Motor de cera - Wax motor

Un motor de cera es un dispositivo actuador lineal que convierte la energía térmica en energía mecánica aprovechando el comportamiento de cambio de fase de las ceras . Durante la fusión, la cera normalmente se expande en volumen entre un 5 y un 20% ( Freund et al. 1982 ).

Se puede utilizar una amplia gama de ceras en motores de cera, desde hidrocarburos altamente refinados hasta ceras extraídas de materia vegetal. Los ejemplos específicos incluyen ceras de parafina en la serie de n-alcanos de cadena lineal. Estos se derriten y solidifican en un rango de temperatura estrecho y bien definido.

Diseño

Los componentes principales de un motor de cera son:

  • Un volumen cerrado de cera
  • Un émbolo o varilla de carrera para convertir la fuerza termohidráulica de la cera en una salida mecánica útil
  • Una fuente de calor como:
    • Corriente eléctrica; normalmente un termistor PTC , que calienta la cera
    • Radiación solar; por ejemplo, respiraderos de invernadero
    • Calor de combustión; por ejemplo, exceso de calor de los motores de combustión interna
    • Calor ambiental
  • Un disipador para rechazar la energía térmica como:
    • Convección a aire ambiente más frío
    • Dispositivo de efecto Peltier dispuesto para transferir energía térmica

Cuando se energiza la fuente de calor, el bloque de cera se calienta y se expande , impulsando el émbolo hacia afuera por desplazamiento de volumen. Cuando se retira la fuente de calor, el bloque de cera se contrae a medida que se enfría y la cera se solidifica. Para que el émbolo se retire, generalmente se requiere una fuerza de empuje para superar la resistencia mecánica de los sellos que contienen la cera líquida. La fuerza de empuje es típicamente del 20% al 30% de la fuerza operativa y a menudo proporcionada por un resorte mecánico o un peso muerto alimentado por gravedad aplicado externamente en el motor de cera ( Duerig 1990 , p. 214).

Dependiendo de la aplicación particular, los motores de cera tienen potencialmente ventajas sobre los solenoides magnéticos:

  • Proporcionan una gran fuerza hidráulica a partir de la expansión de la cera del orden de 4000 N (correspondiente a aproximadamente 400 kg o 900 lb a gravedad estándar) ( Tibbitts 1988 , p. 13).
  • Tanto la aplicación como la liberación del motor de cera no es instantánea, sino más bien suave y delicada.
  • Debido a que el motor de cera es una carga resistiva en lugar de una carga inductiva , los motores de cera controlados por TRIAC no requieren circuitos amortiguadores .
  • Los motores de cera pueden funcionar de forma totalmente pasiva aprovechando las fuentes de energía ambientales. Dado que es posible una variedad de puntos de fusión para la cera utilizada dentro del motor, se puede seleccionar uno para que coincida con el rango de temperaturas ambientales de funcionamiento en una aplicación determinada. De esta forma, la cera puede fundirse y solidificarse dentro de este intervalo mediante la transferencia de energía térmica. Cuando se colocan junto con la fuente de calor, los motores de cera se pueden operar sin la necesidad de una fuente de alimentación externa adicional.

Aplicaciones

Controles aeroespaciales

Los motores de cera se utilizan mucho en la industria aeroespacial, donde se utilizan para controlar el combustible, los aceites hidráulicos y otros aceites críticos para un vuelo seguro hoy en día en los aviones modernos.

Válvulas mezcladoras - HVAC

Los motores de cera están contenidos dentro de válvulas mezcladoras termostáticas "autoactuables" , donde el motor de cera detecta el cambio térmico y responde en consecuencia para producir la temperatura deseada del fluido mezclado.

Lavadoras de lavandería

Algunas lavadoras de carga frontal utilizan motores de cera para activar el conjunto de la cerradura de la puerta. Cuando se inicia un ciclo, se acciona un motor de cera que empuja un pasador hacia afuera y bloquea la puerta. Este diseño tiene ventajas de costo, confiabilidad y seguridad. En condiciones de humedad, un motor de cera cuesta menos para una confiabilidad equivalente que un solenoide electromagnético o un pestillo de motor. Tiene un retardo de liberación pasiva predecible. Si se corta la energía, la puerta permanece bloqueada brevemente, diseñada para ser más larga que el tiempo de inactividad del ciclo de centrifugado de alta velocidad, luego se desbloquea de manera confiable a medida que la cera se enfría.

Sistemas de calentamiento de agua

Los motores de cera también se utilizan comúnmente para impulsar válvulas de zona en sistemas de calefacción hidrónicos (agua caliente).

Lavaplatos

Se utilizan en muchos lavavajillas para liberar el pestillo de la puerta del dispensador de detergente. El motor de cera actúa como un solenoide cuando es activado por el temporizador o control del lavavajillas, y el pistón opera el mecanismo que luego libera el pestillo de la puerta del dispensador. También se utilizan para controlar la ventilación de escape para el ciclo de secado.

Ventilaciones de invernadero

Los motores de cera se utilizan ampliamente para operar los respiraderos reguladores de temperatura de los invernaderos.

En esta aplicación, a medida que aumenta la temperatura ambiente dentro del invernadero, la cera se derrite, activando el émbolo y abriendo las rejillas de ventilación. Cuando la temperatura del invernadero se ha enfriado lo suficiente, la cera se enfría y solidifica, lo que permite que las rejillas de ventilación se cierren nuevamente.

Microaccionador de parafina

Un microaccionador de parafina es un tipo de motor de cera, a menudo fabricado por tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) o, a veces, por mecánica de precisión .

Ver también

Referencias

enlaces externos