Una máquina de vapor marina es una máquina de vapor que se utiliza para impulsar un barco o embarcación . Este artículo trata principalmente de las máquinas de vapor marinas del tipo alternativo , que estuvieron en uso desde el inicio del barco de vapor a principios del siglo XIX hasta sus últimos años de fabricación a gran escala durante la Segunda Guerra Mundial . Las máquinas de vapor recíprocas fueron reemplazadas progresivamente en aplicaciones marinas durante el siglo XX por turbinas de vapor y motores diesel marinos .
Historia
La primera máquina de vapor comercialmente exitosa fue desarrollada por Thomas Newcomen en 1712. Las mejoras de la máquina de vapor introducidas por James Watt en la última mitad del siglo XVIII mejoraron enormemente la eficiencia de la máquina de vapor y permitieron configuraciones de motor más compactas. La adaptación exitosa de la máquina de vapor a las aplicaciones marinas en Inglaterra tendría que esperar hasta casi un siglo después de Newcomen, cuando el ingeniero escocés William Symington construyó el "primer barco de vapor práctico " del mundo, el Charlotte Dundas , en 1802. [1] Inventores rivales James Rumsey y John Fitch fueron los primeros en construir barcos de vapor en los Estados Unidos. Rumsey exhibió su diseño de barco de vapor en 1787 en el río Potomac; sin embargo, Fitch ganó la rivalidad en 1790 después de que su prueba exitosa resultó en un servicio de pasajeros en el río Delaware. [2] En 1807, el estadounidense Robert Fulton construyó el primer barco de vapor comercialmente exitoso del mundo, conocido simplemente como North River Steamboat , y propulsado por un motor Watt.
Tras el éxito de Fulton, la tecnología de los barcos de vapor se desarrolló rápidamente a ambos lados del Atlántico . Los barcos de vapor inicialmente tenían un alcance corto y no eran particularmente aptos para navegar debido a su peso, poca potencia y tendencia a romperse, pero se emplearon con éxito a lo largo de ríos y canales, y para viajes cortos a lo largo de la costa. La primera travesía transatlántica exitosa en un barco de vapor ocurrió en 1819 cuando Savannah zarpó de Savannah, Georgia a Liverpool, Inglaterra . El primer barco de vapor que hizo travesías transatlánticas regulares fue el vapor de ruedas laterales Great Western en 1838. [3]
A medida que avanzaba el siglo XIX, las máquinas de vapor marinas y la tecnología de los barcos de vapor se desarrollaron juntas. La propulsión de paletas dio paso gradualmente a la hélice de tornillo , y la introducción de cascos de hierro y más tarde de acero para reemplazar el casco de madera tradicional permitió que los barcos crecieran cada vez más, lo que requería plantas de energía de vapor que eran cada vez más complejas y poderosas. [4]
Tipos de motor de vapor marino
A lo largo del siglo XIX se desarrolló una amplia variedad de máquinas de vapor marinas recíprocas. Los dos métodos principales para clasificar dichos motores son el mecanismo de conexión y la tecnología de cilindros .
La mayoría de los primeros motores marinos tenían la misma tecnología de cilindros (expansión simple, ver más abajo) pero se usaban varios métodos diferentes para suministrar energía al cigüeñal (es decir, mecanismo de conexión). Por lo tanto, los primeros motores marinos se clasifican principalmente según su mecanismo de conexión. Algunos mecanismos de conexión comunes eran palanca lateral, campanario, viga móvil y acción directa (consulte las siguientes secciones).
Sin embargo, las máquinas de vapor también se pueden clasificar según la tecnología del cilindro (expansión simple, compuesta, anular, etc.). Por tanto, se pueden encontrar ejemplos de motores clasificados con ambos métodos. Un motor puede ser un tipo de viga móvil compuesta , siendo la tecnología de cilindros compuesta y el método de conexión la viga móvil. Con el tiempo, a medida que la mayoría de los motores se volvieron de acción directa pero las tecnologías de cilindros se volvieron más complejas, la gente comenzó a clasificar los motores únicamente de acuerdo con la tecnología de cilindros.
Los tipos de motores de vapor marinos más comunes se enumeran en las siguientes secciones. Tenga en cuenta que no todos estos términos son exclusivos de las aplicaciones marinas.
Motores clasificados por mecanismo de conexión
Palanca lateral
El motor de palanca lateral fue el primer tipo de motor de vapor ampliamente adoptado para uso marino en Europa . [5] [6] En los primeros años de la navegación a vapor (desde c1815), la palanca lateral era el tipo más común de motor marino para el servicio de vías navegables interiores y costeras en Europa, y siguió siendo durante muchos años el motor preferido para la navegación oceánica. Servicio a ambos lados del Atlántico . [7]
La palanca lateral fue una adaptación de la forma más antigua de máquina de vapor, la máquina de viga . El motor de palanca lateral típico tenía un par de vigas de hierro horizontales pesadas, conocidas como palancas laterales, que se conectaban en el centro a la parte inferior del motor con un pasador. Esta conexión permitió un arco limitado para que las palancas pivotaran hacia adentro. Estas palancas se extendían, en el lado del cilindro, a cada lado de la parte inferior del cilindro vertical del motor. Un vástago de pistón, conectado verticalmente al pistón, se extendía fuera de la parte superior del cilindro. Esta varilla unida a una cruceta horizontal, conectada en cada extremo a varillas verticales (conocidas como varillas laterales). Estas varillas se conectan a las palancas a cada lado del cilindro. Esto formó la conexión de las palancas al pistón en el lado del cilindro del motor. El otro lado de las palancas (el extremo opuesto del pivote de la palanca al cilindro) estaba conectado entre sí con una cruceta horizontal. Esta cruceta, a su vez, se conectaba y accionaba una sola biela , que hacía girar el cigüeñal . La rotación del cigüeñal fue impulsada por las palancas, que, en el lado del cilindro, fueron impulsadas por la oscilación vertical del pistón. [8]
La principal desventaja del motor de palanca lateral era que era grande y pesado. [6] Para el servicio costero y por vías navegables interiores, pronto lo reemplazaron diseños más ligeros y eficientes. Sin embargo, siguió siendo el tipo de motor dominante para el servicio en alta mar durante gran parte de la primera mitad del siglo XIX, debido a su centro de gravedad relativamente bajo , que dio a los barcos más estabilidad en mares agitados. [7] También era un tipo de motor temprano común para buques de guerra, [9] ya que su altura relativamente baja lo hacía menos susceptible a daños en batalla. Desde el primer barco de vapor de la Royal Navy en 1820 hasta 1840, entraron en servicio 70 barcos de vapor, la mayoría con motores de palanca lateral, utilizando calderas ajustadas a una presión máxima de 4 psi. [9] Las bajas presiones de vapor dictaban los grandes tamaños de cilindros para los motores de palanca lateral, aunque la presión efectiva sobre el pistón era la diferencia entre la presión de la caldera y el vacío en el condensador.
El motor de palanca lateral era un motor de rueda de paletas y no era adecuado para impulsar hélices de tornillo . El último barco construido para el servicio transatlántico que tenía un motor de palanca lateral fue el vapor de paletas RMS Scotia de Cunard Line , considerado un anacronismo cuando entró en servicio en 1862. [10]
Motor de palanca lateral de SS Pacific (1849)
Motor de palanca lateral de RMS Persia (1855)
Modelo de los motores gemelos de palanca lateral del barco de vapor Ruby del río Támesis de 1836
Primer motor de palanca lateral Napier de PS Leven , en exhibición en Dumbarton , Escocia
Saltamontes
El motor de saltamontes o de "media palanca" [11] era una variante del motor de palanca lateral. El motor de saltamontes se diferencia de la palanca lateral convencional en que la ubicación del pivote de la palanca y la biela están más o menos invertidos, con el pivote ubicado en un extremo de la palanca en lugar del centro, mientras que la biela está unida a la palanca entre el cilindro en un extremo y el pivote en el otro. [12]
Las principales ventajas del motor de saltamontes eran el bajo costo de construcción y la robustez, y se dice que el tipo requiere menos mantenimiento que cualquier otro tipo de motor de vapor marino. Otra ventaja es que el motor se puede arrancar fácilmente desde cualquier posición de manivela. Sin embargo, al igual que el motor convencional de palanca lateral, los motores tipo saltamontes se vieron perjudicados por su peso y tamaño. Se utilizaron principalmente en pequeñas embarcaciones como barcos fluviales y remolcadores . [12]
Cruceta (cuadrada)
El motor de cruceta, también conocido como motor cuadrado , de aserradero o de bastidor en A, era un tipo de motor de rueda de paletas utilizado en los Estados Unidos. Fue el tipo de motor más común en los primeros años de la navegación a vapor estadounidense. [13]
Se describe que el motor de cruceta tiene un cilindro vertical sobre el cigüeñal, con el vástago del pistón asegurado a una cruceta horizontal, desde cada extremo de la cual, en lados opuestos del cilindro, se extiende una biela que gira su propio cigüeñal separado. [14] La cruceta se movió dentro de guías verticales para que el conjunto mantuviera el camino correcto mientras se movía. [15] El nombre alternativo del motor, "marco en A", supuestamente derivó de la forma de los marcos que sostenían estas guías. Algunos motores de cruceta tenían más de un cilindro, en cuyo caso los vástagos de pistón solían estar todos conectados a la misma cruceta. Una característica inusual de los primeros ejemplos de este tipo de motor fue la instalación de volantes -engranajes a los cigüeñales- que se consideraron necesarios para asegurar un funcionamiento suave. Estos engranajes eran a menudo ruidosos en su funcionamiento.
Debido a que el cilindro estaba por encima del cigüeñal en este tipo de motor, tenía un centro de gravedad alto y, por lo tanto, se consideró inadecuado para el servicio en alta mar. [16] Esto lo limitó en gran medida a los buques construidos para vías navegables interiores. [14] A medida que los motores marinos se hicieron cada vez más grandes y pesados durante el siglo XIX, el alto centro de gravedad de los motores de cruceta cuadrada se volvió cada vez más impráctico y, en la década de 1840, los constructores de barcos los abandonaron en favor del motor de viga móvil. [17]
El nombre de este motor puede causar confusión, ya que "cruceta" también es un nombre alternativo para el motor de aguja (abajo). Por tanto, muchas fuentes prefieren referirse a él por su nombre informal de motor "cuadrado" para evitar confusiones. Además, el motor de cruceta o cuadrado marino descrito en esta sección no debe confundirse con el término " motor cuadrado " aplicado a los motores de combustión interna , que en este último caso se refiere a un motor cuyo diámetro es igual a su carrera .
Modelo de un motor de cruceta o "cuadrado", que muestra la ubicación del cilindro del motor sobre el cigüeñal; también vástago de pistón, cruceta, bielas y ruedas de paletas
Diagrama de un motor de cruceta de barco de vapor típico del río Hudson (vista lateral)
El vapor de paleta de 1836 Nueva York . Entre las ruedas de paletas se encuentra el motor alto cuadrado o "A-frame", dentro del cual se puede ver el largo vástago del pistón, cerca de la parte superior de su carrera, formando una "T" con la cruceta horizontal.
Pasarela
La viga móvil, también conocida como "viga vertical", "viga aérea" o simplemente "viga", fue otra adaptación temprana del motor de viga, pero su uso se limitó casi por completo a los Estados Unidos. [18] Después de su introducción, la viga móvil se convirtió rápidamente en el tipo de motor más popular en Estados Unidos para el servicio de vías navegables interiores y costeras, y el tipo demostró tener una longevidad notable, y los motores de viga móvil todavía se fabricaban ocasionalmente hasta la década de 1940. En aplicaciones marinas, la viga en sí estaba generalmente reforzada con puntales de hierro que le daban una forma característica de diamante, aunque los soportes sobre los que descansaba la viga a menudo estaban construidos con madera. El adjetivo "caminar" se aplicó porque la viga, que se elevaba muy por encima de la cubierta del barco, se podía ver en funcionamiento, y su movimiento de balanceo se comparó (algo fantasiosamente) con un movimiento de caminar.
Los motores de haz móvil eran un tipo de motor de rueda de paletas y rara vez se usaban para impulsar hélices. Se usaban principalmente para barcos y embarcaciones que trabajaban en ríos, lagos y a lo largo de la costa, pero eran una opción menos popular para embarcaciones marítimas porque la gran altura del motor hacía que la embarcación fuera menos estable en mares agitados. [19] También tenían un uso militar limitado, porque el motor estaba expuesto al fuego enemigo y, por lo tanto, podía desactivarse fácilmente. Su popularidad en los Estados Unidos se debió principalmente al hecho de que el motor de viga móvil era muy adecuado para los barcos de poco calado que operaban en las vías navegables interiores y costeras poco profundas de Estados Unidos . [18]
Los motores de haz móvil siguieron siendo populares entre las líneas navieras estadounidenses y las operaciones de excursiones hasta principios del siglo XX. Aunque el motor de la viga caminante fue técnicamente obsoleto a finales del siglo XIX, siguió siendo popular entre los pasajeros de los vapores de excursión que esperaban ver la "viga caminante" en movimiento. También hubo razones técnicas para retener el motor de vigas móviles en Estados Unidos, ya que era más fácil de construir y requería menos precisión en su construcción. Se podría usar madera para el bastidor principal del motor, a un costo mucho menor que la práctica típica de usar piezas de fundición de hierro para diseños de motores más modernos. El combustible también era mucho más barato en Estados Unidos que en Europa, por lo que la menor eficiencia del motor de viga móvil fue menos importante. El constructor naval de Filadelfia Charles H. Cramp culpó de la falta general de competitividad de Estados Unidos con la industria de la construcción naval británica a mediados y finales del siglo XIX al conservadurismo de los constructores navales y propietarios de líneas navieras estadounidenses, que se aferraron obstinadamente a tecnologías obsoletas como la viga móvil y su rueda de paletas asociada mucho después de haber sido abandonadas en otras partes del mundo. [20]
Diagrama básico de un motor de viga móvil
USS Delaware (1861) . La "viga móvil" en forma de diamante del barco se puede ver claramente en medio del barco.
Campanario
El motor de campanario, a veces denominado motor de "cruceta", fue un intento temprano de romper con el concepto de viga común a los tipos de viga móvil y de palanca lateral, y llegar a un diseño más pequeño, más liviano y más eficiente. En un motor de campanario, la oscilación vertical del pistón no se convierte en un movimiento de oscilación horizontal como en un motor de viga, sino que se utiliza para mover un conjunto, compuesto por una cruceta y dos varillas, a través de una guía vertical en la parte superior de el motor, que a su vez hace girar la biela del cigüeñal que se encuentra debajo. [21] En los primeros ejemplos del tipo, el ensamblaje de la cruceta era de forma rectangular, pero con el tiempo se refinó en un triángulo alargado. El conjunto triangular sobre el cilindro del motor le da al motor su característica forma de "campanario", de ahí el nombre.
Los motores de campanario eran altos como motores de viga móvil, pero mucho más estrechos lateralmente, lo que ahorraba espacio y peso. Debido a su altura y alto centro de gravedad, al igual que las vigas peatonales, se los consideraba menos apropiados para el servicio en alta mar, pero siguieron siendo muy populares durante varias décadas, especialmente en Europa, para embarcaciones de navegación interior y costeras. [22]
Los motores Steeple comenzaron a aparecer en los barcos de vapor en la década de 1830 y el tipo fue perfeccionado a principios de la década de 1840 por el constructor naval escocés David Napier . [23] El motor de campanario fue reemplazado gradualmente por varios tipos de motores de acción directa.
siamés
El motor siamés, también conocido como motor de "doble cilindro" o "bicilíndrico", fue otra alternativa temprana al motor de barra o de palanca lateral. Este tipo de motor tenía dos cilindros de motor verticales idénticos dispuestos uno al lado del otro, cuyos vástagos de pistón estaban unidos a una cruceta común en forma de T. El brazo vertical de la cruceta se extendía hacia abajo entre los dos cilindros y se unía en la parte inferior tanto a la biela del cigüeñal como a un bloque guía que se deslizaba entre los lados verticales de los cilindros, lo que permitía que el conjunto mantuviera la trayectoria correcta mientras se movía. . [24]
El motor siamés fue inventado por el ingeniero británico Joseph Maudslay (hijo de Henry ), pero aunque lo inventó después de su motor oscilante (ver más abajo), no logró la misma aceptación generalizada, ya que era solo un poco más pequeño y más ligero que el lateral. -motores de palanca para los que fue diseñado. [25] Sin embargo, se usó en varios buques de guerra de mediados de siglo, incluido el primer buque de guerra equipado con una hélice de tornillo, el HMS Rattler .
Diagrama básico de un motor siamés
Diagrama de un motor anular (ver más abajo) con mecanismo de conexión siamés
Motor siamés de HMS Retribution (1844)
Acción directa
Hay dos definiciones de motor de acción directa que se encuentran en la literatura del siglo XIX. La definición anterior aplica el término "acción directa" a cualquier tipo de motor que no sea un motor de viga (es decir, de viga móvil, palanca lateral o tipo saltamontes). La última definición solo usa el término para motores que aplican potencia directamente al cigüeñal a través del vástago del pistón y / o la biela. [26] A menos que se indique lo contrario, este artículo utiliza la definición posterior.
A diferencia del motor de palanca lateral o de viga, un motor de acción directa podría adaptarse fácilmente para impulsar ruedas de paletas o una hélice. Además de ofrecer un perfil más bajo, los motores de acción directa tenían la ventaja de ser más pequeños y pesar considerablemente menos que los motores de barra o de palanca lateral. La Royal Navy descubrió que, en promedio, un motor de acción directa (definición temprana) pesaba un 40% menos y requería una sala de máquinas de solo dos tercios del tamaño de una palanca lateral de potencia equivalente. Una desventaja de estos motores es que eran más propensos a desgastarse y, por lo tanto, requerían más mantenimiento. [25]
Oscilante
Un motor oscilante era un tipo de motor de acción directa diseñado para lograr reducciones adicionales en el tamaño y el peso del motor. Los motores oscilantes tenían las bielas conectadas directamente al cigüeñal, prescindiendo de la necesidad de bielas. Para lograr esto, los cilindros del motor no estaban inmóviles como en la mayoría de los motores, sino que estaban asegurados en el medio por muñones que permitían que los cilindros pivotaran hacia adelante y hacia atrás cuando el cigüeñal giraba, de ahí el término oscilación . [27] El vapor se suministró y expulsó a través de los muñones. El movimiento oscilante del cilindro se usó generalmente para alinear los puertos en los muñones para dirigir la alimentación y el escape de vapor al cilindro en los momentos correctos. Sin embargo, a menudo se proporcionaban válvulas separadas, controladas por el movimiento oscilante. Esto permitió variar la sincronización para permitir un trabajo expansivo (como en el motor del barco de paletas PD Krippen ). Esto proporciona simplicidad pero aún conserva las ventajas de la compacidad.
El primer motor oscilante patentado fue construido por Joseph Maudslay en 1827, pero se considera que el tipo ha sido perfeccionado por John Penn . Los motores oscilantes siguieron siendo un tipo popular de motor marino durante gran parte del siglo XIX. [27]
Modelo de motor oscilante Maudslay
Motores de rueda de paletas oscilantes del HMS Black Eagle . Los motores oscilantes podrían usarse para impulsar ruedas de paletas o hélices.
Motor oscilante construido en 1853 por J. & A. Blyth de Londres para el vapor austriaco Orsova
Maletero
El motor de la cajuela, otro tipo de motor de acción directa, se desarrolló originalmente como un medio para reducir la altura de un motor manteniendo una carrera larga . (Una carrera larga se consideró importante en este momento porque reducía la tensión en los componentes).
Un motor de tronco ubica la biela dentro de una biela de pistón hueco de gran diámetro. Este "baúl" casi no lleva carga. El interior del maletero está abierto al aire exterior y es lo suficientemente ancho para acomodar el movimiento de lado a lado de la biela, que une un pasador de pistón en la cabeza del pistón a un cigüeñal exterior.
Las paredes del maletero estaban atornilladas al pistón o fundidas como una pieza con él, y se movían hacia adelante y hacia atrás con él. La parte de trabajo del cilindro es anular o en forma de anillo, con el tronco pasando por el centro del propio cilindro. [28] [29]
Los primeros ejemplos de motores de tronco tenían cilindros verticales. Sin embargo, los constructores de barcos se dieron cuenta rápidamente de que el tipo era lo suficientemente compacto como para colocarse horizontalmente sobre la quilla . En esta configuración, era muy útil para las armadas, ya que tenía un perfil lo suficientemente bajo como para caber completamente debajo de la línea de flotación de un barco , lo más seguro posible del fuego enemigo. El tipo fue producido generalmente para el servicio militar por John Penn.
Los motores de maletero eran comunes en los buques de guerra de mediados del siglo XIX. [29] También propulsaban embarcaciones comerciales, donde, aunque valoradas por su tamaño compacto y bajo centro de gravedad, eran caras de operar. Sin embargo, los motores del maletero no funcionaron bien con las presiones más altas de las calderas que prevalecieron en la segunda mitad del siglo XIX, y los constructores los abandonaron por otras soluciones. [29]
Los motores del maletero eran normalmente grandes, pero para la guerra de Crimea se produjo una versión pequeña, producida en serie, de alta revolución y alta presión. Al ser bastante efectivo, el tipo persistió en cañoneras posteriores. [30] En el Museo de Australia Occidental en Fremantle existe un motor troncal original del tipo cañonero . Después de hundirse en 1872, se levantó en 1985 del SS Xantho y ahora se puede voltear a mano. [31] El modo de funcionamiento del motor, que ilustra su naturaleza compacta, se puede ver en el sitio web del proyecto Xantho . [32]
Ilustración del motor del maletero
Vista en corte del motor del maletero del HMS Bellerophon , que muestra (a la izquierda) el cilindro del motor, el pistón anular y el conjunto del maletero y la biela dentro del maletero
Mirando hacia el motor del maletero del HMS Warrior (1860) . La biela se puede ver emergiendo del tronco a la derecha.
Palanca vibratoria
La palanca vibratoria, o motor de media cajuela , fue un desarrollo del motor de cajuela convencional concebido por el ingeniero sueco - estadounidense John Ericsson . Ericsson necesitaba un motor pequeño y de bajo perfil como el motor del maletero para alimentar los monitores del gobierno federal de los EE. UU. , Un tipo de buque de guerra desarrollado durante la Guerra Civil estadounidense que tenía muy poco espacio para un motor convencional. [33] Sin embargo, el motor del maletero en sí no era adecuado para este propósito, porque la preponderancia del peso estaba en el lado del motor que contenía el cilindro y el maletero, un problema que los diseñadores no pudieron compensar en los pequeños buques de guerra con monitores.
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Modelo de motor de palanca vibratoria del USS Monitor en acción |
Ericsson resolvió este problema colocando dos cilindros horizontales adosados en el medio del motor, trabajando dos "palancas vibratorias", una a cada lado, que por medio de ejes y palancas adicionales giraban un cigüeñal ubicado en el centro. [33] Los motores de palanca vibratoria se utilizaron más tarde en algunos otros buques de guerra y buques mercantes, pero su uso se limitó a los barcos construidos en los Estados Unidos y en el país natal de Ericsson, Suecia, [34] y como tenían pocas ventajas sobre los motores más convencionales , pronto fueron suplantados por otros tipos.
Actuando de nuevo
El motor de acción inversa, también conocido como motor de biela de retorno , fue otro motor diseñado para tener un perfil muy bajo. El motor de acción trasera era en efecto un motor de campanario modificado, colocado horizontalmente a través de la quilla de un barco en lugar de estar parado verticalmente sobre él. [34] Sin embargo, en lugar del conjunto de cruceta triangular que se encuentra en un motor de campanario típico, el motor de acción inversa generalmente usaba un conjunto de dos o más varillas de pistón paralelas alargadas que terminaban en una cruceta para realizar la misma función. El término "retroceso" o "biela de retorno" deriva del hecho de que la biela "regresa" o vuelve desde el lado del motor opuesto al cilindro del motor para hacer girar un cigüeñal ubicado en el centro. [35]
Los motores de acción inversa eran otro tipo de motor popular tanto en buques de guerra como en buques comerciales a mediados del siglo XIX, pero al igual que muchos otros tipos de motores en esta era de tecnología que cambia rápidamente, finalmente fueron abandonados por otras soluciones. Solo se conoce un motor de acción trasera que sobrevive: el del TV Emery Rice (anteriormente USS Ranger ), ahora la pieza central de una exhibición en el Museo de la Marina Mercante Estadounidense . [36] [37]
Diagrama del motor de acción inversa del USS Ranger
Motor de biela de retorno del HMS Agincourt (1865)
Vertical
A medida que los barcos de vapor crecieron constantemente en tamaño y tonelaje a lo largo del siglo XIX, la necesidad de motores de bajo perfil y bajo centro de gravedad disminuyó en consecuencia. Liberados cada vez más de estas limitaciones de diseño, los ingenieros pudieron volver a diseños más simples, más eficientes y más fáciles de mantener. El resultado fue el creciente dominio del llamado motor "vertical" [26] (más correctamente conocido como motor vertical de acción directa invertida ).
En este tipo de motor, los cilindros están ubicados directamente encima del cigüeñal, con los conjuntos de biela / biela formando una línea más o menos recta entre los dos. [26] La configuración es similar a la de un motor de combustión interna moderno (una diferencia notable es que el motor de vapor es de doble acción, ver más abajo, mientras que casi todos los motores de combustión interna generan energía solo en la carrera descendente). Los motores verticales a veces se denominan motores de "martillo", "martillo de forja" o "martillo de vapor", debido a su apariencia más o menos similar a otra tecnología de vapor común del siglo XIX, el martillo de vapor . [38]
Los motores verticales reemplazaron a casi todos los demás tipos de motores de vapor marinos hacia fines del siglo XIX. [26] [38] Debido a que se volvieron tan comunes, los motores verticales generalmente no se denominan como tales, sino que se denominan en función de su tecnología de cilindros, es decir, como compuestos, triple expansión, cuádruple expansión, etc. El término "vertical "para este tipo de motor es impreciso, ya que técnicamente cualquier tipo de motor de vapor es" vertical "si el cilindro está orientado verticalmente. Un motor que alguien describa como "vertical" podría no ser del tipo de acción directa invertida vertical, a menos que use el término "vertical" sin calificación.
Diagrama de un motor de "martillo" simple
Motor de triple expansión vertical del USS Wisconsin (BB-9) . La disposición vertical típica del motor del cilindro, la biela, la biela y el cigüeñal se puede ver claramente en esta foto.
Motores clasificados por tecnología de cilindros
Expansión simple
Una máquina de expansión simple es una máquina de vapor que expande el vapor a través de una sola etapa, es decir, todos sus cilindros funcionan a la misma presión. Dado que este fue, con mucho, el tipo de motor más común en el período inicial del desarrollo de motores marinos, el término "expansión simple" rara vez se encuentra. Se supone que un motor es de expansión simple a menos que se indique lo contrario.
Compuesto
Un motor compuesto es un motor de vapor que opera cilindros en más de una etapa, a diferentes niveles de presión. Los motores compuestos eran un método para mejorar la eficiencia. Hasta el desarrollo de los motores compuestos, los motores de vapor usaban el vapor solo una vez antes de reciclarlo de nuevo a la caldera. Un motor compuesto recicla el vapor en uno o más segundos cilindros más grandes y de menor presión primero, para usar más de su energía térmica. Los motores compuestos podrían configurarse para aumentar la economía de un barco o su velocidad. En términos generales, un motor compuesto puede referirse a un motor de vapor con cualquier número de cilindros de presión diferente; sin embargo, el término generalmente se refiere a motores que expanden el vapor a través de solo dos etapas, es decir, aquellos que operan cilindros a solo dos presiones diferentes (o motores de "doble expansión"). [39]
Tenga en cuenta que un motor compuesto (incluidos los motores de expansión múltiple, consulte a continuación) puede tener más de un juego de cilindros de presión variable. Por ejemplo, un motor puede tener dos cilindros operando a la presión xy dos operando a la presión y, o un cilindro operando a la presión xy tres operando a la presión y. Lo que lo hace compuesto (o doble expansión) en contraposición a la expansión múltiple es que solo hay dos presiones , xey. [40]
El primer motor compuesto cree que se han instalado en un barco que fue instalado en Henry Eckford por el ingeniero estadounidense James P. Allaire en 1824. Sin embargo, muchas fuentes atribuyen la "invención" del motor marino compuesto de Glasgow 's John Elder en la década de 1850. Elder realizó mejoras en el motor compuesto que lo hicieron seguro y económico para los viajes que cruzan el océano por primera vez. [41] [42]
Expansión triple o múltiple
Un motor de triple expansión es un motor compuesto que expande el vapor en tres etapas, por ejemplo, un motor de tres cilindros a tres presiones diferentes. Un motor de expansión cuádruple expande el vapor en cuatro etapas, y así sucesivamente. [40] Sin embargo, como se explicó anteriormente, el número de etapas de expansión define el motor, no el número de cilindros, por ejemplo, el RMS Titanic tenía motores de cuatro cilindros y triple expansión. [43] El primer uso comercial exitoso fue un motor construido en Govan en Escocia por Alexander C. Kirk para el SS Aberdeen en 1881. [44]
La fabricación de motores de expansión múltiple continuó hasta bien entrado el siglo XX. Los 2.700 barcos Liberty construidos por Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial fueron propulsados por motores de triple expansión, porque la capacidad de Estados Unidos para fabricar turbinas de vapor marinas estaba totalmente dirigida a la construcción de buques de guerra. El mayor fabricante de motores de triple expansión durante la guerra fue Joshua Hendy Iron Works . Hacia el final de la guerra, los barcos Victory propulsados por turbinas se fabricaron en cantidades cada vez mayores. [45]
Un motor de triple expansión Joshua Hendy
Un motor de triple expansión en el Lydia Eva (vagabundo)
Un motor de triple expansión en el remolcador oceánico Hércules de 1907
140 toneladas - también descrito como 135 toneladas - motor de triple expansión vertical del tipo utilizado para impulsar los barcos Liberty de la Segunda Guerra Mundial , ensamblado para pruebas antes de la entrega. El motor tiene 21 pies (6,4 metros) de largo y 19 pies (5,8 metros) de alto y fue diseñado para funcionar a 76 rpm y propulsar un barco Liberty a unos 11 nudos (12,7 mph; 20,4 km / h).
Anular
Un motor anular es un tipo inusual de motor que tiene un cilindro anular (en forma de anillo). [46] Algunos de los primeros motores compuestos del ingeniero pionero estadounidense James P. Allaire eran de tipo anular, con un cilindro de alta presión más pequeño colocado en el centro de un cilindro de baja presión en forma de anillo más grande. [47] Los motores de tronco eran otro tipo de motor anular. Un tercer tipo de motor marino anular usaba el mecanismo de conexión del motor siamés, pero en lugar de dos cilindros separados, tenía un solo cilindro de forma anular envuelto alrededor del brazo vertical de la cruceta (ver diagrama bajo "Siamés" arriba). [48]
Otros terminos
Algunos otros términos se encuentran en la literatura sobre motores marinos de la época. Estos términos, que se enumeran a continuación, generalmente se usan junto con uno o más de los términos básicos de clasificación de motores enumerados anteriormente.
Sencillo
Un motor simple es un motor que funciona con una sola expansión de vapor, independientemente del número de cilindros instalados en el motor. Hasta mediados del siglo XIX, la mayoría de los barcos tenían motores con un solo cilindro, aunque algunos tenían motores simples de varios cilindros y / o más de un motor.
Doble efecto
Un motor de doble acción es un motor en el que se aplica vapor a ambos lados del pistón. Las máquinas de vapor anteriores aplicaban vapor en una sola dirección, lo que permitía que el impulso o la gravedad devolvieran el pistón a su lugar de partida, pero una máquina de doble acción usa vapor para forzar el pistón en ambas direcciones, aumentando así la velocidad de rotación y la potencia. [49] Al igual que el término "motor simple", el término "doble efecto" se encuentra con menos frecuencia en la literatura, ya que casi todos los motores marinos eran del tipo de doble efecto.
Vertical, horizontal, inclinado, invertido
Estos términos se refieren a la orientación del cilindro del motor. Un cilindro vertical se coloca verticalmente con su vástago de pistón operando encima (o debajo) de él. Un motor invertido vertical se define como una disposición de cilindro vertical, con el cigüeñal montado directamente debajo de los cilindros. Con un tipo inclinado u horizontal, el cilindro y el pistón se colocan en una inclinación u horizontalmente. Un cilindro invertido inclinado es un cilindro invertido que opera en una pendiente. Todos estos términos se utilizan generalmente junto con los tipos de motores anteriores. Por lo tanto, se puede tener un motor horizontal de acción directa o un motor compuesto inclinado de doble acción, etc.
Los cilindros inclinados y horizontales podrían ser muy útiles en los buques de guerra, ya que su orientación mantiene el perfil del motor lo más bajo posible y, por lo tanto, menos susceptible a daños. [50] También podrían usarse en un barco de bajo perfil o para mantener el centro de gravedad de un barco más bajo. Además, los cilindros inclinados u horizontales tenían la ventaja de reducir la cantidad de vibración en comparación con un cilindro vertical.
Orientado
Un motor con engranajes o "tornillo con engranajes" hace girar la hélice a una velocidad diferente a la del motor. Los primeros motores de hélice marinos estaban orientados hacia arriba, es decir, la hélice estaba orientada para funcionar a una velocidad de rotación más alta que la del motor en sí. [51] [52] A medida que los motores se volvieron más rápidos y más potentes durante la última parte del siglo XIX, se prescindió casi universalmente del cambio de marchas y la hélice funcionaba a la misma velocidad de rotación que el motor. Esta disposición de transmisión directa es mecánicamente más eficiente, y las máquinas de vapor recíprocas se adaptan bien a la velocidad de rotación más eficiente para hélices de tornillo.
Ver también
- Evaporador (marino) : aparato para obtener agua de alimentación de calderas a partir del agua de mar
- Válvula guardián
- Barco de vapor
- Máquina de vapor
Notas al pie
- ^ Fry, pág. 27.
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enlaces externos
- Video del modelo de motor de palanca vibratoria de USS Monitor en YouTube
- Video de motor oscilante invertido inclinado en YouTube
- Tradición Motor de viga andante de barco de vapor con rueda lateral en YouTube