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 motor de viga que utiliza vapor a una presión más alta que los motores anteriores diseñados por James Watt . Los motores también se utilizaron para impulsar motores humanos para ayudar a los mineros subterráneos en los viajes hacia y desde sus niveles de trabajo, para transportar materiales dentro y fuera de la mina y para impulsar la maquinaria de estampado de mineral en el sitio . [1]
Cornualles ha tenido durante mucho tiempo minas de estaño , cobre y otros minerales metálicos, pero si la minería se va a realizar a mayores profundidades, se debe encontrar un medio para deshidratar la mina. Levantar el peso del agua desde 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 chorro de agua adecuado. En consecuencia, la innovación de la energía de vapor alimentada con carbón para hacer funcionar 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 cilindro, que utilizaban presión subatmosférica) antes de 1714, pero Cornualles no tiene yacimientos de carbón y el carbón importado del sur de Gales era caro. Por tanto, el coste del combustible para el bombeo constituía una parte importante de los costes de extracción. Más tarde, Boulton y Watt construyeron muchos de los primeros motores Watt más eficientes (que utilizaban un condensador externo) en Cornualles. Cobraron a los propietarios de las minas una regalía basada en una parte del ahorro de combustible. La eficiencia del combustible de un motor se medía por su "servicio", expresado en el trabajo (en libras-pie ) generado por un bushel (94 libras (43 kg)) de carbón. Los primeros motores Watt tenían un coste de 20 millones y los posteriores, más de 30 millones. [2]
El ciclo de Cornualles funciona de la siguiente manera. [3]
Partiendo de una condición durante la operación 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 de trabajo normal y el condensador en vacío de trabajo normal,
La siguiente carrera puede ocurrir inmediatamente, o puede ser retrasada por un dispositivo de sincronización como una catarata , si no fuera necesario que el motor funcionara a su velocidad máxima, reduciendo la velocidad de operación ahorrada en combustible.
El motor es de simple efecto y el pistón de vapor es levantado por el peso del pistón de la bomba y las varillas. El vapor se puede suministrar a una presión de hasta 50 libras por pulgada cuadrada (340 kPa).
Fotos reales que muestran los componentes del diseño esquemático ( Eje de sastre de la mina East Pool , motor Harvey):
La principal ventaja del motor de Cornualles fue su mayor eficiencia, lograda al hacer un uso más económico del vapor a mayor presión. En ese momento, las mejoras en la eficiencia eran importantes en Cornualles debido al alto costo del carbón; No hay campos de carbón en Cornualles y todo el carbón utilizado tuvo que traerse desde fuera del condado. [ cita necesaria ]
Aumentar la presión de la caldera por encima del vapor muy bajo, prácticamente a presión atmosférica, utilizado por James Watt fue un elemento esencial para mejorar la eficiencia de la máquina de Cornualles. Sin embargo, simplemente aumentar la presión de la caldera habría hecho que un motor fuera más potente sin aumentar su eficiencia. El avance clave fue permitir que el vapor se expandiera en el cilindro. Si bien James Watt había concebido la idea de permitir un funcionamiento expansivo del vapor y la incluyó en su patente de 1782, se dio cuenta de que la baja presión del vapor de su aplicación hacía que la mejora en la eficiencia fuera insignificante, por lo que no la persiguió. [ cita necesaria ]
En un motor Watt, el vapor se admite durante 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 nuevamente hasta convertirse en agua. [ cita necesaria ]
En un motor de Cornualles, por el contrario, la válvula de admisión se cierra a mitad de la carrera de potencia, lo que permite que el vapor que ya está en esa parte del cilindro se expanda durante el resto de la carrera a una presión más baja. Esto da como resultado la captura de una mayor proporción de su energía y una pérdida de menos calor hacia el condensador que en un motor Watt. [ cita necesaria ]
Otras características incluyen el aislamiento de las líneas de vapor y el cilindro, y la camisa de vapor del cilindro, las cuales habían sido utilizadas anteriormente por Watt. [4]
Son pocos los motores de Cornualles que permanecen en sus ubicaciones originales y la mayoría fueron desguazados cuando cerró la empresa industrial relacionada. [1]
El motor Cornish desarrolló una potencia irregular durante todo el ciclo, deteniéndose por completo en un momento mientras tenía un movimiento rápido en la carrera descendente, lo que lo hacía inadecuado para el movimiento giratorio y la mayoría de las aplicaciones industriales. [4] Esto también requiere algún engranaje de válvulas inusual , consulte Engranaje de válvulas del motor de Cornualles . [ cita necesaria ]
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. Los primeros motores "infladores" de Trevithick descargaban vapor a la atmósfera. Esto se diferenciaba de la máquina de vapor Watt, que movía el vapor condensado del cilindro a un condensador separado del cilindro; por tanto, la máquina de Watt dependía de la creación de un vacío cuando se condensaba el vapor. Los motores posteriores de Trevithick (en la década de 1810) combinaron los dos principios, comenzando con vapor a alta presión que luego pasaba al otro lado del pistón, donde se condensaba y allí actuaba como un motor de presión subatmosférica. En paralelo, Arthur Woolf desarrolló la máquina de vapor compuesta , en la que el vapor se expandía sucesivamente en dos cilindros, cada uno de los cuales se encontraba a presiones superiores a la atmosférica. [2]
Cuando Trevithick partió hacia Sudamérica en 1816, pasó el derecho de patente de su último invento a William Sims, quien construyó o adaptó varios motores, incluido uno en Wheal Chance que operaba a 40 libras por pulgada cuadrada (280 kPa) por encima de la presión atmosférica . que alcanzó un impuesto de casi 50 millones, pero luego su eficacia cayó. 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 la logró a finales de la década de 1820 Samuel Grose, quien disminuyó la pérdida de calor aislando las tuberías, cilindros y calderas de los motores, mejorando el servicio a más de 60 millones en Wheal Hope y más tarde a casi 80 millones en Wheal. Towan . Sin embargo, la mejor tarea solía ser un logro de corta duración debido al deterioro general de la maquinaria, las fugas de las calderas y el deterioro de las placas de las calderas (lo que significaba que había que reducir la presión). [5]
Mejoras menores 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 provocado roturas de maquinaria. Las mismas mejoras en el funcionamiento se produjeron en los motores que operaban con sellos y caprichos de Cornualles , pero en general llegaron un poco más tarde. En ambos casos el mejor trabajo fue inferior al de los motores de bombeo, especialmente en el caso de los motores capricho, cuyo trabajo era discontinuo. [2]
El impulso para la mejora de la máquina de vapor provino 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 de Watt. Esto retrasó durante mucho tiempo la instalación de motores de Cornualles fuera de Cornualles. En 1838 se instaló una máquina de Cornualles de segunda mano en East London Waterworks y se comparó con una máquina de Watt con resultados favorables, porque el precio del carbón en Londres era incluso más alto que en Cornualles. Sin embargo, en las principales zonas de fabricación textil, como Manchester y Leeds , el precio del carbón era demasiado bajo para que el reemplazo fuera económico. Sólo a finales de la década de 1830 los fabricantes textiles comenzaron a pasar a motores de alta presión, normalmente añadiendo un cilindro de alta presión, formando un motor compuesto, en lugar de seguir la práctica habitual de Cornualles. [2]
En Inglaterra se conservan varias locomotoras de Cornualles. El Museo del Agua y el Vapor de Londres tiene la colección de motores de Cornualles más grande del mundo. En la estación de bombeo de Crofton , en Wiltshire , hay dos motores de Cornualles, uno de los cuales (el Boulton and Watt de 1812 ) es el "motor de viga en funcionamiento más antiguo del mundo que aún se encuentra en su casa de máquinas original y es capaz de realizar realmente el trabajo para el que fue instalado". ", el de bombear agua hasta la cima del canal Kennet y Avon . [6] También sobreviven dos ejemplos en el museo Cornish Mines and Engines en el sitio de la mina East Pool cerca de la ciudad de Pool, Cornwall .
Otro ejemplo es el de la mina Poldark en Trenear, Cornwall, un motor Harvey of Hayle Cornish Beam de aproximadamente 1840-1850, originalmente empleado en Bunny Tin Mine y más tarde en Greensplat China Clay Pit, ambos cerca de St Austell. Ya no funciona como una máquina de vapor, sino que se mueve mediante un mecanismo hidráulico. En uso en Greensplat hasta 1959, es el último motor de Cornualles que funcionó comercialmente en Cornualles. Se trasladó a Poldark en 1972. [7]
La estación de bombeo 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 , Cornwall, tiene ocho vigas conectadas a un cilindro , cada una de las cuales acciona una sola bomba. [8] El motor fue restaurado para funcionar entre 1985 y 2000, aunque ahora es operado por un sistema hidráulico lleno de aceite, ya que la restauración al funcionamiento con vapor no era viable. [9]
El Comité de Preservación de Motores de Cornualles , una de las primeras organizaciones de arqueología industrial , se formó en 1935 para preservar el motor de cuerda Levant . Posteriormente, el Comité pasó a llamarse 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 arqueológicos industriales. [11] [12]
