Un poco de historia y vapor.
Sentado a la puerta de mi casa de campo este fin de semana escuchaba los sonidos de esta primavera feraz y un poco tardía por estos lares. Animado por el canto de los pájaros, intentaba hilar los pensamientos para conseguir que el frío metal adquiera la belleza del conocimiento y no la admiración ante lo incomprendido. Tenía cerca un ruiseñor que cantaba ante mi presencia, también jilgueros y herreritos. De repente todos mis pensamientos se vieron interrumpidos por el “canto” de un arrendajo (Garrulus Glandarius (http://www.sierradebaza.org/Fichas_fauna/00_Aves/06-10_arrendajo/arrendajo.htm) ) que me ha obligado a leer algo sobre él: …El reclamo más habitual es un sonido ronco con tono alarmante, que parece dar la señal al resto del bosque cuando detecta nuestra presencia. Acompañado de este grito de alarma el arrendajo eriza el píleo… ¡Sabia la Naturaleza! Afortunadamente he conseguido volver a mi rueca (bonita máquina) y he comenzado a dar vueltas a una idea, a un pensamiento: ¿Qué fue antes, el puchero o la eolípila? No me imagino al Neanderthal o al Cromagnon mirando atentamente una vasija de barro que bulle en el fuego mientras la tapa se eleva de vez en cuando dejando escapar vaharadas de vapor alimenticio, seguramente por la falta de vasijas. Debe haber sido más tarde, en la historia, cuando alguien se ha planteado por qué se levanta la tapa del puchero y si esa fuerza del vapor se podría transformar en un movimiento.
Heron de Alejandría (Siglo I) inventó una máquina, la eolípila (http://www.yaestaellisto.com/la-eolipila-un-invento-de-hace-2000-anos/ (http://www.yaestaellisto.com/la-eolipila-un-invento-de-hace-2000-anos/)) que aprovecha el principio de acción y reacción para conseguir movimiento. La Wiki dice que funcionaba con alcohol (¿)(http://es.wikipedia.org/wiki/Eol%C3%ADpila (http://es.wikipedia.org/wiki/Eol%C3%ADpila)). El invento aun no realizaba un “trabajo” y era utilizado como un juguete. Alguien le podría haber puesto algún acople y transformar ese movimiento de rotación en alguna clase de trabajo: Por ejemplo un azotador de esclavos. Yo creo que algún forero debería emprender la construcción de este bonito y simple motor y obsequiarnos con un homenaje a Heron de Alejandría.
El siguiente invento lúdico, que aunque parece que no tenga nada que ver con la máquina de vapor no es así, fueron los Hemisferios de Magdeburgo (http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-108/rc-108.htm (http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid2/rc-108/rc-108.htm)). Una aplicación basada en la presión atmosférica, y esta fue utilizada unos años después por Newcomen (http://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen (http://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Newcomen)). Esta es la primera aplicación que transforma un movimiento creado a medias por el vapor y la presión atmosférica en trabajo: una bomba de achique para las minas.
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Newcomen_atmospheric_engine_animation.gif)
Watt (http://es.wikipedia.org/wiki/James_Watt (http://es.wikipedia.org/wiki/James_Watt)), mejora la máquina de Newcomen añadiendo un condensador y algún sistema para optimizar el aprovechamiento del vapor.
(http://img94.imageshack.us/img94/3033/watt01.png) (http://img94.imageshack.us/i/watt01.png/)
Es una preciosidad la estética que se aplica en la época y que en la máquina de Watt hace que la biela sea una estilizada columna dórica (¿). La misma estructura del motor está sujeta por columnas.
Si os fijáis en la de Newcomen, para transformar el movimiento circular que existe en la punta del balancín en el movimiento rectilíneo del pistón, esta usa unas cadenas que se adaptan al propio balancín. Watt emplea un ingenioso sistema de paralelogramo que elimina la cadena. Este sistema lo he visto empleado en la dirección de algunas motos antiguas como esta DKW alemana:
(http://img823.imageshack.us/img823/8195/dkw01.png) (http://img823.imageshack.us/i/dkw01.png/)
y continúa en los “cantilever” actuales.
Watt también añade el regulador de vapor centrífugo, “governor” para los ingleses, que actúa desplazando las esferas debido a la velocidad y a la fuerza centrifuga que esta genera y así va cortando la entrada de vapor. La imagen de este regulador forma parte del escudo de la Escuela de Ingenieros Superiores de Sevilla.
El siguiente paso en la evolución de las máquinas de vapor es eliminar la acción de la presión atmosférica para el movimiento de retroceso del pistón y utilizar el mismo vapor para conseguir la doble acción. En la siguiente imagen, sacada de Wiki, están los nombres de las partes involucradas y difieren muy poco de las de la Stuart S50:
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/72/Steam_engine_nomenclature.png)
1.- Pistón. Normalmente sin segmento metálico o relleno de estopa grafitada. De poca altura ya que su movimiento va a ser siempre lineal/vaivén y no como los de los motores de explosión en los que la biela pivota directamente en el “bulón” con un cierto giro.
2.- Vástago del pistón. Siempre rectificado y brillante. Sale del cilindro por un “prensaestopa” que como su propio nombre indica es un retén de estopa, apretado por cualquier sistema para impedir fugas de vapor. Esto último no esta numerado en la imagen pero se puede distinguir fácilmente.
3.- Cruceta. Simplemente un patín que mantiene al vástago del pistón perpendicular a este, e impide que cabecee al aplicar la fuerza al bulón de la biela. Normalmente son dos vías, una arriba y otra abajo, muy bien engrasadas.
4.- Biela. Normalmente ahorquillada en un extremo, el que engarza al vástago del pistón y desmontable por la parte que se adapta al cigüeñal (5).
5.- Cigüeñal. La distancia que existe entre el centro del volante de inercia y el centro de la cogida de la biela al cigüeñal es la distancia a la que se va a desplazar el pistón desde el punto medio del cilindro a un extremo y al otro.
6.- Excéntrica. En la figura la “flecha” apunta al centro del volante. Realmente la excéntrica es la pieza que rodea a ese centro y hace honor a su nombre. De nuevo la distancia que existe entre el centro del volante al centro de la excéntrica y doblada, es la distancia que va amoverse la corredera 8 para hacer la admisión y el escape en ambos lados del cilindro.
7.- Volante de inercia. A cada cual más bonito.
8.- Corredera. Pieza que hace un trabajo parecido al de las válvulas en un motor de explosión.
9.- Regulador.
10.- No lo busquéis, no existe en el dibujo. Era para ver si estabais atentos.
Y esta es la animación:
(http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/Steam_engine_in_action.gif)
Las propiedades del vapor a altas temperaturas son excelentes para conseguir el movimiento y la potencia necesaria para generar trabajos. Barcos, submarinos, centrales atómicas y térmicas lo siguen usando.
En la próxima entrega vamos a desmontar la Stuart S50 y me centraré en algunos puntos que pueden ser interesantes si alguien decide construirla.
Saludos
Dédalo
P.D. Las animaciones GIF están extraídas de Wikipedia y aconsejo una vuelta por ella y Google.
Dedalo, cuando sea grande quiero mecanizar como tu .fotografo
Me parece bien, pero a ver como evitas la alopecia y la presbicia.