Una máquina de Cornualles es un tipo de máquina de vapor desarrollada en Cornualles , Inglaterra, principalmente para bombear agua de una mina. Es una forma de máquina de viga que utiliza vapor a una presión más alta que las máquinas anteriores diseñadas por James Watt . Las máquinas también se usaban para impulsar locomotoras para ayudar a los mineros subterráneos en sus viajes hacia y desde sus niveles de trabajo, para introducir y sacar materiales de la mina y para impulsar la maquinaria de estampado de mineral en el lugar . [1]
Cornualles posee desde hace mucho tiempo minas de estaño , cobre y otros minerales metálicos, pero si se quiere extraer agua a mayores profundidades, es necesario encontrar un medio para desagotar la mina. Levantar el peso del agua de las profundidades requiere una gran cantidad de trabajo . Esta energía puede ser suministrada débilmente por caballos o una rueda hidráulica para hacer funcionar las bombas, pero los caballos tienen una potencia limitada y las ruedas hidráulicas necesitan un caudal adecuado de agua. En consecuencia, la innovación de la energía de vapor a carbón para hacer funcionar las bombas fue más versátil y eficaz para la industria minera que los medios primitivos.
La mina Wheal Vor tenía uno de los primeros motores Newcomen (motores de condensación en cilindros, que utilizaban presión subatmosférica) antes de 1714, pero Cornualles no tiene yacimientos de carbón y el carbón importado del sur de Gales era caro. El coste del combustible para el bombeo era, por tanto, una parte importante de los costes de la minería. Más tarde, muchos de los primeros motores Watt más eficientes (que utilizaban un condensador externo) fueron erigidos por Boulton y Watt en Cornualles. Cobraban a los propietarios de las minas una regalía basada en una parte del ahorro de combustible. La eficiencia de combustible de un motor se medía por su "trabajo", expresado en el trabajo (en libras-pie ) generado por un bushel (94 libras (43 kg)) de carbón. Los primeros motores Watt tenían un trabajo de 20 millones, y los posteriores, de más de 30 millones. [2]
La principal ventaja de la máquina de Cornualles era su mayor eficiencia, lograda gracias a un uso más económico del vapor a mayor presión. En aquella época, las mejoras en la eficiencia eran importantes en Cornualles debido al alto coste del carbón; no hay yacimientos de carbón en Cornualles y todo el carbón utilizado tenía que traerse de fuera del condado. [ cita requerida ]
El aumento de la presión de la caldera por encima de la presión de vapor, prácticamente atmosférica, que utilizaba James Watt fue un elemento esencial para mejorar la eficiencia de la máquina de Cornualles. El simple aumento de la presión de la caldera habría hecho que la máquina fuera más potente sin aumentar su eficiencia. El avance clave fue permitir que el vapor se expandiera en el cilindro. Aunque James Watt había concebido la idea de permitir el funcionamiento expansivo del vapor (y la incluyó en su patente de 1782), se dio cuenta de que la baja presión de vapor de su aplicación hacía que la mejora en la eficiencia fuera insignificante, por lo que no la llevó a cabo. [ cita requerida ]
En un motor Watt, el vapor se introduce a lo largo de toda la carrera de potencia del pistón. Al final de la carrera, el vapor se agota y la energía restante se desperdicia en el condensador, donde el vapor se enfría y se convierte nuevamente en agua. [ cita requerida ]
En cambio, en un motor de Cornualles, la válvula de admisión se cierra a mitad de la carrera de potencia, lo que permite que el vapor que ya se encuentra en esa parte del cilindro se expanda durante el resto de la carrera hasta alcanzar una presión más baja. Esto da como resultado la captura de una mayor proporción de su energía y una menor pérdida de calor en el condensador que en un motor Watt. [ cita requerida ]
Otras características incluyen el aislamiento de las líneas de vapor y del cilindro, y el revestimiento de vapor del cilindro, ambos utilizados previamente por Watt. [3]
Pocas máquinas de Cornualles permanecen en sus ubicaciones originales; la mayoría fueron desguazadas cuando la empresa industrial a la que pertenecían cerró. [1]
El motor de Cornualles desarrollaba una potencia irregular a lo largo del ciclo, deteniéndose por completo en un punto mientras tenía un movimiento rápido en la carrera descendente, lo que lo hacía inadecuado para el movimiento rotatorio y la mayoría de las aplicaciones industriales. [3] Esto también requiere un mecanismo de válvulas inusual , consulte mecanismo de válvulas del motor de Cornualles . [ cita requerida ]
El ciclo de Cornualles funciona de la siguiente manera. [4]
Partiendo de una condición durante el funcionamiento con el pistón en la parte superior del cilindro, el cilindro debajo del pistón lleno de vapor de la carrera anterior, la caldera a presión normal de trabajo y el condensador a vacío normal de trabajo,
El siguiente golpe puede ocurrir inmediatamente, o puede ser retrasado por un dispositivo de sincronización como una catarata , si no fuera necesario que el motor trabajara a su velocidad máxima, reduciendo la velocidad de operación y ahorrando combustible.
El motor es de simple efecto y el pistón de vapor se eleva gracias al peso del pistón de la bomba y de la varilla. El vapor puede suministrarse a una presión de hasta 50 libras por pulgada cuadrada (340 kPa).
Fotografías reales que muestran los componentes del diseño esquemático ( mina East Pool, pozo de cola, motor Harvey):
La máquina de Cornualles dependía del uso de presión de vapor por encima de la presión atmosférica, tal como la ideó Richard Trevithick en el siglo XIX. Sus primeras máquinas sopladoras descargaban vapor a la atmósfera. Esto difería de la máquina de vapor de Watt, que movía el vapor condensado desde el cilindro a un condensador separado del cilindro; por lo tanto, la máquina de Watt dependía de la creación de un vacío cuando se condensaba el vapor. Las máquinas posteriores de Trevithick (en la década de 1810) combinaron los dos principios, comenzando con vapor de alta presión que luego pasaba al otro lado del pistón, donde se condensaba y allí actuaba como una máquina de presión subatmosférica. En un desarrollo paralelo, Arthur Woolf desarrolló la máquina de vapor compuesta , en la que el vapor se expandía en dos cilindros sucesivamente, cada uno de los cuales estaba a presiones superiores a la atmosférica. [2]
Cuando Trevithick partió hacia Sudamérica en 1816, cedió la patente de su último invento a William Sims, quien construyó o adaptó una serie de motores, incluido uno en Wheal Chance que funcionaba a 40 libras por pulgada cuadrada (280 kPa) por encima de la presión atmosférica , que alcanzó un rendimiento de casi 50 millones, pero luego su eficiencia disminuyó. Se llevó a cabo una prueba entre un motor monocilíndrico tipo Trevithick y un motor compuesto Woolf en Wheal Alfred en 1825, cuando ambos alcanzaron un rendimiento de poco más de 40 millones. [5]
La siguiente mejora se logró a fines de la década de 1820 por Samuel Grose, quien disminuyó la pérdida de calor aislando las tuberías, cilindros y calderas de las máquinas, mejorando el servicio a más de 60 millones en Wheal Hope y más tarde a casi 80 millones en Wheal Towan . Sin embargo, el mejor servicio fue generalmente un logro de corta duración debido al deterioro general de la maquinaria, fugas de las calderas y el deterioro de las placas de las calderas (lo que significa que la presión tuvo que reducirse). [5]
Pequeñas mejoras aumentaron un poco el rendimiento, pero el motor parece haber alcanzado sus límites prácticos a mediados de la década de 1840. Con presiones de hasta 50 libras por pulgada cuadrada (340 kPa), es probable que las fuerzas hayan causado roturas en la maquinaria. Las mismas mejoras en el rendimiento se produjeron en los motores que operaban con sellos de Cornualles y Whims , pero en general llegaron un poco más tarde. En ambos casos, el rendimiento óptimo fue menor que para los motores de bombeo, particularmente para los Whims, cuyo trabajo era discontinuo. [2]
El impulso para la mejora de la máquina de vapor vino de Cornualles debido al alto precio del carbón allí, pero tanto los costos de capital como de mantenimiento eran más altos que los de una máquina de vapor Watt. Esto retrasó durante mucho tiempo la instalación de máquinas de Cornualles fuera de Cornualles. Una máquina de Cornualles de segunda mano se instaló en East London Waterworks en 1838, y se comparó con una máquina Watt con resultados favorables, porque el precio del carbón en Londres era incluso más alto que en Cornualles. En las principales áreas de fabricación textil, como Manchester y Leeds , el precio del carbón era demasiado bajo para que la sustitución fuera económica. Solo a finales de la década de 1830 los fabricantes textiles comenzaron a pasarse a las máquinas de alta presión, normalmente añadiendo un cilindro de alta presión, formando una máquina compuesta, en lugar de seguir la práctica habitual de Cornualles. [2]
En Inglaterra se conservan varias máquinas de Cornualles. El Museo de Agua y Vapor de Londres tiene la colección más grande de máquinas de Cornualles en el mundo. En la estación de bombeo de Crofton , en Wiltshire, hay dos máquinas de Cornualles, una de las cuales (la Boulton and Watt de 1812 ) es la "máquina de viga en funcionamiento más antigua del mundo que todavía se encuentra en su sala de máquinas original y es capaz de hacer realmente el trabajo para el que fue instalada", es decir, bombear agua a la presa de la cumbre del canal Kennet y Avon . [6] También sobreviven dos ejemplos en el museo de Minas y Motores de Cornualles en el sitio de la mina East Pool cerca de la ciudad de Pool, Cornualles .
Otro ejemplo se encuentra en la mina Poldark en Trenear, Cornualles: una máquina de viga de Harvey of Hayle de Cornualles de alrededor de 1840-1850, empleada originalmente en la mina Bunny Tin y más tarde en la mina de caolín de Greensplat, ambas cerca de St Austell. Ya no funciona como máquina de vapor, sino que se mueve mediante un mecanismo hidráulico. En uso en Greensplat hasta 1959, es la última máquina de Cornualles que funcionó comercialmente en Cornualles. Se trasladó a Poldark en 1972. [7]
La estación de bombeo de Cruquius en los Países Bajos contiene un motor de Cornualles con el cilindro de mayor diámetro jamás construido para un motor de Cornualles, con 3,5 metros (140 pulgadas) de diámetro. El motor, que fue construido por Harvey & Co en Hayle , Cornualles, tiene ocho vigas conectadas a un cilindro , cada viga impulsando una sola bomba. [8] El motor fue restaurado para funcionar entre 1985 y 2000, aunque ahora funciona con un sistema hidráulico lleno de aceite, ya que la restauración al funcionamiento a vapor no era viable. [9]
El Comité de Preservación de Motores de Cornualles , una organización de arqueología industrial temprana , se formó en 1935 para preservar el motor de bobinado de Levant . El comité fue rebautizado más tarde con el nombre de Richard Trevithick . Adquirieron otro motor de bobinado y dos motores de bombeo. [10] Publican un boletín, una revista y muchos libros sobre motores de Cornualles, la industria minera, ingenieros y otros temas de arqueología industrial. [11] [12]
