Un martillo de vapor , también llamado martillo de caída , es un martillo industrial impulsado por vapor que se utiliza para tareas como dar forma a piezas forjadas y hincar pilotes. Normalmente, el martillo está unido a un pistón que se desliza dentro de un cilindro fijo , pero en algunos diseños el martillo está unido a un cilindro que se desliza a lo largo de un pistón fijo.
El concepto de martillo de vapor fue descrito por James Watt en 1784, pero no fue hasta 1840 que se construyó el primer martillo de vapor en funcionamiento para satisfacer las necesidades de forjar componentes de hierro o acero cada vez más grandes. En 1843 hubo una enconada disputa entre François Bourdon de Francia y James Nasmyth de Gran Bretaña sobre quién había inventado la máquina. Bourdon había construido la primera máquina en funcionamiento, pero Nasmyth afirmó que fue construida a partir de una copia de su diseño.
Los martillos de vapor resultaron ser invaluables en muchos procesos industriales. Las mejoras técnicas dieron un mayor control sobre la fuerza entregada, mayor longevidad, mayor eficiencia y mayor potencia. Un martillo de vapor construido en 1891 por la Bethlehem Iron Company asestó un golpe de 125 toneladas. En el siglo XX, los martillos de vapor fueron desplazados gradualmente en la forja por prensas mecánicas e hidráulicas, pero algunos todavía se utilizan. Todavía se fabrican martillos de aire comprimido, descendientes de los primeros martillos de vapor.
.jpg/1280px-Steam_hydraulic_hammer_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
Un martillo de vapor de simple efecto se eleva mediante la presión del vapor inyectado en la parte inferior de un cilindro y cae por gravedad cuando se libera la presión. Con el martillo de vapor de doble acción más común, también se utiliza vapor para empujar el ariete hacia abajo, dando un golpe más potente al troquel. [1] El peso del ariete puede oscilar entre 225 y 22 500 kg (500 a 50 000 lb). [2] La pieza que se está trabajando se coloca entre un troquel inferior que descansa sobre un bloque de yunque y un troquel superior unido al ariete (martillo). [3]
Los martillos están sujetos a golpes repetidos, lo que podría provocar la fractura de los componentes de hierro fundido. Por lo tanto, los primeros martillos se fabricaban a partir de varias piezas atornilladas entre sí. Esto hizo que fuera más barato reemplazar las piezas rotas y también le dio un grado de elasticidad que hizo que las fracturas fueran menos probables. [4]
Un martillo de vapor puede tener uno o dos marcos de soporte. El diseño de marco único permite al operador moverse alrededor de los troqueles más fácilmente, mientras que el marco doble puede soportar un martillo más potente. El(los) marco(s) y el bloque de yunque están montados sobre vigas de madera que protegen los cimientos de hormigón absorbiendo el impacto. [3] Se necesitan cimientos profundos, pero un gran martillo de vapor aún sacudirá el edificio que lo sostiene. Esto se puede solucionar con un martillo de vapor de contragolpe, en el que dos arietes convergentes juntan los troqueles superior e inferior. El ariete superior se baja y el ariete inferior se tira o sube. Estos martillos producen un gran impacto y pueden realizar grandes forjados. [5] Se pueden instalar con cimientos más pequeños que los martillos de yunque de fuerza similar. [6] Los martillos de contragolpe no se utilizan con frecuencia en los Estados Unidos, pero son comunes en Europa. [7]
En algunos de los primeros martillos de vapor, un operador movía las válvulas manualmente, controlando cada golpe. En otros, la acción de la válvula era automática, lo que permitía un martilleo rápido y repetitivo. Los martillos automáticos podían dar un golpe elástico, en el que el vapor amortiguaba el pistón hacia el final de la carrera descendente, o un golpe mortal sin amortiguación. El golpe elástico produjo un ritmo de martilleo más rápido, pero menos fuerza que el golpe mortal. [8] Se construyeron máquinas que podían funcionar en cualquier modo según los requisitos del trabajo. [9] La fuerza del golpe podría controlarse variando la cantidad de vapor introducido para amortiguar el golpe. [10] Un moderno martillo de aire/vapor puede dar hasta 300 golpes por minuto. [11]
James Watt (1736-1819) señaló la posibilidad de un martillo de vapor en su patente del 28 de abril de 1784 para una máquina de vapor mejorada. [12] Watt describió "Martillos o estampadores pesados, para forjar o estampar hierro, cobre u otros metales, u otras materias sin la intervención de movimientos giratorios o ruedas, fijando el martillo o estampador para trabajarlo, ya sea directamente al pistón o vástago del motor." [13] El diseño de Watt tenía el cilindro en un extremo de una viga de madera y el martillo en el otro. El martillo no se movía verticalmente, sino en un arco de círculo. [14] El 6 de junio de 1806, W. Deverell, ingeniero de Surrey, presentó una patente para un martillo o estampador impulsado por vapor. El martillo estaría soldado a un vástago de pistón contenido en un cilindro. El vapor de una caldera entraría por debajo del pistón, elevándolo y comprimiendo el aire que se encuentra encima. Luego se liberaría el vapor y el aire comprimido empujaría el pistón hacia abajo. [13]
En agosto de 1827, John Hague recibió una patente para un método de funcionamiento de grúas y martillos basculantes accionados por un pistón en un cilindro oscilante donde la energía del aire suministraba la fuerza motriz. Se creaba un vacío parcial en un extremo de un cilindro largo mediante una bomba de aire accionada por una máquina de vapor o alguna otra fuente de energía, y la presión atmosférica impulsaba el pistón hacia ese extremo del cilindro. Cuando se invertía una válvula, se formaba vacío en el otro extremo y el pistón era forzado en la dirección opuesta. [15] Hague hizo un martillo con este diseño para alisar sartenes. Muchos años después, al discutir las ventajas del aire sobre el vapor para entregar energía, se recordó que el martillo neumático de Hague "funcionaba con una rapidez tan extraordinaria que era imposible ver dónde estaba trabajando el martillo, y el efecto parecía más parecido al dando una presión continua." Sin embargo, no fue posible regular la fuerza de los golpes. [dieciséis]
Parece probable que el ingeniero escocés James Nasmyth (1808–1890) y su homólogo francés François Bourdon (1797–1865) reinventaran el martillo de vapor de forma independiente en 1839, intentando ambos resolver el mismo problema de forjar ejes y manivelas para los cada vez más grandes martillos de vapor. Motores utilizados en locomotoras y botes de remo. [17] En la "autobiografía" de Nasmyth de 1883, escrita por Samuel Smiles , describió cómo surgió la necesidad de un eje de paleta para el nuevo vapor transatlántico SS Great Britain de Isambard Kingdom Brunel , con un eje de 30 pulgadas (760 mm) de diámetro, más grande. que cualquiera que hubiera sido falsificado anteriormente. Se le ocurrió el diseño del martillo de vapor, haciendo un boceto fechado el 24 de noviembre de 1839, pero la necesidad inmediata desapareció cuando se demostró la practicidad de las hélices de tornillo y Gran Bretaña adoptó ese diseño. Nasmyth mostró su diseño a todos los visitantes. [18]
A Bourdon se le ocurrió la idea de lo que llamó "Pilon" en 1839 e hizo dibujos detallados de su diseño, que también mostró a todos los ingenieros que visitaron las obras de Le Creusot, propiedad de los hermanos Adolphe y Eugène Schneider . [18] Sin embargo, los Schneider dudaron en construir la nueva y radical máquina de Bourdon. Bourdon y Eugène Schneider visitaron las obras de Nasmyth en Inglaterra a mediados de 1840, donde se les mostró el boceto de Nasmyth. Esto confirmó a Schneider la viabilidad del concepto. [17] En 1840, Bourdon construyó el primer martillo de vapor del mundo en la fábrica Schneider & Cie de Le Creusot. Pesaba 2.500 kilogramos (5.500 libras) y se elevaba a 2 metros (6 pies 7 pulgadas). Los Schneider patentaron el diseño en 1841. [19]
Nasmyth visitó Le Creusot en abril de 1842. Según él, Bourdon lo llevó al departamento de forja para que pudiera, como él dijo, "ver a su propio hijo". Nasmyth dijo: "Ahí estaba, en verdad, ¡un niño de mi cerebro que golpeaba!" [18] Después de regresar de Francia en 1842, Nasmyth construyó su primer martillo de vapor en su fundición Patricroft en Manchester , Inglaterra , adyacente al (entonces nuevo) ferrocarril de Liverpool y Manchester y al canal Bridgewater . [20] En 1843 estalló una disputa entre Nasmyth y Bourdon sobre la prioridad de la invención del martillo de vapor. Nasmyth, un excelente publicista, logró convencer a mucha gente de que él era el primero. [21]
El primer martillo de vapor de Nasmyth, descrito en su patente del 9 de diciembre de 1842, fue construido para Low Moor Works en Bradford. Rechazaron la máquina, pero el 18 de agosto de 1843 aceptaron una versión mejorada con un engranaje automático. [22] Robert Wilson (1803–1882), que también había inventado la hélice de tornillo y era director de la fábrica de Nasmyth en Bridgewater, inventó el movimiento automático que hacía posible ajustar la fuerza del golpe dado por el martillo: un importante mejora. [23] Uno de los primeros escritores dijo sobre el equipo de Wilson: "... Estaría más orgulloso de decir que fui el inventor de ese movimiento, que de decir que había comandado un regimiento en Waterloo..." [ 22] Los martillos de vapor de Nasmyth Ahora podría variar la fuerza del golpe en un amplio rango. A Nasmyth le gustaba romper un huevo colocado en una copa de vino sin romper el cristal, seguido de un golpe que sacudía el edificio. [20]
En 1868, los ingenieros habían introducido nuevas mejoras en el diseño original. El martillo de vapor de John Condie, construido para Fulton en Glasgow, tenía un pistón estacionario y un cilindro móvil al que estaba unido el martillo. El pistón era hueco y se utilizaba para llevar vapor al cilindro y luego extraerlo. El martillo pesaba 6,5 toneladas con una carrera de 2,3 m (7,5 pies). [24] Se utilizaron martillos de vapor Condie para forjar los ejes del SS Great Eastern de Isambard Kingdom Brunel . [25] En The Mechanics' Magazine de 1865 se describió un martillo de aire comprimido de alta velocidad , una variante del martillo de vapor para su uso cuando no había energía de vapor disponible o se requería un ambiente muy seco. [26]
Los martillos de vapor de Bowling Ironworks tenían el cilindro de vapor atornillado a la parte posterior del martillo, lo que reducía la altura de la máquina. [24] Estos fueron diseñados por John Charles Pearce, quien obtuvo una patente para su diseño de martillo de vapor varios años antes de que expirara la patente de Nasmyth. [27] Marie-Joseph Farcot de París propuso una serie de mejoras, incluida una disposición para que el vapor actuara desde arriba, aumentando la fuerza de golpe, disposiciones mejoradas de las válvulas y el uso de resortes y material para absorber el impacto y evitar roturas. [24] [28] John Ramsbottom inventó un martillo dúplex, con dos arietes que se movían horizontalmente hacia una forja colocada entre ellos. [29]
Utilizando los mismos principios de funcionamiento, Nasmyth desarrolló una máquina hinca pilotes impulsada por vapor . En su primer uso en Devonport , se llevó a cabo un concurso dramático. Su motor hizo una pila en cuatro minutos y medio, en comparación con las doce horas que requería el método convencional. [30] Pronto se descubrió que un martillo con una altura de caída relativamente corta era más efectivo que una máquina más alta. La máquina más corta podría dar muchos más golpes en un tiempo determinado, impulsando la pila más rápido aunque cada golpe fuera más pequeño. También causó menos daño a la pila. [31]
Las remachadoras diseñadas por Garforth y Cook se basaron en el martillo de vapor. [32] El catálogo de la Gran Exposición celebrada en Londres en 1851 decía sobre el diseño de Garforth: "Con esta máquina, un hombre y tres niños pueden remachar con perfecta facilidad y de la manera más firme, a una velocidad de seis remaches por minuto, o trescientos sesenta por hora." [33] Otras variantes incluían trituradoras para ayudar a extraer mineral de hierro del cuarzo y un martillo para perforar agujeros en la roca de una cantera para contener cargas de pólvora. [32] Un libro de 1883 sobre la práctica moderna del vapor decía
La aplicación directa de vapor a los martillos de forja es, sin lugar a dudas, la mayor mejora que jamás se haya realizado en la maquinaria de forja; no sólo ha simplificado las operaciones que se llevaban a cabo antes de su invención, sino que ha añadido muchas ramas y extendido el arte de la forja a fines que nunca podrían haberse logrado excepto con el martillo de vapor. ... El martillo de vapor ... parece estar tan perfectamente adaptado para satisfacer las diferentes condiciones del martilleo mecánico que parece que no queda nada que desear... [34]
Schneider & Co. construyó 110 martillos de vapor entre 1843 y 1867 con diferentes tamaños y velocidades de golpe, pero con tendencia hacia máquinas cada vez más grandes para manejar las demandas de grandes cañones, ejes de motores y placas de blindaje, con un uso cada vez mayor del acero en lugar del hierro forjado. En 1861 entró en funcionamiento el martillo de vapor "Fritz" en la fábrica Krupp en Essen , Alemania. Con un golpe de 50 toneladas, durante muchos años fue el más poderoso del mundo. [35]
Se cuenta que el martillo de vapor Fritz tomó su nombre de un maquinista llamado Fritz, a quien Alfred Krupp presentó al emperador Guillermo cuando visitó la fábrica en 1877. Krupp le dijo al emperador que Fritz tenía un control tan perfecto de la máquina que podía dejarla el martillo cae sin dañar un objeto colocado en el centro del bloque. El Emperador puso inmediatamente su reloj, tachonado de diamantes, sobre el bloque y le indicó a Fritz que pusiera en marcha el martillo. Cuando el maquinista vaciló, Krupp le dijo: "¡Fritz, suelta!". Hizo lo que le dijeron, el reloj resultó ileso y el emperador se lo regaló a Fritz. Krupp tenía las palabras "¡Fritz dejó volar!" grabado en el martillo. [36]
Los Schneider finalmente vieron la necesidad de un martillo de proporciones colosales. [35] El martillo de vapor de Creusot era un martillo de vapor gigante construido en 1877 por Schneider and Co. en la ciudad industrial francesa de Le Creusot . Con la capacidad de asestar un golpe de hasta 100 toneladas, el martillo de Creusot era el más grande y poderoso del mundo. [37] Se construyó una réplica de madera para la Exposición Universal (1878) en París. En 1891, la Bethlehem Iron Company de Estados Unidos compró los derechos de patente de Schneider y construyó un martillo de vapor de diseño casi idéntico pero capaz de asestar un golpe de 125 toneladas. [37]
Con el tiempo, los grandes martillos de vapor quedaron obsoletos, desplazados por las prensas hidráulicas y mecánicas. Las prensas aplicaron fuerza lentamente y a un ritmo uniforme, asegurando que la estructura interna de la forja fuera uniforme, sin defectos internos ocultos. [38] El martillo de vapor de Creusot de 1877 se erige actualmente como monumento en la plaza de la ciudad de Creusot. [38] Un martillo Nasmyth original se encuentra frente a los edificios de su fundición (ahora un "parque empresarial"). Un martillo de vapor de Nasmyth & Wilson más grande se encuentra en el campus de la Universidad de Bolton .
Los martillos de vapor siguen utilizándose para clavar pilotes en el suelo. [1] El vapor suministrado por un generador de vapor circulante es más eficiente que el aire. [39] Sin embargo, hoy en día se utiliza a menudo aire comprimido en lugar de vapor. [31] A partir de 2013, los fabricantes continuaron vendiendo martillos hincadores de pilotes de aire/vapor. [40] Los proveedores de servicios de forja también siguen utilizando martillos de vapor de distintos tamaños basados en diseños clásicos. [41]
Citas
Fuentes
enlaces externos