Un barco pop-pop (también conocido como barco de vapor , barco de aire caliente o toc-toc por una versión alemana de la década de 1920 [1] ) es un juguete con un motor de vapor simple sin partes móviles , generalmente impulsado por una vela o un quemador de aceite vegetal. El nombre proviene del ruido que hacían algunas versiones de los barcos.
Patentado inicialmente en 1891, el concepto ha sufrido numerosos cambios y patentes posteriores.
El motor consta de una caldera y uno o más tubos de escape, en los que se establece una oscilación del agua en los tubos para expulsar agua por los tubos de escape en pulsos para propulsar la embarcación.
El primer barco pop pop se atribuye generalmente a un francés llamado Thomas Piot. En 1891, Piot presentó una solicitud de patente en el Reino Unido para un barco pop pop simple que utilizaba una pequeña caldera y dos tubos de escape. [2] [3] Un artículo de 1975 de Basil Harley menciona un barco similar visto en una revista francesa de 1880, lo que indica que este tipo de juguete puede haber existido durante muchos años antes de la patente de Piot. [ cita requerida ]
En 1915, un estadounidense llamado Charles J. McHugh presentó una solicitud de patente para el motor de tipo diafragma, que era una mejora del diseño de Piot. [4] En 1920, William Purcell presentó una patente para el motor de tipo tubo en espiral. [5] Este tipo de motor ha sido común a lo largo de los años en los barcos pop pop caseros, debido a su simplicidad de construcción. El libro Cub Scout (publicado por los Boy Scouts of America ) contenía un proyecto llamado "Jet Boat" durante muchos años. Este proyecto utilizó un tipo de motor de bobina basado en el diseño de Purcell que se colocó en un casco de madera. Muchos barcos pop pop comerciales también han utilizado este tipo de motor, debido a su bajo costo.
En 1926, McHugh solicitó otra patente. Se trataba de un diseño de motor de diafragma, perfeccionado para que pudiera fabricarse comercialmente con mayor facilidad. [6] En 1934, Paul Jones presentó una patente para otro diseño de diafragma que pudiera producirse industrialmente a partir de piezas estampadas simples. [7]
Muchos de los botes pop pop fabricados en la década de 1920 tenían un solo tubo de escape. Los diseños que utilizan dos tubos de escape son más fáciles de llenar y han sido mucho más comunes a lo largo de los años.
Los barcos pop pop fueron populares durante muchos años, especialmente en las décadas de 1940 y 1950. Los barcos pop pop perdieron popularidad junto con otros juguetes de hojalata en la segunda mitad del siglo XX, cuando los juguetes de plástico se apoderaron de gran parte del mercado. Si bien ya no se producen en cantidades tan grandes, los barcos pop pop continúan produciéndose. Estos juguetes han venido en muchas variedades a lo largo de los años. Algunos han sido simples y económicos, mientras que otros han sido mucho más ornamentados y artísticos. Al igual que con muchos juguetes, los barcos pop pop suelen ser buscados por coleccionistas, y los precios que se pagan varían según la rareza y el diseño.
Un barco pop pop funciona con un motor térmico simple. Este motor, a veces denominado motor de agua pulsante , [1] consta de una caldera y uno o más tubos de escape. Se coloca un elemento calefactor de algún tipo debajo de la caldera. Se suelen utilizar velas o pequeños quemadores de aceite. Si bien se puede utilizar un solo tubo de escape, es mucho más habitual utilizar dos tubos de escape. Esto se debe a que la caldera y los tubos de escape deben llenarse de agua, y el uso de dos tubos permite inyectar agua en un tubo mientras que el aire del interior del motor escapa por el otro tubo. La caldera y los tubos de escape suelen estar hechos de metal, siendo habitual el estaño o el cobre.
Cuando se aplica calor a la caldera, el agua de la misma se evapora, produciendo vapor. El vapor en expansión es expulsado repentinamente de la caldera, [ dudoso – discutir ] haciendo un sonido de "pop", y empuja parte del agua fuera del tubo de escape, impulsando el barco hacia adelante. La caldera ahora está seca y, por lo tanto, no puede generar más vapor. El impulso de la columna de agua en el tubo de escape la mantiene moviéndose hacia afuera, de modo que la presión dentro de la caldera cae por debajo de la presión atmosférica. En el caso de un motor de tipo diafragma, la caldera también se abulta hacia adentro en este punto, también haciendo un sonido de estallido. La presión fuera de la caldera ahora obliga al agua a volver a entrar en la caldera. [ dudoso – discutir ] Luego, esta agua hierve y el ciclo se repite. [ dudoso – discutir ] El ruido de estallido es más pronunciado cuando se utiliza una caldera de tipo diafragma: las calderas de tipo serpentín son mucho más silenciosas.
El aire que hay en la caldera puede actuar como resorte y favorecer la oscilación del agua, pero si entra demasiado aire en la caldera, la oscilación se detiene porque se ha desplazado toda el agua y no se puede generar vapor. El agua contiene algo de aire disuelto, que puede acumularse en el motor durante su funcionamiento. Por lo tanto, los motores deben "eructar" aire periódicamente para poder funcionar durante mucho tiempo. [8]
En los barcos pop pop con dos tubos de escape, el agua se expulsa por ambos tubos durante la primera fase del ciclo y se aspira por ambos tubos durante la segunda fase del ciclo. El agua no circula por un tubo y sale por el otro. El análogo de combustión interna del motor de barco pop pop es el motor de chorro pulsado sin válvulas .
Los barcos pop pop comerciales suelen estar hechos de hojalata . El casco del barco puede estar hecho de cualquier material que flote. Los barcos pop pop caseros suelen estar hechos de madera.
Los diseños de las calderas varían. Son comunes los recipientes metálicos simples en forma de caja o cilindro. Se puede hacer una caldera más eficiente utilizando una bandeja metálica cuya parte superior es un diafragma ligeramente cóncavo hecho de un metal delgado y elástico. Muchas embarcaciones pop pop han utilizado un solo tubo de metal, que se forma en una espiral en su centro y se deja recto en ambos extremos para formar los escapes. La espiral en esta versión funciona como caldera.
El funcionamiento del bote pop pop puede parecer sorprendente, ya que se podría esperar que si el agua entra y sale por el tubo de escape, el bote simplemente se sacuda hacia adelante y hacia atrás. Pero mientras que el agua expulsada se lleva consigo un impulso , que debe ser equilibrado (según la tercera ley de Newton ) por un impulso opuesto por parte del bote, el agua succionada incide rápidamente en el tanque de la caldera y transfiere su impulso al bote. La fuerza de reacción inicial sobre el bote (que lo empujaría hacia atrás) se cancela por lo tanto por el empuje del agua cuando golpea el interior de la caldera. El resultado es que la entrada de agua no causa ninguna fuerza apreciable sobre el bote. [9]
Algunos autores han argumentado que la razón por la que el barco pop pop funciona es que el agua que se impulsa hacia afuera por la parte trasera del barco forma un chorro estrecho, mientras que el agua que se aspira en la segunda mitad del ciclo se aspira desde todas las direcciones. [10] [11] Esta asimetría también se puede ver en la forma en que uno apaga una vela: es fácil apagar una vela soplando sobre ella, ya que todo el aire expulsado se mueve en un chorro concentrado y direccional. Sin embargo, es difícil apagar la llama aspirando aire, ya que el aire que se aspira viene de todas las direcciones. [3] Esta observación, aunque correcta, puede ser engañosa como explicación de por qué el barco pop pop se mueve hacia adelante. La asimetría de las formas de la entrada y la salida es una consecuencia de la viscosidad del agua, mientras que el barco podría funcionar en un fluido ideal . [9] Además, al pasar por los escapes, el agua que entra y la que sale tienen el mismo momento (en direcciones opuestas), en relación con el barco. La diferencia importante es que el impulso del flujo de salida se expulsa, mientras que el impulso del flujo de entrada se transfiere pronto al barco. [9] La asimetría succión/soplado hace que el barco sea más eficiente, incluso si no es el principio en el que opera.
La física del funcionamiento del bote pop pop es similar a la del aspersor de Feynman , un aspersor sumergido que gira débilmente o no gira en absoluto cuando se succiona agua a través de él. En ambos casos, la fuerza de reacción sobre el dispositivo sólido causada por la succión del fluido se equilibra con el fluido que incide en el interior del dispositivo. [9] [12]
El barco pop pop tuvo un papel destacado en la película de fantasía animada japonesa de 2008 Ponyo . [13] Los barcos de juguete con un motor de tipo diafragma, como el que se muestra en la película, se produjeron y vendieron como complemento cuando se estrenó la película. [14]
