lunes, 25 de octubre de 2021

PISTONES, Y MOTORES, FABRICADOS CON IMPRESORAS 3D

Pistón 3D con canales de refrigeración
IMPRESIÓN DE METAL
La técnica para la impresión de metal se conoce por su acrónimo inglés, DMLM (Direct Metal Laser Melting o Fusión Directa del Metal por Láser) aunque hay muchas variantes como DMLS (Sinterización Directa de Metal Láser) o EBM (Fusión por Haz de Electrones) o SLS (Sinterización Selectiva por Láser)

El proceso, al igual que las impresoras 3D convencionales que trabajan con plásticos termoestables, también se produce por fusión, pero en este caso lo que se funde es polvo metálico. El calor necesario es generado por un láser. Una boquilla suministradora va depositando finas capas de polvo de metal y un láser transfiere el calor al polvo que se acaba fundiendo. El polvo metálico suele ser de titanio, cromo-cobalto, aleaciones basadas en níquel, aluminio, acero y acero inoxidable, bronce y también metales preciosos.

También existen modelos en los cuales se utilizan sopletes de plasma para fundir el material metálico de alimentación.

Son impresoras con enorme precisión y un buen acabado superficial por lo que se usan en matricería. Lo normal es que el láser se monte en un brazo que en algunas impresoras tiene 4 ejes y en otras 5. Tantos grados de libertad permiten una impresión imposible por otros métodos y es por lo que se usa mucho en aeronáutica y defensa. También es el método ideal para reparar piezas desgastadas ya que se requiere un sistema de apoyo que suele ser la pieza a reparar.

PISTONES LIGEROS Y RESISTENTES

En entradas anteriores analicé la posibilidad de fabricar algunas piezas concretas de un tractor con impresión 3D, (https://www.masquemaquina.com/2019/03/se-puede-fabricar-un-tractor-con.html y https://www.masquemaquina.com/2019/04/se-puede-fabricar-un-tractor-con.html )

El análisis de hoy es más concreto y se refiere a la fabricación de motores y especialmente los pistones con impresoras 3D

Fabricación por adicción

La ventaja de la impresión en 3D es que es una fabricación por adicción, es decir que se van superponiendo material y por lo tanto se pueden crear piezas con formas que no se podría hacer de otra forma, como serían las técnicas de sustracción, o sería enormemente costoso.

Pistón 3D con estructura celosía

Para entender el proceso, imagínese que se desea fabricar un pistón con estructura, celosía, de nido de abeja. Este tipo de estructura es enormemente resistente, pero a pesar de que eso se sabe y es patente, no es nada fácil realizarlo; y eso es así porque hasta ahora la fabricación se debía hacer mediante técnicas de fabricación “tradicionales” como el mecanizado o la fundición o incluso la inyección. Sistemas que no permiten realizar algunas formas.

Con la impresión 3D se pueden resolver todos los problemas que se encuentran en la fabricación por “sustracción” (mecanizado)

La ventaja de disponer de un pitón con forma de celosía de nido de abeja es enorme, puesto que se disminuye mucho el material para su fabricación, y eso significa que el pistón tendrá menos inercia en su movimiento alternativo dentro del cilindro y además, sin perder nada de su resistencia.

Inercias y velocidad lineal: imagine el lector un pistón subiendo y bajando constantemente, a 2000 revoluciones por minuto, con unas velocidades lineales de 10 a 14 m/s con enormes presiones y altas temperaturas… (recuérdese que por cada vuelta que da el cigüeñal, el pistón debe recorre dos veces la distancia de la carrera del motor)

Pistón 3D

Pistón y bulón fabricados impresión 3D
Los pistones convencionales están fundidos o forjados de aluminio o acero. El proceso de fabricación implica que los pistones sean “sólidos” o con los “vaciados” justos que las técnicas de fundición permiten.

Con la impresión 3D las premisas de fabricación cambian totalmente. La fabricación por “adicción” implica que se pueden fabricar componentes con menos material. Por ejemplo, la fabricación de un pistón en celosía es posible con técnicas aditivas.

Un pistón en celosía implica menos material, y eso a su vez, implica, además del ahorro de material y de la reducción de inercia ya comentada, es que se permite una mejor refrigeración de la cabeza del pistón, reduciendo las áreas críticas de este elemento sometido a tan altas cargas, presión y temperatura. En un pistón impreso en 3D, se puede integrar el refuerzo estructural exactamente donde se necesita, resistiendo las altas temperaturas y presiones de la forma más efectiva y mejorando la estabilidad dimensional.

Además, con la reducción de masa también se favorece el enfriamiento en componentes asociados como las bielas, contrapesos del cigüeñal, rodamientos, y en general a todo el motor, como por ejemplo la reducción de fricciones que a la postre determinan la vida útil del motor.

TAMBIÉN PARA PRUEBAS Y ENSAYOS DE PROTOTIPOS

La impresión 3D muestra un enorme potencial en la realización de prototipos. Por ejemplo, en la elaboración de un pistón para el desarrollo de un motor, mediante moldeado convencional, puede llevar fácilmente 3 meses y eso siendo optimista. Con la impresión 3D, un pistón se puede fabricar y mecanizar en menos de una semana y así poder realizar una prueba de combustión dentro de ese motor prototipo.

Reducir el tiempo significa reducir la inversión, pero también es que es mucho más sencillo el proceso por el que un equipo de diseño de motores puede ajustar todos los parámetros: diámetro orificio bulón unión con la biela, relaciones de compresión, flujo de aceite de refrigeración, número de segmentos…

Otras oportunidades de la impresión 3D

Vídeo fabricación impresión 3D metal

Y es que el número de componentes fabricados por impresión 3D es tan amplio como piezas lleve el motor: bulones, culatas e incluso el bloque motor, culatas, turbo…

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domingo, 17 de octubre de 2021

CASE 150 RL CONTRA LAMBORGHINI AVENTADOR… O COMO LA PASIÓN TE PUEDE LLEVAR A FABRICAR UN TRACTOR CAPAZ DE TIRAR DE 44 VERTEDERAS

Kory Anderson en su CASE 150, septiembre 2019
UN CILINDRO, 44 VERTEDERAS

En tiempos de un mundo occidental demasiado “blando”, en el que el esperpento y el surrealismo describen fronteras no visibles pero tangibles. Una Europa con actuaciones grotescas por su exageración y su burda Administración contradictoria, y en fin un mundo occidental que ya perdió el norte y ahora observa como chinos, rusos, árabes… les “chorrean” y se les mofan… es cuando más se valora la iniciativa de algún digno representante de nuestra sociedad.

Y es que el trabajo de un ingeniero norteamericano, movido por su pasión desde niño por los motores de vapor y “confabulando” a una serie de amigos en su proyecto, ha conseguido hacer una hazaña. Porque de hazaña hay que calificar el proyecto de Kory Anderson, capaz de fabricar desde cero un tractor capaz de arrastrar hasta 44 vertederas… Un proyecto que ha levantado pasiones; las redes sociales (Facebook, YouTube…) se han encargado de airear el proyecto de Kory

EL TRACTOR

Un poco de historia

En realidad, el CASE 150 RL es el tractor a vapor más grande que se ha fabricado jamás.

Este tipo de tractor (locomotora extraviaría) se diseñó originalmente en 1904 y se fabricó en 1905 por la JI Case en Racine (Wisconsin). Se construyeron hasta 9 unidades, aunque ninguna ha sobrevivido.

Un amante de estas máquinas, K. Anderson, se propuso recrear, desde cero, una de aquellos formidables gigantes.

Kory y su hermano Scott a la edad de 5 años

Aquel tractor (locomotora Case Road se llamó originalmente) se diseñó para realizar trabajos pesados de transporte de carga. Era capaz de tirar de enormes pesos durante muchos kilómetros donde no había conexión ferroviaria.

Las unidades fabricadas se vendieron para minería, aserradores o incluso transporte de grano y efectivamente tuvo éxito debido a que sus competidores eran o bueyes o mulas o caballos.

En 1907 la JI Case deja de fabricarlas porque observa que su mercado es muy limitado y cada día el ferrocarril llegaba a más sitios. Algunas unidades se pasaron a realizar trabajos agrícolas y la JI Case pidió a sus ingenieros que los nuevos modelos se concentraran en ese mercado. Así se sacó un tractor a vapor de 110 CV con notable éxito (más de 700 unidades vendidas)

La máquina

Sus cifras son descomunales, hasta 37 toneladas de peso, un motor que quema carbón y madera para mantener una presión de funcionamiento en la caldera sobre 12 bar (kg/cm2) con un “depósito de combustible” de 3000 kg de carbón y 2500 litros de agua.

El ingeniero, padre de la criatura, Kory Anderson

Resulta curioso que, con solo 5 días de edad, los padres de Kory lo llevasen a un espectáculo de máquinas de vapor… En realidad, sus padres son dos apasionados por preservar la historia de las máquinas y eso creo el ambiente perfecto para que sus hijos compartieran la pasión.

El pequeño Kory crece y con tan solo 10 años ya pudo tocar la única pieza sobreviviente de un CASE 150, la caldera original. Es el momento en el que el futuro ingeniero empieza a soñar con las historias que le contaban sobre aquel legendario 150 CASE. El objetivo ya tenía forma: ver ese motor volver a la vida algún día.

Kory Anderson durante el proceso de fabricación
Con 16 años, año 2000, Kory ya había intuido que la única forma en que su sueño se haría realidad sería si devolvía el motor a la vida desde cero. Así que ahora tocaba aprender el oficio que no era uno solo, si no muchos: soldadura, fundición de hierro, diseño de piezas…

El proyecto de construcción: En 2006, con 22 años, K. Anderson crea su propia empresa para ir obteniendo recursos para financiar el proyecto multimillonario y que incluso consistió en comprar una fundición de hierro. Durante 10 años se van diseñando las piezas que conformará el Case 150.

En 2016, Kory y su equipo de amigos y apasionados por las máquinas de vapor empezaron a construir el gigante de 35 toneladas. Las piezas diseñadas se fabrican en la Dakota Foundry, la fundición situada en Webster, un pequeño pueblo de apenas 1800 habitantes en el estado de Dakota del Sur.

Las piezas fundidas pasan a talleres de mecanizado en Sheridan (Wyoming) donde también se montará el tractor. El montaje les lleva solo 16 meses.

Hoy, Kory Anderson es el presidente y director ejecutivo de Anderson Industries LLC y su subsidiaria Dakota Foundry Inc. unas empresas que dan empleo a más de 50 trabajadores. También imparten cursos de aprendizaje práctico para formar especialistas de élite en la industria del hierro y el acero.

El récord

Una vez fabricado era cuestión de exhibir a la “bestia”. El debut histórico de la máquina se hizo el 8 de septiembre en 2018, en el James Valley Threshing Show (Andover un pueblo de tan solo 80 habitantes de Dakota del Sur) En la exhibición el tractor “solo” se le pusieron 24 vertederas.

Tras esas primeras pruebas, llega el momento de ir a por el récord y será en septiembre del 2019, en el evento de la Western Minnesota Steam Threshers Reunion (WMSTR) en Rollag, Minnesota. El desafío consiste en arrastrar, haciendo labor, un apero, origen John Deere, con 44 vertederas que son manejadas por 44 operarios que van montados sobre el bastidor del apero.

El intento es todo un éxito, pero lo mejor es que se vea el vídeo…

CASE 150 & LAMBORGHINI AVENTADOR: NO HAY COMPARATIVA POSIBLE

Y es que, por comparar, aunque la comparativa en realidad es imposible por tratarse de dos máquinas totalmente diferentes, produce al menos “risa”. Pero si resulta interesante intentar comprender como un motor, de un solo cilindro, funcionando con vapor, es capaz de realizar una labor de tracción tan brutal como esta.

Dos máquinas impresionantes, comparativa imposible
Dos "maquinones", ingeniería pura, pero en extremo opuestos

En la fundición

Mecanizando

Enlaces interesantes y fuentes consultadas

viernes, 8 de octubre de 2021

CUBIERTA VEGETAL EN VITICULTURA

Cubierta vegetal en viñedo (Foto Lanza)
CONCRETANDO EL PROBLEMA

En España, al igual que en gran parte de los países con clima mediterráneo, dos fenómenos han intervenido mayormente en el manejo de los suelos agrícolas en los últimos 40-50 años: por una parte el paulatino aumento de la mecanización agrícola además, y a la par, el abandono del pastoreo. Si a esos dos fenómenos se le añade el boom experimentado por los herbicidas, e incluso las políticas orientadas a la producción, sin más, obtenemos la foto actual en la cual “la hierba” queda relegada en lindes y valladares, quedando, por lo general, implantada la apreciación de que el mejor agricultor es el que más limpio tiene su terreno (ver entrada "desyerbado mecánico en viticultura")

Pero el mundo es cíclico y algunos agricultores y técnicos llevan años tomando conciencia de problemas como la erosión, amén de plagas y enfermedades cada vez más fuertes, y, no olvidemos, aparición de resistencias de algunas “hierbas” a los herbicidas habituales. Así que la controversia está servida: ¿suelos desnudos o suelos con cubierta?

Hierbas, ¿perjudicial o beneficioso?: Las hierbas, maleza en general, pueden ser o no perjudiciales al cultivo. Son perjudiciales cuando su competencia por espacio, nutrientes, luz o agua perjudican al cultivo principal. Pero en muchos casos también pueden ser beneficiosas.

Si en el artículo de septiembre poníamos en evidencia los aperos más populares en el control mecánico de las malas hierbas con la idea de conseguir y mantener el terreno siempre limpio de malezas, en este presente artículo se analiza la posibilidad de la coexistencia mediante cubierta vegetal y el control de dicha cubierta.

En cultivos leñosos y en línea como es el viñedo en seto o espaldera, es bastante habitual en muchas latitudes encontrar cubierta vegetal; lo habitual con esta elección es intentar mantener la cubierta vegetal en las calles pero con la precaución de lograr que las líneas de plantación estén limpias, sin malezas.

CUBIERTA VEGETAL

Frente a la alternativa del laboreo del terreno o el uso indiscriminado de herbicidas está la alternativa del mantenimiento de una cubierta vegetal con el fin de mantener cierto equilibrio ecológico. Mantener la cubierta vegetal entre las cepas, o árboles en general, tiene unas claras ventajas, no exenta de inconvenientes.

Cubierta vegetal sembrada en viñedo Rioja Alta

Las ventajas de la cubierta vegetal frente a la opción del desyerbado mecánico están en el mejor control de la erosión; aumento de la fertilidad del suelo; promoción de la biodiversidad y, ojo, unos beneficios “intangibles” nada desdeñables.

Evitar la erosión

No se olvide que el capital de cualquier cultivo es el suelo, por lo que protegerlo y enriquecerlo debe ser el objetivo de cualquier buen agricultor.

Con las lluvias intensas, y en función de factores como pendiente y tipo de suelo, un terreno desnudo pierde una gran cantidad de tierra; tierra perdida que además es la más fértil.

Más agua infiltrada: en un suelo con cubierta el agua de lluvia penetra mejor y reduce la escorrentía. Además la evaporación con cubiertas bien gestionadas puede ser menor que en un suelo desnudo.

Aumento de la fertilidad

Una cubierta bien gestionada puede aumentar la fertilidad del suelo, reduciendo la necesidad de abonos químicos pues evita el lavado de nutrientes; aporta materia orgánica, mejora la estructura del suelo y oxigena el suelo activando vida microbiana.

Materia orgánica: la cubierta vegetal va enriqueciendo el suelo con material orgánica que significa una mejor estructura, menor compactación.

Biodiversidad

Un suelo con cubierta vegetal se convierte en un agroecosistema en el cual es constatable el aumento de insectos y otra “fauna” que pueden ayudar a prevenir de forma natural las plagas en los cultivos leñosos.

Al comparar suelos con cubierta vegetal con aquellos con laboreo continuado, se constata que en estos últimos existe una significativa reducción del número de insectos. En los suelos con cubierta vegetal se produce un aumento de la diversidad; los insectos y otra microfauna son responsables en gran parte del éxito en la polinización del cultivo; también en el control de plagas o incluso en la descomposición de materia orgánica que completa el funcionamiento de la cadena trófica.

Por último, se debe destacar el hecho de que una cubierta vegetal es capaz de fijar más carbono, CO y CO2, que el suelo desnudo por lo que la cubierta se convierte en “sumidero” de estos gases con efecto invernadero.

Beneficios intangibles, el valor social

Disco Emotteur
A los tangibles beneficios anteriores, se podrían añadir otros, no tangibles, pero igualmente positivos. Nos referimos al hecho, no obviable, de que el suelo con una cubierta vegetal “cuidada” resulta más bonito y eso “se puede vender”. La existencia de una cubierta mejora el paisaje y esto puede traer un mayor valor para el enoturismo o incluso la caza y la riqueza ornitológica. Es un hecho, que las poblaciones de pájaros y aves han ido decreciendo en muchas latitudes, entre ellas las bandadas de aves insectívoras como las golondrinas o vencejos; pero este tipo de aves son muy necesarias para controlar plagas como el mosquito verde, o la mosca del olivo.

Bonito con “glamur”: Los productos obtenidos de cultivos como el olivar o la vid y su consideración alimentaria, proporciona una vertiente que hay que saber explotar, “la imagen”. Además, sobre todo en el caso del vino, el marchamo añadido de glamur se debe saber explotar uniéndolo a la imagen de que lo “lo verde”, lo ecológico, vende.

MANEJO

Una cubierta vegetal es en realidad una forma de cultivo, o se hace bien o puede ser un desastre para el cultivo principal. Una cubierta vegetal no puede competir con el viñedo o el olivar o el cultivo principal, haciendo un uso excesivo del agua y los nutrientes disponibles; la decisión de mantener el suelo con cubierta vegetal debe buscar sostenibilidad pero también rentabilidad.

Cubierta vegetal: ¿sembrada o espontánea?

No existe una fórmula fija, se debe aprender con el tiempo. No se olvide que la cubierta vegetal es en realidad un cultivo con el que se debe interactuar.

Lo ideal es, al menos al inicio de la elección de esta forma de cultivo, es optar por la siembra. Una vez instaurada la cubierta deseada se puede ir autogenerando y llegar a ser espontánea.

Con la siembra se podrán seleccionar plantas cuya efectividad en el control de plagas esté demostrada. Hay muchas especies vegetales con propiedades favorables a ciertos controles; por ejemplo la olivarda o los jaramagos en su acción reductora de hongos “verticilium”; o especies con cualidades tanto comestibles como medicinales como manzanilla, correhuela, diente de león. La opción más popular es la mezcla de veza, trébol, alfalfa y alguna gramínea. Y para ribazos y lindes se puede ir a borraja, hinojo o espárrago triguero.

CONVIVIENDO

Es muy habitual encontrar agricultores que han optado por mantener las calles con una cubierta controlada, mientras que se mantienen limpias las líneas de plantación, en emparrados vitícolas, o los ruedos de árboles como olivos o pistachos.

Dedos flexibles

Con esta forma se debe controlar la cubierta en calles mediante siega mecánica, y las líneas de plantación con laboreo mecánico mediante intercepas.

Siega: La siega produce un efecto de acolchado que resulta muy beneficioso ya que, por una parte, dificulta la nascencia de nueva hierba, y por otra, reduce la evaporación, sombreando el terreno. No se olvide que además, la descomposición de esa materia orgánica supondrá un positivo abonado o que, suponiendo que se haya sembrado leguminosas, existe el beneficio añadido de la fijación del nitrógeno atmosférico.

Herbicida

El herbicida se ve, desde el desconocimiento, como el “gran enemigo”. Puede ser, de hecho lo ha sido, que su uso indiscriminado ha causado grandes daños incluso en aquellos cultivos a los que “pretendía” proteger. Pero ojo, el uso adecuado, con buena elección y técnica de aplicación (materia activa, dosis, época…) de los herbicidas, redundará en un bien para los cultivos y en la rentabilidad de los mismos.

Más de 25 sustancias activas: Y es que saber elegir un herbicida correcto: preemergencia, postemergencia, selectivo, sistémico, de contacto, acción foliar o residuales (suelo-activos)… es el primer paso para el éxito y para evitar penosas acciones por un uso adecuado. No es lo mismo un herbicida selectivo como el quizalofop-p-etil, que el popular glifosato, o uno residual como el diurón, simazina o el oxifluorfén que uno hormonal tipo MCPA o 2,4D; tampoco es lo mismo en el coste de cada uno de ellos.

En la vid los herbicidas más usados son aquellos a base de glifosato (sistémico de post emergencia), el oxifluorfen (selectivo de pre y post emergencia para hierbas de hoja ancha)

La selección del momento del tratamiento (los tratamientos tempranos tienen mayor eficacia) a la par que la buena elección de las condiciones de aplicación (correcto estado del pulverizador, correcta calibración, condiciones meteorológicas) hará que las resistencias de algunas “hierbas” debidas al mal uso y mayor frecuencia, sean menores.

¡Vaya lío!: Las numerosas sustancias activas (Clortoluron, isoproturon, trifluralina, linuron, clorsulfuron, fenoxaprop-etil, bromoxinil, metribuzina, tralkoxidim, clodinafop) unidas a las numerosas marcas comerciales que las usan con diversas formulaciones e incluso combinaciones, hace que la selección correcta no sea cosa baladí.

MAQUINARIA PARA EL MANEJO DE LA CUBIERTA VEGETAL

Desbrozadoras y segadoras son las “reinas” en el manejo de cubiertas vegetales. Por supuesto los aperos intercepas para el laboreo exclusivo de la línea de plantación también 

Desbrozadoras-Segadoras: Es habitual confundir el concepto de desbrozadoras con trituradoras; la “confusión” puede estar justificada porque a veces la misma máquina se usa para ambas cosas. Yo, particularmente, uso el nombre de desbrozadora para máquinas sin alimentador y cuando el machaqueo se produce por acción del golpe contra el suelo.

Las desbrozadoras pueden ser de martillos con eje horizontal, o bien de cadenas que rotan sobre uno, o dos, ejes verticales. Ambas están accionadas por la toma de fuerza.

Si el terreno es muy pedregoso se recomienda las de cadenas aunque su anchura de trabajo está limitada por la irregularidad del terreno. Una alternativa es la desbrozadora de cuchillas en la cual la cadena se sustituye por este elemento. La labor de segado es mejor pero no son aptas para terrenos pedregosos y no realizan labor alguna de triturado.

Las de eje horizontal tienen la ventaja de tener un triturado más uniforme. No es apta para el uso en el triturado de sarmientos ya que al no llevar alimentador se forma una maraña en todo el ancho de trabajo y el sarmiento se va arrastrando sin llegar a que los martillos puedan realizar su labor.

En olivar por el contrario si son muy recomendables pues son aptas para triturar restos de poda hasta 5-6 cm de diámetro y picar los restos de desvaretado.

Según modelos, pueden tener desplazamiento lateral mediante un cilindro hidráulico y así acercarse más a la línea de plantación si fuese necesario.

Otro tipo son las de latiguillos laceradores que incluso pueden incorporar un sistema de palpador y electroválvula similar a los intercepas para trabajar sobre la misma línea de plantación.

Trituradoras-Picadoras: Cuando el agricultor elige la cubierta vegetal es habitual que también incorpore los restos de poda al suelo mediante la trituración de los sarmientos. En este caso el uso es de trituradoras de martillo, similar a las descritas como desbrozadoras de eje horizontal pero con un alimentador movido normalmente por un motor hidráulico.

Previamente, o a la par, se efectúa un hilerado de los sarmientos con cepillos barredores.

Los sarmientos los tritura por impacto del martillo contra una chapa resistente.

Estas máquinas con alimentador tan apropiadas en los viñedos no lo son tanto en olivar donde el papel del alimentador puede llegar a ser más secundario y las máquinas con machaqueo contra el suelo también hacen una buena labor.

La disposición de las máquinas admite todas las posibilidades: Se pueden montar en el morro del tractor y se trabaja por delante del mismo o por detrás. En el caso de enganche trasero entonces el tractor puede pasar por encima del cordón a triturar o caminar marcha atrás.

Rulo regenerador: Se trata de una herramienta que ayuda a mantener la cubierta vegetal. Su acción consigue tronchar la hierba evitando que continúe su crecimiento.


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