Diseño y construcción de una maqueta móvil del motor de gas original de Lenoir

Resumen

El motor de Lenoir, diseñado en 1860 por el ingeniero belga Jean-Joseph Étienne Lenoir, representó uno de los primeros pasos hacia la evolución de los motores de combustión interna. Este motor marcó un hito en la historia de la ingeniería haciendo posible la transición de las máquinas de vapor a sistemas de propulsión más compactos y eficientes. Además, la revolución industrial, con la mecanización y la innovación en materiales y fuentes energéticas, fue fundamental para la aceptación y desarrollo de este motor. A pesar de que presentaba algunos defectos, como por ejemplo su limitada eficiencia, gracias a la máquina de Lenoir se ha conseguido desarrollar la tecnología que hoy es fundamental en la industria automotriz y de maquinaria.

El motor funcionaba en un ciclo de dos tiempos mediante una mezcla de gas de carbón y aire que se introducía en el cilindro mediante un mecanismo coordinado de apertura y cierre de válvulas correderas, accionado por el movimiento del propio cigüeñal.

Este trabajo se centra en la recreación y modelado 3D del motor con la intención de rendir el homenaje que se merece al ingeniero belga y a su invención. Este proyecto está compuesto de varias fases con la finalidad de cumplir una serie de objetivos. Entre estos destacan la adquisición de conocimientos avanzados en diseño asistido por computadora (CAD) usando el software SolidWorks y el dominio de la impresión 3D. Otras metas importantes han sido la reparación de la impresora 3D del laboratorio de motores térmicos, la cual sufría varias averías, y la creación de una maqueta precisa que reproduzca el motor a escala.

La primera fase del proyecto fue una investigación histórica para encontrar planos y patentes indispensables para el inicio del diseño, con la necesidad de contactar con instituciones como el Musée des Arts et Métiers de París. Una vez conseguido todos los documentos requeridos se inició con el aprendizaje por medio de manuales y videos del programa SolidWorks. Gracias a ello se descubrieron las herramientas y funciones necesarias para desarrollar el diseño de cada una de las piezas que componen la máquina. Finalmente, la realización de mediciones permitió un correcto y eficiente diseño de todas las piezas, destacando como la más compleja y difícil de hacer el cilindro. Se comprobó el correcto diseño de cada una de ellas mediante su ensamblaje en el programa.

Completado el diseño del motor, se pasó a la reparación de la impresora, un modelo Tronxy x5sa. Contaba con varios fallos como una mala calibración de la mesa térmica, la obstrucción de la boquilla que impedía una correcta extrusión del material y un notable desgaste en una de las piezas del sistema de alimentación del hilo que bloqueaba la impresión. Mediante el desarme y el arreglo de las partes averiadas se puso nuevamente en funcionamiento la impresora. Para comenzar a imprimir las piezas, se establecieron los parámetros de impresión más adecuados en el programa “slicer” Cura. Este tipo de programas prepara las piezas para que la impresora las reconozca y las fabrique. Posteriormente a la impresión de varias partes del motor, a consecuencia del cierre de la universidad en el mes de agosto, se utilizó una nueva impresora, en este caso una Anycubic Kobra 2 pro junto a su “slicer” personalizado.

En total se imprimieron 61 piezas, todas con la calidad esperada y con una escala 1:2 de las originales. Se realizó el ensamblaje del motor, logrando así alcanzar todos los objetivos marcados al inicio del proyecto.

La finalización de este trabajo abre camino a otras posibles propuestas de proyecto como el diseño y fabricación del sistema eléctrico del motor o de un regulador Watt que complemente la maqueta. Otro proyecto un poco más ambicioso sería la creación de la misma maqueta pero con metal con el objetivo de crear un motor que funcione con combustible, como el diseñado por Lenoir.

En cuanto a la planificación, el trabajo entero ocupó un total de 130 días y la fase más larga fue la de diseño que fue llevada a cabo en 80 días. Referente al presupuesto, el coste total del proyecto fue de 14.207€ incluyendo todos los costes directos, tanto humanos como materiales, y los indirectos.