Máquina de vapor - ciencia y tecnologia.

« Trevithick utilizó este modelo de máquina de vapor para mover la primera locomotora de tren de todos los tiempos.

Tanto Trevithick como Evans desarrollaron tambiéncarruajes con motor para carretera. Por esta época el ingeniero e inventor británico Arthur Woolf desarrolló las primeras máquinas de vapor compuestas.

En estas máquinas se utiliza vapor a alta presión en uncilindro y cuando se ha expandido y perdido presión es conducido a otro cilindro donde se expande aún más.

Los primeros motores de Woolf eran del tipo de dos fases, peroalgunos modelos posteriores de motores compuestos contaban con tres o cuatro fases de expansión.

La ventaja de utilizar en combinación dos o tres cilindros es que sepierde menos energía al calentar las paredes de los cilindros, lo que hace que la máquina sea más eficiente. 3 MÁQUINAS DE VAPOR MODERNAS Máquina de vapor: figuras 1a-1dEn una máquina de vapor, la válvula de corredera o deslizamiento envía alternativamente el vapor a los dos extremos del cilindropara mover el pistón.

A la derecha pueden verse algunos componentes de una máquina de vapor; las figuras 1a - 1d muestran elciclo de funcionamiento de la máquina.© Microsoft Corporation.

Reservados todos los derechos. El funcionamiento de una máquina de vapor moderna convencional se muestra en las figuras 1a-d, que muestran el ciclo de funcionamiento de una máquina de este tipo.En la figura 1a, cuando el pistón se encuentra en el extremo izquierdo del cilindro, el vapor de agua entra por el cabezal de la válvula y a través del orificio hacia la parteizquierda del cilindro.

La posición de la válvula deslizante de corredera permite que el vapor ya utilizado en la parte derecha del pistón escape a través del orificio deexpulsión o conducto de salida.

El movimiento del pistón acciona un volante, que a su vez mueve una biela que controla la válvula deslizante.

Las posiciones relativas delpistón y la válvula son reguladas por las posiciones relativas de los puntos en que están acoplados el cigüeñal y la biela de la válvula de corredera al volante. En la segunda posición, que se muestra en la figura 1b, el vapor que se encuentra en la parte izquierda del cilindro se ha expandido y ha desplazado el pistón hacia el puntocentral del cilindro.

Al mismo tiempo, la válvula se ha movido a su posición de cierre de forma que el cilindro queda estanco y no pueden escapar ni el vapor del cilindro niel de la caja de válvulas. Según se mueve el pistón hacia la derecha a causa de la presión del vapor en expansión, como se muestra en la figura 1c, la caja de válvulas, que contiene vapor, seconecta al extremo derecho del cilindro.

En esta posición la máquina está preparada para iniciar el segundo tiempo del ciclo de doble acción.

Por último, en la cuartaposición (figura 1d), la válvula cubre de nuevo los orificios de ambos extremos del cilindro y el pistón se desplaza hacia la izquierda, empujado por la expansión del vaporen la parte derecha del cilindro. El tipo de válvula que aparece en la figura es la válvula simple de deslizamiento, la base de la mayoría de las válvulas de deslizamiento utilizadas en las máquinas de vaporactuales.

Este tipo de válvulas tienen la ventaja de ser reversibles, o sea, que su posición relativa al pistón se puede variar cambiando la porción de la excéntrica que lasmueve, tal y como se muestra en la figura 2.

Cuando se mueve la excéntrica 180 grados, se puede invertir la dirección de rotación de la máquina. La válvula de deslizamiento tiene no obstante un buen número de desventajas.

Una de las más importantes es la fricción, causada por la presión del vapor en la parteposterior de la válvula.

Para evitar el desgaste que causa esta presión, las válvulas de las máquinas de vapor se suelen fabricar en forma de un cilindro que encierra elpistón, con lo que la presión es igual en toda la válvula y se reduce la fricción.

El desarrollo de este tipo de válvula se atribuye al inventor y fabricante estadounidenseGeorge Henry Corliss.

En otros tipos de válvulas, su parte móvil está diseñada de forma que el vapor no presione directamente la parte posterior. La unión entre el pistón y la válvula que suministra el vapor es muy importante, ya que influye en la potencia y la eficiencia de la máquina.

Cambiando el momento del cicloen que se admite vapor en el cilindro puede modificarse la magnitud de la compresión y la expansión, consiguiéndose así variar la potencia de salida de la máquina.

Se handesarrollado varios tipos de mecanismos de distribución que unen el pistón a la válvula, y que no sólo permiten invertir el ciclo sino también un cierto grado de control deltiempo de admisión y corte de entrada del vapor.

Los mecanismos de distribución por válvulas son muy importantes en locomotoras de vapor, donde la potencia que serequiere de la máquina cambia con frecuencia.

El esfuerzo alcanza su punto máximo cuando la locomotora está arrancando y es menor cuando circula a toda velocidad. Un componente importante de todos los tipos de máquinas de vapor de vaivén es el volante accionado por el cigüeñal del pistón.

El volante, una pieza por lo general pesadade metal fundido, convierte los distintos empujes del vapor del cilindro en un movimiento continuo, debido a su inercia.

Esto permite obtener un flujo constante de potencia. En las máquinas de vapor de un solo cilindro la máquina se puede detener cuando el pistón se encuentra en uno de los extremos del cilindro.

Si el cilindro se encuentra enesta situación, se dice que el motor está en punto muerto y no se puede arrancar.

Para eliminar los puntos muertos, las máquinas cuentan con dos o más cilindrosacoplados, dispuestos de tal forma que la máquina puede arrancar con independencia de la posición de los pistones.

La manera más simple de acoplar dos cilindros de unamáquina es unir los dos cigüeñales con el volante de la forma que se muestra en la figura 3.

Para conseguir un equilibrio mayor se puede utilizar una máquina de trescilindros en la que las manivelas de los cilindros se colocan en ángulos de 120 grados.

El acoplamiento de los cilindros no sólo elimina las dificultades de arranque sino quepermite diseñar plantas de generación con un funcionamiento más fiable. Los cilindros de una máquina compuesta, al contrario que el de una de un solo cilindro, se pueden mantener próximos a una temperatura uniforme, lo que aumenta laeficiencia de la máquina.. »