HACER PRUEBAS A PLACAS DE POLICARBONATO
2.4 PROTOTIPO Y PRUEBAS REALIZADAS.
Como se indica en los planos de detalle del anexo B, el material requerido para elaborar el banco de pruebas, consta de:
9 Un inductor de 2 µH.
9 Cuatro capacitores de alto voltaje.
9 Un motor eléctrico de corriente directa.
9 Un metro de solera de acero para las abrazaderas.
9 Un transformador elevador de 120 a 220 V de 110 watts.
9 Una bobina automotriz de la macar Bosch.
9 Una resistencia de 46 KΩ a 25 watts.
9 Cuatro diodos rectificadores de horno de microondas.
9 Una resistencia de 80 Ω a 25 watts.
9 Dos metros de cable de alto voltaje (40 Kv).
9 Seis metros de cable duplex para 600 votls.
9 Un arnés de encendido electrónico para VW.
9 Catorce tornillos de cruz de para madera.
9 Dos tornillos de cabeza hexagonal para madera.
9 Ocho zapatas hembra para capacitor de nailon.
9 Cinco placas de madera de pino.
9 Un reflector para lámpara estroscópica.
9 Una pinza tipo caimán para cable.
Parte del material empleado para este prototipo, se puede observar en la figura 2.23 y las especificaciones técnicas de cada componente usado se encuentran en el anexo A.
Todo el materia utilizado en el prototipo es de uso común que fácilmente se puede adquirir nuevo o usado, como es el caso de los diodos de horno de microondas, el distribuidor, el motor eléctrico, los capacitores de bote, etc. El hecho de fabricar el banco de pruebas con materiales comunes no significa que no tenga la capacidad de trabajar adecuadamente, por el contrario facilita su construcción empleando herramienta de uso común. Por ejemplo para trabajar la madera no se requiere de máquinas industriales basta con utilizar herramienta eléctrica domestica, como se observa en la figura 2.24. Y que consta de:
9 Una sierra circular manual.
9 Un router con sus fresadoras.
9 Una sierra caladora.
9 Una rectificadora manual (mototool) con accesorios.
9 Prensas manuales.
Otro motivo para usar este tipo de material y herramientas es debido a su bajo costo, si una pieza llega ha fallar durante las pruebas del dispositivo, es fácilmente reemplazable como en el caso del material eléctrico que es por lo general el que presenta más fallas.
En cuanto al procedimiento de fabricación que se siguió, se puede señalar que se comenzó por elaborar el soporte de madera para colocar motor, el distribuidor y la bobina (figura 2.25). Después se fabricaron las abrazaderas utilizando la solera previamente cortada, una prensa de tornillo y un martillo, el principal problema que se presento fue conformar la curvatura de la solera; sin embargo, se resolvió mediante un corto proceso forjado que consistió en utilizar un cilindro de acero junto con el martillo para formar curva de la abrazadera.
Figura 2.25 Soporte del banco de pruebas
El siguiente paso fue elaborar el rotor donde se instalan las placas de material fotoelástico. Este también se elaboró en madera; sin embargo, se recurrió a un taladro de columna para barrenar el orificio por donde entra la flecha del motor y con el router de carpintero para hacer las ranuras que presenta el rotor (figura 2.25). El siguiente
elemento que se fabrico fue el acoplamiento entre el rotor y el distribuidor. La junta se manufacturó utilizando una fresa para metal y el mototool instalado en un aditamento especial para corte perpendicular (figura 2.24). El acoplamiento se elaboró de una barra de aluminio comercial. Finalmente se ensamblaron todos los elementos para conformar el dispositivo de sincronía del banco de pruebas. La máquina fue probada con una lámpara estroboscópica inductiva fuera del polariscopio, para comprobar que el distribuidor sincronizara adecuadamente. En una prueba posterior el dispositivo se instalo dentro del polariscopio circular como se puede ver en la figura 2.26.
En dicha prueba se determino satisfactoriamente que el principio de estroboscopia bajo el cual funciona el banco de pruebas es adecuado puesto que se puede observar el patrón de franjas isocromáticas del modelo fotoelástico a 4000 rpm en la figura 2.27.
Figura 2.27 Imagen conseguida con el dispositivo de sincronía
Posteriormente se fabrico la fuente de poder de la lámpara estroboscópica. Para esto se utilizaron los componentes eléctricos antes mencionados, el diagrama eléctrico de la fuente de poder y la pistola de soldar para unir los cables eléctricos de cada componente. Todo el conjunto de elementos se acomodó en la caja del reflector de la lámpara estroboscópica como se muestra en la figura 2.28.
Para certificar que la lámpara estroboscópica funciona correctamente a la frecuencia requerida por el dispositivo, se ejecutó la prueba de ésta sin el dispositivo de
sincronización, para ello se utilizo un microcontrolador PIC16F627-04/P previamente programado y manipulado por una computadora personal a través del puerto serial RS232. La computadora permite cambiar la frecuencia de salida del microcontrolador en un rango de 0 a 20000 Hz con ello se consigue operar la lámpara estroboscópica a diferentes frecuencias. La figura 2.28 muestra el microcontrolador, la bobina de disparo la lámpara estroboscópica y la fuente de poder del microcontrolador para realizar la prueba descrita.
Figura 2.28 Circuito electrónico utilizado para probar la lámpara estroboscópica
Al estar variando la velocidad de destello de la lámpara estroboscópica mediante el microcontrolador, se determinó que al trabajar en un rango de frecuencias de 1 y 80 Hz la fuente de poder recarga rápidamente el banco de capacitores sin experimentar
retraso, es decir, la lámpara estroboscópica destella sincronizadamente con la señal de disparo del microcontrolador. Sin embargo, al incrementar la frecuencia por encima de 80 Hz, la lámpara comienza a perder sincronía con el microcontrolador. Para determinar el rango de frecuencias de asincronía, se utilizo un osciloscopio conectado a la terminal de disparo del microcontrolador (vea la figura 2.29). Con el instrumento se verifico que la pérdida de sincronía de la lámpara estroboscópica con respecto a la señal del microcontrolador se encuentra en un rango de frecuencias de 81 a 200 Hz.
Figura 2.29 Osciloscopio conectado a la terminal de disparo del microcontrolador
El resultado de la prueba demostró que cuando la lámpara estroboscópica trabaja en el rango de frecuencias entre 81 y 200 Hz provoca que el banco de capacitares no tenga suficiente tiempo para recargarse completamente y esto provoca el destello asíncrono
del flash. Sin embargo, si la lámpara estroboscópica trabaja dentro del rango de frecuencias de 1 a 80 Hz, no pierde sincronía con la señal procedente del microcontrolador certificando así que los cálculos realizados para determinar la capacitancia del capacitor y la inductancia del inductor son correctos.
Aún cuando la fuente de poder satisface los requerimientos, este dispositivo no puede ser implementado un flash electrónico de kriptón utilizado para conseguir el efecto óptico de congelación en un motor eléctrico que gira a más de 5000 rpm, como en el caso de un motor eléctrico de router que opera a 25000 rpm. Para solucionar el problema se tiene que usar una fuente de poder de conmutación de alta frecuencia como se aprecia en la figura 2.30.
Figura 2.30 Fuente de poder conmutada de alta frecuencia
Al concluir la prueba de la lámpara estroboscópica con el microcontrolador, se procedió a ejecutar la prueba con el dispositivo de sincronización del banco de pruebas como se muestra en la figura 2.31.
En esta prueba mostró que la lámpara estroboscópica trabaja sincronizadamente con el motor puesto que: se consiguió el efecto óptico descrito con una elevada intensidad luminosa, el área iluminada por el reflector fue de 5 metros cuadrados y no presento perdida repentina de sincronía como sucede con las lámparas estroboscópicas inductivas cumpliendo satisfactoriamente con todas las especificaciones de diseño.
Figura 2.31 Prueba de la lámpara estroboscópica a 1200 rpm.
Finalmente se instaló nuevamente el banco de pruebas y la lámpara estroboscopia diseñada en el polariscopio del laboratorio de análisis experimental de esfuerzos de la SEPI-ESIME y el resultado conseguido es el que se muestran en la figura 2.32.
Figura 2.32 Imagen conseguida con la lámpara estroboscópica diseñada.
2.5 SUMARIO
Como se ha visto, el diseño del banco de pruebas fue concebido aplicando la metodología del diseño conceptual. A través de este proceso de análisis se detectaron las necesidades reales del problema, se hizo la traducción de los requerimientos y se propuso un conjunto de ideas para satisfacer a las necesidades, de los conceptos propuestos, se escogió el más adecuado aplicando los criterios del diseño conceptual.
La primer segregación consistió en escoger los conceptos por su facilidad de adquirir los componentes, enseguida se hizo la selección por disponibilidad tecnológica, posteriormente se aplicó el filtro pasa no pasa, finalmente se utilizó el método Pugh para hacer la elección definitiva y se representó esquemáticamente el concepto electo. La ventaja que se obtuvo del diseño conceptual fue que se determinaron todas las variables físicas involucradas en el funcionamiento de la máquina, así como el entorno en que opera; lo cual facilitó el diseño detallado de los elementos de la máquina. La última etapa consistió en construir y probar los componentes del dispositivo a través de instrumentos auxiliares. Al concluir todas las pruebas preliminares, se instaló el banco de pruebas en el polariscopio circular para obtener el patrón de franjas isocromáticas de la placa ranurada, como se muestra en la figura 2.32 con esta última prueba se concluyó el proceso de diseño, manufactura y prueba del prototipo, satisfacen los requerimientos planteados al inicio del capítulo.
En capítulo III se explica detalladamente la ley óptica del esfuerzo y la deformación que rige el comportamiento de la luz polarizada cuando atraviesa un material birrefringente. También se estudian las expresiones matemáticas utilizadas en el método fotoelástico para el análisis de las franjas isocromáticas, además se describen las propiedades mecánicas y características físicas de los materiales que se utilizan en la construcción de probetas. Por ultimo se muestra como se obtiene el patrón de franjas isocromáticas de la placa ranurada mediante equipo fotográfico convencional.
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