina de admisión, lo comprime caliente y lo empuja por la lámina de descarga en cuanto el cilindro supera al calderín. La masa entregada por ciclo se reduce a medida que el calderín se llena, cerca de la fórmula de espacio muerto 1 − c ((p/p0)^(1/n) − 1); un espacio muerto mayor entrega menos. A la presión de consigna el presostato para el motor, el descargador vacía el cilindro y la máquina se detiene; abre el consumidor y el calderín se establece donde entrega y extracción se igualan. El trabajo del motor y la entalpía de admisión se contabilizan contra la energía interna del gas, el calor a la pared y al local y el aire entregado.

Distribución de máquina de vapor — Imagen real de la aplicación

Engineering

Distribución de máquina de vapor

Abre el regulador de una máquina horizontal alimentada con aire a 6 bar y mira cómo la corredera plana se adelanta al pistón: el solape y el ángulo de avance de la excéntrica se resuelven para que la lumbrera de vapor abra el avance en el punto muerto y cierre a la admisión elegida, exactamente acos(1 − 2c) de ángulo de manivela. Acorta la admisión y el aire se expande en el cilindro, menos aire por julio de trabajo pero menos trabajo por ciclo; carga el freno hasta que la presión media indicada no lo soporte y la máquina se pare; pon la manivela en el punto muerto y no arranca. La entalpía aportada se contabiliza contra escape, pared, energía del gas y trabajo indicado, el trabajo indicado contra volante, fricción y freno.

Mecanismo Stirling — Imagen real de la aplicación

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Mecanismo Stirling

Arranca un motor Stirling beta con la cabeza caliente a 650 K y el espacio frío a 300 K: el desplazador pasa el aire de uno a otro, el pistón de trabajo un cuarto de vuelta detrás recoge el trabajo, y la presión sigue la ley de Schmidt M R / (Vh/Th + Vc/Tc + Vr/Tr). Lee el trabajo del ciclo contra la fórmula cerrada de Schmidt y el calor recibido y cedido contra el rendimiento de Carnot; carga el freno hasta que el motor se pare; enfría la cabeza caliente y mira cómo se reduce el trabajo; pon ambos extremos a la misma temperatura y el volante se detiene. Cambia el ángulo de fase y encuentra los noventa y pocos grados que dan más trabajo. El trabajo del gas se contabiliza contra volante, fricción y freno.