Motor Candy Clase H

Tecnología Candys
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Motor candy clase H
Buenas les dejo info del motor que armamos con Juan Carlos
El diseño original creo que viene del antiguo foro de cohetería.
La carcasa del motor es de acero común (caño estructural del que venden para hacer muebles, etc), lo supe comprar en Hierros Comechingones (negocio de Córdoba) no me dieron mucha más info de que era.
Diámetro exterior teórico 1¼ de pulgada (pulgada y un cuarto) 31.75mm
Espesor de la pared: 1.6mm
Caño con costura.
Tapón trasero de aluminio torneable, esta tratado térmicamente respecto del aluminio común. Lo compré en Del Metal (un negocio de Córdoba que vende metales No ferrosos)
Tobera de “hierro”, también comprado en Hierros Comechingones, me fraccionaron 150mm de barra de 32mm y vaya a saber que es.

Tubo motor:
Diámetro externo medido: 31.7mm a 31.8mm
Diámetro interno medido: 28.54mm
Espesor de pared: 1.6mm a 1.62mm
Longitud total: 292mm
Longitud de la cámara de combustión: 256mm
Fijación tobera: mediante 6 tornillos Allen M3 x 6 cabeza cilíndrica
Fijación Tapa: mediante 6 tornillos Allen M3 x 6 cabeza cilíndrica

Tobera (torneada por Juan Carlos):
Diámetro de garganta: 6.5mm
Ángulo convergente: 90°
Ángulo Divergente: 24°

Combustible:
Tipo BATES 5 granos de combustible Candy (65% nitrato de potasio y 35% Sorbitol) inhibidos en la cara externa.
Largo del grano: 50mm
Diámetro externo: 28mm
Diámetro interno: 10mm

Presión máxima de trabajo del tubo motor:
Se tomó como punto de partida Acero 1010 y un valor S de 22100 (50% del que figura en tablas de 44200) por ser tubo con costura

Usando la calculadora de presión máxima del sitio: https://www.engineersedge.com/calculators/pipe_bust_calc.htm

Calculo del motor realizado con la planilla de Richard Nakka:




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Resultados del ensayo del motor

Los granos fueron amasados por Juan Carlos aproximadamente en el 2014, los mantuvo guardados con silica gel para que no se humedezcan.
El ensayo fue realizado el 21 de Agosto de 2022 (si, estuvimos unos cuántos años en standby jaja)

Peso del grano más inhibidores total: 199.38g

Grano 1:
Peso: 40.2g
Longitud: 51.75mm
Diámetro interno: 9.5mm
Diámetro externo: (con inhibidor): 27.7mm

Grano 2:
Peso: 40.37g
Longitud: 51.7mm
Diámetro interno: 9.5mm
Diámetro externo: (con inhibidor): 28mm

Grano 3:
Peso: 40.62g
Longitud: 52mm
Diámetro interno: 9.7mm
Diámetro externo: (con inhibidor): 28mm

Grano 4:
Peso: 38.08g
Longitud: 51mm
Diámetro interno: 9.7mm
Diámetro externo: (con inhibidor): 28mm

Grano 5:
Peso: 40.7g
Longitud: 51.3mm
Diámetro interno: 9.7mm
Diámetro externo: (con inhibidor): 28mm

Iniciador:
Saquito de pólvora negra con iniciador eléctrico.

Estopín: Capuchón azul, cable naranja, estopín color rojo oscuro.
Resistencia: 2 Ohm

Carga de pólvora negra: 1g

El iniciador se ubicó aproximadamente entre medio de los granos 1 y 2 (siendo el grano N°5 el más próximo a la tobera).

Opérculo: Tapón de papel tissue

Resultados:

Empuje pico: 61.7 kg
Presión máxima: 54 Atm (793.58 PSI)

Tiempo de quemado tomado desde 2 Atm a 2 Atm: 1265 ms
Tiempo de quemado tomado desde 7 Atm a 7 Atm: 1037ms

Estimación del motor usando la herramienta Trust Curve Tracer (https://www.thrustcurve.org/)

Motor clase H229
Tiempo total de quemado 1.42s
Empuje promedio 228.63N
Empuje máximo: 592.67N
Impulso total: 250.65N


En Azul la curva de presión en Atmósferas, en rojo la curva de empuje en kg y en verde el pulso de disparo (no a escala se usaron 12V).

Para la adquisición de datos se usó transductor de presión pasivo de 1500psi y celda de empuje pasiva de 500kg (es lo que tenía a mano para medir) y una interfaz USB DATAQ DI-1100 configurada para tomar 4000 muestras por segundo con 11 bit de resolución (https://www.dataq.com/products/di-1100/)

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Hola Rubén!!!

Gracias por compartir en detalle la construcción de este motor!!
Se la banco sin problemas el tubo de acero, muy bien!!! Ando con ganas de retomar el uso de motores candy, tengo por ahí guardado un H también que es “copia fiel” de un motor de Marcelo Hacker y compañía, el mismo tiene 4 usos, el primero fue prueba estática y los otros 3 montados en un vector pesadito, de poco mas de 1.80mts y 83mm de diámetro, recuerdo que con el altímetro alfa llegamos a 420 mts de altura.

Me llama la atención la salida lateral que tiene la tapa de aluminio, al principio pensé que podría ser para encender desde allí el motor pero en la foto final veo que el ignitor entra por la tobera. Cuál es la función?

El aluminio tratado térmicamente seguramente es un 6063 T6, usado en la industria aeronáutica.

Saludos!

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Hola Gustavo, este motor en particular la carcasa cometí el error de hacer los agujeros muy cerca del borde por lo que hubo una ligera deformación, luego mecanicé una carcasa nueva a la cual le hice 2 ensayos en banco, misma tobera y mismo tapón pero nuevo tubo con mas material al borde de los agujeros, en su momento compré 3m de caño (no me lo fraccionaban). Este motor Todavía no ha volado, pero Juan Carlos tiene el gemelo de donde esta copiado este que allá por los años 2012-2014 hicimos varios vuelos, creo que 3 con cohetes de Juan y uno con el cohete mio todos con falla de despliegue de paracaídas, después entramos en pausa y ahora ando tratando de retomar, pero se me hace lento, ya hace más de 1 año que hice la última prueba en banco del motor, ya tengo casi listo el cohete que ya voy a subir un posteo.
La salida lateral del tapón es la toma de presión, es un acople que si no me equivoco se llama AN-3.
El aluminio si, debe ser un 6063, en su momento no pregunté que era, pero el tornero me dijo que las barras todas son aluminio tratado térmicamente para que sea más duro y se pueda mecanizar mejor.
Ya voy a subir los resultados de los otros 2 ensayos.

Ahí se ve como se deformó un poco, al otro tubo le dejé mas material al borde y no sufrió ninguna modificación con los 2 ensayos.

Saludos!

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Acá dejo el video del ensayo:

https://youtu.be/RJRBobOmLag

Saludos.

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Continuando con el post, el primer ensayo se hizo con un grano que tenía 8 años de fabricado.
Nos juntamos con Juan Carlos a amasar unos granos mas de prueba en diciembre de 2022
Juan Carlos los hace por recristalización a los granos, se mezcla el sorbitol y el nitrato con agua destilada y se calienta y revuelve hasta que se evapora toda el agua.
Hicimos 4 juegos de granos:
Un juego con Sorbitol y Nitrato solo
Dos juegos con el agregado de un fluidificante
Un juego reemplazando el nitrato de potasio con “Sal nitro” (las muestras fueron muy difícil de encender y se apagaban solas)

Primer ensayo de esta amasada (el motor, salvo el cambio de la carcasa sigue siendo el mismo)

Grano de combustible:
Propelente: CANDY 65% Nitrato de Potasio y 35% de Sorbitol mas Etil Lauril sulfato de sodio (GENAPOL)
Sorbitol Liquido al 70%
Nitrato de Potasio grado técnico
GENAPOL lote: 102-220420 (Venc. 04/23)
Tipo BATES 5 segmentos inhibidos solo en cara externa
Sin o-ring entre segmentos ni protección térmica en la carcasa
Tipo de amasado: Por recristalización
Fecha de amasado del grano: 03 de Diciembre de 2022
Amasado por: Juan Carlos y yo

Peso del grano más inhibidores total: 196.12g

El moldeo de los granos fue perfecto, la fluidez permitió llenar los moldes sin problemas y los granos quedaron muy bien terminados, lo que nos llevó a hacer otro juego mas de granos.

resultados:

En cuanto a la presión máxima la calculada fue de 73.01 Atm (1073 PSI) mientras que la presión máxima alcanzada en el ensayo fue de unos 20 Atm (293.919 PSI).

El agregado de este fluidificante redujo considerablemente la velocidad de quemado además de retardar considerablemente el encendido inicial del motor.

video del ensayo:

https://youtu.be/ynyff_P3LMU


El siguiente ensayo se probó el otro juego de granos con fluidificante, se imprimaron las puntas de los granos con pólvora aluminizada (sacada de una bomba de estruendo de pirotecnia) esperando que encienda mejor y más rápido.

Resultados:
Si bien el arranque no tosió como el otro si demoró en iniciar y la velocidad de quemado se redujo igual que en el anterior ensayo. El agregado de pólvora negra imprimada generó un buen pico de presión de 65 Atm (955.237 PSI).

Video del ensayo:

https://youtu.be/SumhDKw_SIo

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El siguiente ensayo es del juego de granos con sorbitol y nitrato de potasio sin ningún agregado

Fecha: 12 de enero de 2023
Grano de combustible:
Propelente: CANDY 65% Nitrato de Potasio y 35% de Sorbitol
Sorbitol Liquido al 70%
Nitrato de Potasio grado técnico
Tipo BATES 5 segmentos inhibidos solo en cara externa
Sin o-ring entre segmentos ni protección térmica en la carcasa
Tipo de amasado: Por recristalización
Fecha de amasado del grano: 03 de Diciembre de 2022
Amasado por: Juan Carlos y Yo
Peso del grano más inhibidores total: 201.13g
Iniciador:
Saquito de pólvora negra con iniciador eléctrico.

Estopín: Capuchón azul, cable naranja, estopín color rojo oscuro.
Resistencia: 1.6 Ohm

Carga de pólvora negra: 1g

El iniciador se ubicó aproximadamente entre medio de los granos 1 y 2 (siendo el grano N°5 el más próximo a la tobera).

Opérculo: Masilla butílica

Resultados:

Empuje pico: 32 kg
Presión máxima: 56.11 Atm (824.58969 PSI)

Tiempo de quemado tomado desde 7 Atm a 7 Atm: 1423 ms

Los granos se observaban algo despegados de los inhibidores debido a la contracción de la mezcla. Debido a esto los inhibidores se quemaron más de lo normal

En el tubo motor no se observan puntos calientes ni pérdidas en los O-ring.

Estimación del motor usando thrust curve tracer:

Enlace al video del ensayo:
https://youtu.be/nChzelA2Hmg

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Muy bueno muchachos!! cuanta información que recopilaron!!

Me surgen algunas dudas respecto a la recristalización del candy. Aparentemente por lo que comentas, ayudo a la fluidez de la mezcla al armar los granos por lo que me gustaría probar la técnica dado que ando con ganas de volver al ruedo con estos motores.

En que proporción o cuanta cantidad de agua destilada agregaron a la mezcla?

Por otro lado, cuando detallas las características del propelente:
Propelente: CANDY 65% Nitrato de Potasio y 35% de Sorbitol
Sorbitol Liquido al 70%
Nitrato de Potasio grado técnico

Sorbitol líquido? se consigue en este estado o es el resultado de la mezcla con el agua destilada?

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Hola Gustavo.
Vamos por parte:
Sorbitol al 70% es lo que se consigue acá en Córdoba, viene diluido con agua destilada. No estoy pudiendo conseguir en polvo.

El nitrato de potasio viene grado agro (el más barato pero con mas impurezas) Grado técnico (mas puro) y grado laboratorio (extremadamente puro y caro).
Primero se seca el nitrato y se lo pesa. El sorbitol se pesa y se lo multiplica por 0.7 para sacar la cantidad correcta.
Para prepararlo por recristalización vamos diluyendo el nitrato de potasio en agua destilada a medida que lo calentamos, agregamos el agua de a poco hasta que se diluye por completo. Luego agregamos el sorbitol líquido y se revuelve hasta que se evapora toda el agua.
El problema con el preparado por recristalización es que la mezcla queda muy pastosa (consistencia de masa de pan) y se hace muy difícil colar los moldes de los granos.
Juan Carlos que tiene torno, lo hace sólido al grano y después lo perfora con el torno para hacer el alma (el centro del grano).
Yo por mi parte uso un noyo o varilla de 10mm para hacer el alma y se me complica aún más.
Nakka le agrega un fluidificante etil lauril sulfato de sodio con lo cual queda más líquida, acá Juan Carlos consiguió GENAPOL

Y agregamos unas gotas como muestra Nakka:

Esto mejoró muchísimo la mezcla, quedó más líquida y se pudo colar sin inconveniente pero bajó mucho la velocidad de quemado y por ende el empuje del motor.
Me queda hacer más pruebas a ver si con óxido de hierro recupera velocidad de quemado, si la velocidad de quemado queda constante y se puede reducir diámetro de tobera, probar con otra cosa en lugar del GENAPOL (detergente, etc).

Saludos!

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Gracias por las aclaraciones Rubén!

En ML se consigue el sorbitol en polvo, pero es mucho mas caro que el líquido por lo que puedo ver:
https://articulo.mercadolibre.com.ar/MLA-1284327778-sorbitol-puro-en-polvo-1-kilo-_JM#position=2&search_layout=grid&type=item&tracking_id=7a00757a-5123-4855-aeea-c21d84d013ec

Saludos!

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Gracias por el dato, si, es bastante mas caro, calculo en algún momento se conseguirá acá en Córdoba, que lo que he notado es que el sorbitol líquido siempre se consigue, mientras que el que viene en polvo depende de la época a veces se consigue y a veces no.
Tengo un poco en polvo que supe comprar hace como 10 años atrás, con el cual hice un juego de 5 granos, ese lo dejo para hacer un vuelo, pero si me sigo demorando en hacer el lanzamiento voy a ver de hacer otro juego con sorbitol en polvo como para comparar resultados .
Saludos