Motor candy "Toyota"

Motor Candy clase H “Toyota”
Vamos a empezar por el nombre, cuando le cambié los amortiguadores a mi Toyota Etios (soy aficionado a arreglar mi auto también) los amortiguadores viejos decidí desarmarlos (primera vez que desarmo los amortiguadores) con la idea de ver que podía recuperar de estos, les advierto es bastante sucio el asunto y el líquido adentro esta presurizado por lo que sale a presión, primero lo perforé con una mecha de 3mm y le puse una botella recortada para que no salte tanto, volviendo al asunto, adentro de los amortiguadores delanteros me encontré con un tubo de acero perfectamente redondo y bien liso (por donde corre el émbolo del amortiguador) de unos 32.8mm exteriores y 1.2mm de pared y me dije “que lindo tubo para hacer un motorcito candy” y así nació el motor Toyota.
El tubo es sin costura, perfectamente liso, de algún acero bueno (se nota al perforarlo) no se cual será, pude recuperar 255m de longitud. Lo bueno es que me permitió trabajar con tolerancias mas ajustadas, esto me permite que el o-ring de la tapa y tobera esten mejor ajustados y facilite el armado y desarmado del motor. En el anterior motor con tubo de hierro estructural y con costura este era el punto débil y complicado, tener que sacar la costura, el caño estaba ovalado, las ranuras de la tobera donde van los o-ring quedaron mal y ningún o-ring quedaba bien, quedaba demasiado apretado y era dificultoso armar el motor sin que los o-ring se pellizquen.
Mis habilidades de diseño y torneado no son las mejores (Soy Ing. En Telecomunicaciones), con la ayuda de un amigo que es Tec. Mecánico y tornero, además de saber hacer muy bien planos, me dio una mano para aprender a usar cierto programa truchado para diseñar la tapa y la tobera del motor. Diseñé la tapa y la tobera, luego las imprimí en plástico 3D para verificar el calce de los o-ring y que estuvieran bien.
El tapon lo mecanicé yo en un torno y fresa prestados, la tobera no me animé por el mecanizado en ángulo y me la mecanizó mi amigo (me hizo 2).
La tobera decidí hacerla sin cono divergente, si, el rendimiento del motor cae bastante, pero observando en el anterior motor que la tobera se erosiona, lo hice pensando que sea fácil hacer nuevas toberas.
Hasta ahora este motor ha sido disparado 2 veces, hice 2 motores, 1 voló en el cohete BETRIA en Noviembre de 2024 y el otro lo probé en banco durante la visita de los colegas de Buenos aires y Capital.
En el vuelo del cohete el mismo levantó 271 m de altura, nada mal, y suficiente para tener un cohete y motor que sean “caballito de batalla” para probar sistemas de recuperación y electrónica de a bordo.
Por ahora les dejo algunas fotos y los planos de la tapa y la tobera, planos del tubo no hice, si en algún momento los hago los adjuntaré.
Trabajos a futuro: hacer una tobera con divergente y comparar resultados



tobera_motor_toyota.pdf (39.3 KB)
tapon_motor_toyota.pdf (47.8 KB)

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Calculos del motor con la planilla SRM de Nakka:
Diámetro interno de la cámara de combustion: 30mm
Largo interno de la cámara de combustion: 225mm
Diámetro externo del grano: 27mm
Diámetro interno del grano (inicial): 10mm
Longitud de cada Segmento del grano (inicial): 55mm
Cantidad de granos: 4 granos inhibidos en la cara externa
Masa Total del Grano (inicial): 190g
Kn0=327
Diámetro de la garganta: 6.5mm
Presión máxima: 67.9 atmósferas (998 PSI)

Motor TOYOTA
utilizando propelente KNO3 Sorbitol
Masa del grano 0,190 kg.
0,419 libras
Impulso Total 215,5 N-seg.
48,5 lb-seg.
Empuje promedio 246,9 Newton
55,5 libras
Tiempo de empuje 0,873 seg.
Impulso Específico (Isp) 115,6 seg.
Clasificacion del Motor H 247



Modelos 3D de la tapa y la tobera que usé para hacer las pruebas antes de mecanizar las piezas en metal
tobera_motor_toyota.STL (81.5 KB)
tapon_motor_toyota.STL (63.9 KB)

Video del ensayo en banco:

https://youtu.be/e5LqKmAo0YA

Resultados:


Máximo empuje: 206.15N
Impulso total: 164.01Ns
Impulso promedio: 119.55N
Tiempo de quemado total: 1.87s
Designación H120

Algunas fotos mas del motor:




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Nueva tobera con divergente:

Con la idea de medir cuánto rendimiento se pierde al hacer la tobera sin divergente mecanicé un par de toberas con divergente:

El material usado es acero 1010.

tobera toyota larga.pdf (36,9 KB)

En breve haré ensayos en banco para comparar resultados.

Saludos

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Continuando con el ensayo

Combustible candy KNSB nitrato de potasio - sorbitol (65-35%)

Diámetro interno de la cámara de combustion: 30mm
Largo interno de la cámara de combustion: 225mm
Diámetro externo del grano: 27mm
Diámetro interno del grano (inicial): 10mm
Longitud de cada Segmento del grano (inicial): 55mm
Cantidad de granos: 4 granos inhibidos en la cara externa
Masa Total del Grano (inicial): 199.4g
Kn0=327
Diámetro de la garganta: 6.5mm

Respecto al anterior en estos se les imprimó las puntas a los granos con pólvora aluminizada de cuetes.

Iniciador: saquito de pólvora 1.12g (pólvora ACEMA)

Curvas de presión y empuje:

Resultados:

Impulso total: 232.688 N

Impulso Promedio: 166.206 N/s (tiempo de quemado 1.4 segundos)

Máximo empuje: 260.16N (26.52kg)

Presión máxima: 55.53 Atm

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Comparando resultados, la diferencia a favor de la tobera con divergente es:

Impulso total: 41.8% mayor

Impulso promedio: 39% mayor

Empuje máximo: 26.2% mayor

Si bien sabía que una tobera con divergente rinde mas que una sin, pero no sabía por cuanto.

Ahora se que es bastante y dependiendo del objetivo vale la pena la complejidad en el mecanizado a favor de los resultados que se obtienen.

A futuro si puedo voy a hacer 2 ensayos mas con y sin divergente para promediar los resultados

Video del ensayo:

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Les dejo los planos de la tapa y la tobera. Planos del tubo no hice todavía.

Tobera Corta.pdf (40,2 KB)

tapon_motor_toyota.pdf (47,5 KB)

tobera toyota larga.pdf (36,9 KB)