Autor Tema: Sobre la succión o presión negativa.  (Leído 1089 veces)

Desconectado villaskate

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Sobre la succión o presión negativa.
« en: Noviembre 24, 2020, 09:16:39 pm »
A las buenas tardes, noches, días o cuándo lo leáis, compañeros.

Hace unos días salió el tema de la succión o no succión tras la bola al ser disparada, si es o no mito airsofteril... Creo que se trata de un tema interesante y MUY importante en el rendimiento de una réplica. La interpretación que hago de este fenómeno además va muy ligada al Joule creep, etc. Os dejo el post que puse, si alguien quiere sumarse al debate, creo que puede ser muy interesante y constructivo.


Sobre la presión negativa...



Olvidemos la zona del estrechamiento, y pongamos ahí una bola.

Lo que hace que la bola gane energía, es una fuerza empujando hacia delante: F=m·a, siendo m la masa de la bola y a la aceleración de esta. Por otro lado, F=P·S, siendo P una presión, y S la superficie de la bola alojada en el cañón.

La presión proviene de hacer un balance de energía a los dos lados de la bola. En la zona de la dcha, la presión absoluta es atmosférica, tomándola como relativa, 0. En la zona de la izquierda, la presión proviene del aire empujado por el pistón, sería atmosférica + X, relativa, se toma X. Dejando de lado el resto de elementos de la ecuación, se simplifica a un balance de presiones. Siempre que X sea mayor que 0, la fuera empujará la bola y la acelerará (presión positiva), ganando energía. Cuando X sea menor que 0, la fuerza tendrá sentido opuesto, frenando la bola (presión negativa) y perdiendo energía.

En el momento en que el pistón llega al final del recorrido, si la bola sigue en el interior del cañón, deja de haber un caudal de aire con una presión X mayor a la atmosférica tras la bola, por lo que el empuje cesa. Aquí entra en juego la cabeza de pistón ventilada (sin que el pistón siquiera empiece a retroceder, pongamos el caso de tirar en semi, incluso)

Si el rendimiento de una cabeza de pistón ventilada fuera del 100%, no habría pérdidas de energía más allá del rozamiento de la bola contra las paredes del cañón.

No obstante, en esta vida nada tiene un rendimiento del 100%, y muchísimo menos lo tiene una cabeza de pistón ventilada (piensa el espacio que deja el molykote entre la junta y su alojamiento en la cabeza del pistón...). Es ahí cuando se da la presión negativa, succión, o como se quiera llamar, que frena la bola. El ejemplo más basto sería coger un cañón, ponerlo vertical, y dejar caer una bola mientras tapamos el agujero superior con el dedo... Veremos que cae muuuuy despacio si lo comparamos con su caída sin tapar el agujero (es básicamente lo que hacíamos de críos de coger cocacola con la pajita, y luego soltarla xd).

El aire que entra al cañón tras la bola es limitado. Desde el cilindro es difícil que pase aire a través de los agujeros de ventilación, y en el interior de la cámara del hop hay una bola medio sellada con los labios de la goma, por lo que... Todo eso hace las veces de tapón en el cañón. De ahí viene gran parte de las pérdidas de energía conforme aumentamos el peso (ya que a mayor peso de bola, menor aceleración, más tiempo tarda en salir del cañón, y antes llega el pistón al final de su recorrido respecto a la posición de la bola en el interior del cañón).

Este hecho se aprecia aún más con una cabeza con airbreak. Yo mismo tuve caídas de 1 Julio (así, sin paños calientes) en el momento en que pasaba de un peso de bola al superior con un sniper, sencillamente porque el sellado de la cabeza de pistón con la cabeza de cilindro y entre el nozzle y la goma del hop era perfecto (como si no hubiera ventilación, vaya), y la presión negativa era brutal. Fue quitar el airbreak, y la pérdida de energía se suavizó, pero siguiendo el mismo patrón conforme se sube de peso de bola.

Por eso considero que la succión, presión negativa, etc. no es mitología del airsoft. NO se da cuando el pistón retrocede, se da cuando la bola avanza dentro del cañón y el pistón ha llegado a su final de recorrido. Lo que ocurre en casos de ROF elevadísimo, con retroceso del pistón de por medio y demás... No lo sé, tampoco me preocupa... Me gusta el semi  "O0"

Desconectado matmardigan

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Re:Sobre la succión o presión negativa.
« Respuesta #1 en: Noviembre 25, 2020, 03:31:30 pm »
Intento aportar granito de arena.

Villa, todo lo que dices es correcto desde el punto de vista físico, eso es obvio, pero si la compresión está como debe y el cilindro acorde a su cañón no debería darse ese fenómeno.

Partimos de la base de que en mecánica de fluídos al aire se le considera un fluido incompresible siempre que su velocidad sea inferior a la mitad de la velocidad del sonido, es decir, hablamos de velocidades por debajo de 170 metros por segundo y una bola de 0.20 a 1 julio sale a unos 100 metros por segundo. Cuando la bola está sujetador la goma y el pistón empieza a avanzar, la bola empieza a avanzar a su vez por el cañón, la que el empuje que tiene desde atrás la obliga.

Esto nos lleva a la ecuación de continuidad, que dice que cuando hay un estrechamiento, la velocidad del fluido aumenta, ya que el caudal volumétrico es Qv=S.v, aquí la masa no importa. Si el volumen de aire que hay desde la bola hacia el pistón es ligeramente superior que el volumen que tiene que llenar de cañón hasta que salga la bola, cuando el pistón llega al final la bola estaría fuera del cañón, lo que impediría que la presión negativa influyera en la energía que lleva la bola ya que esta ya está realizando su recorrido por el aire fuera del recorrido inicial.

Para que se pueda dar la energía negativa debería de haber una pérdida de carga (o en este caso de aire) que desbalanceara el equilibrio del fluido y nos lleve a resultantes de energía diferentes.

Se me ocurre, no sé si me falla algo de por medio

Desconectado Torak

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Re:Sobre la succión o presión negativa.
« Respuesta #2 en: Noviembre 26, 2020, 02:10:50 pm »
He movido la explicación del modelo basado en presión a este hilo: http://www.airsoftmadrid.com/foro/index.php?topic=89020.0

Con este modelo en la cabeza (que puede ser incorrecto)... sigo sin ver el espacio a un efecto de presión negativa.

La mayoría de efectos y mediciones creo que se pueden explicar por diferentes factores (falta de reserva de aire o falta de presión en el interior del cilindro/caudal de salida del nozzle) sin llegar a un extremo donde la presión en el espacio nozzle/BB sea inferior a la presión BB/Salida y genere empuje en dirección contraria. Además que no veo cuando o porqué podría producirse, ya que en el espacio nozzle<->BB siempre habrá o bien aire presurizado intentado expandirse...o en el peor supuesto aire a presión ambiente (por que haya completado su expansión).

Es decir, las perdidas y ganancias se pueden explicar por como evoluciona este gradiente de empuje que genera la compresión de aire en el cilindro y la presurización del espacio nozzle<->BB en la longitud del cañón y el tiempo, así como el efecto que tiene sobre el los diferentes factores (peso del pistón, cantidad de peso/retención del hop, volumen de aire disponible, peso la BB, longitud del cañón, etc..)

Por ejemplo, en el caso del airbreak que comentaba Villaskate, puede deberse a un corte brusco del caudal de salida del nozzle justo en las franjas de valores de tiempo altos y una disminución importante de la reserva de aire. Al reducirse enormemente el diámetro del orificio de salida de forma brusca, también se reduce la cantidad de aire que puede escapar. Esto hace que la presión del cilindro aumente más aún y esa misma presión haga de "freno" del pistón.  Lógicamente en base al modelo planteado, eso implicaría un corte del caudal de aire en el nozzle y una caída de la presión en el interior del cañón, ya que no añadiríamos más aire al interior. Pasado este punto, conforme avance la BB la presión caería más rápidamente con la distancia, es decir, con menos empuje en un tramo mayor del cañón, lo que podría explicar caídas importantes de Julios para determinados pesos que ya no recibirían empuje y empezarían a decelerar.

Este doble efecto negativo se podría traducir en caídas importantes en pesos más altos que necesiten un tiempo de vuelo mayor. Habría que ver salto de peso que comentabas y si el resultado es consistente.

En cualquier caso, la presión entre nozzle y bb, aunque pueda ser insuficiente para seguir generando empuje, yo la entiendo como que siempre va a ser mayor que la ambiente o como máximo igual a la ambiente, nunca inferior.

Llevándolo al extremo con una presión inicial muy alta pero corta sobre un cañón muy largo, pasados unos primeros instantes donde la BB tendría mucho empuje.. podría llegar el caso extremo que la BB continuara viajando por el cañón pero el pistón ya hubiera alcanzado la posición de reposo (pensando en el invento este de McGiver o un cilindro muy ventilado).

Es decir, tenemos un gradiente de empuje muy potente en un tramo reducido del cañón... y que decae muy rápidamente en el tiempo (y por tanto, en la distancia) por que no tenemos una reserva de aire grande y ni más presión en el cilindro. Esto haría que pasado determinado punto el aire presurizado en el cañón se expandiera totalmente y volviera a su presión ambiente, mientras la BB aun continua volando (y decelerando) por el cañón sin ningún empuje adicional. Lógicamente en pesos altos la caída en Julios sería muy considerable, pero por una falta de empuje y perdida de velocidad la fricción interna (en un cañón con bore muy cerrado) y la drag force del aire, no por un efecto de succión.

Lo del efecto ventosa por el sellado perfecto no lo veo demasiado. No creo que el sellado sea perfecto y la BB no tiene viscosidad como el agua ni sella completamente el cañón. Además incluso considerando que existiera succión del pistón tampoco implica que afecte directamente a la BB que está volando por el cañón.

Que el pistón succione aire... no implica que se traduzca de manera instantánea en una diferencia de presiones sobre la BB que la haga decelerar, ya que tendríamos que desplazar primero todo el aire que hay entre medias con un gradiente de empuje similar al del ciclo de disparo pero en sentido contrario.

Además el tiempo de vuelo máximo que calculado a aceleración constante de una BB en un cañón largo a potencia de fusilero es entorno a 8-10ms (Que seguramente será menos) y una réplica con 40RPS, que es una barbaridad...necesitaría al menos 25ms para completar un ciclo de disparo.

No se si he conseguido que se entienda algo. A ver vosotros que entendéis mas de mecánica de fluidos que opináis ;D


« Última modificación: Noviembre 27, 2020, 11:59:04 am por Torak »
That's all folks : )