La viga de hierro fundido del motor Boulton & Watt de 1812 en la estación de bombeo de Crofton : el ejemplo in situ en funcionamiento más antiguo del mundoParte trasera del Museo De Cruquius cerca de Ámsterdam , una antigua estación de bombeo utilizada para secar el Haarlemmermeer . Muestra los haces del motor de bombeo y la caída del nivel del agua del río Spaarne de 9 metros. El motor de viga es el más grande jamás construido y estuvo en uso hasta 1933.Los restos de un motor de haz impulsado por agua en Wanlockhead
El motor de viga rotativa es un diseño posterior de motor de viga en el que la biela acciona un volante mediante una manivela (o, históricamente, mediante un engranaje solar y planetario ). Estos motores de viga podrían usarse para alimentar directamente el eje de línea en un molino . También podrían usarse para impulsar barcos de vapor .
Historia
Los primeros motores de viga funcionaban con agua y se utilizaban para bombear agua de las minas. Un ejemplo conservado se puede ver en la mina de plomo Straitsteps en Wanlockhead , Escocia .
La primera máquina de vapor fue desarrollada por Thomas Newcomen . En sentido estricto, no funcionaba con vapor, ya que el vapor introducido debajo del pistón se condensaba para crear un vacío parcial, permitiendo así que la presión atmosférica empujara el pistón hacia abajo. Por eso se le llamó motor atmosférico. El motor atmosférico Newcomen fue adoptado por muchas minas en Cornwall y otros lugares, pero era relativamente ineficiente y consumía una gran cantidad de combustible. El motor fue mejorado por John Smeaton, pero James Watt resolvió las principales ineficiencias del motor Newcomen en su máquina de vapor Watt añadiendo un condensador separado, permitiendo así que el cilindro permaneciera caliente. Técnicamente, este todavía era un motor atmosférico hasta que (bajo patentes posteriores) encerró la parte superior del cilindro, introduciendo vapor para empujar también el pistón hacia abajo. Esto la convirtió en una verdadera máquina de vapor y posiblemente lo confirma como el inventor de la máquina de vapor. También patentó el gobernador centrífugo y el movimiento paralelo . este último permitió la sustitución de cadenas alrededor de una cabeza de arco y así permitió su uso como motor rotativo.
Sus patentes permanecieron vigentes hasta principios del siglo XIX y algunos dicen que esto frenó el desarrollo. Sin embargo, en realidad el desarrollo había sido continuado por otros y al final del período de patente hubo una explosión de nuevas ideas y mejoras. Los motores de haz de Watt se utilizaron comercialmente en cantidades mucho mayores y muchos continuaron funcionando durante 100 años o más.
Watt poseía patentes sobre aspectos clave del diseño de su motor, pero su motor rotativo estaba igualmente restringido por la patente de James Pickard de la manivela simple. El motor de viga fue mejorado y ampliado considerablemente en las zonas ricas en estaño y cobre del suroeste de Inglaterra, lo que permitió drenar las minas profundas que allí existían. En consecuencia, las máquinas de vigas de Cornualles se hicieron mundialmente famosas, ya que siguen estando entre las máquinas de vigas más grandes jamás construidas.
Debido a la cantidad de patentes en varias partes de los motores y las consecuencias de las infracciones de patentes, existen ejemplos de Beam Engines sin el nombre del fabricante en ninguna de las partes (Hollycombe Steam Collection).
En un motor de viga rotativa, el pistón está montado verticalmente y el vástago del pistón impulsa la viga como antes. Una biela del otro extremo de la viga, en lugar de impulsar una varilla de bomba, ahora impulsa un volante.
Los primeros motores Watt utilizaban el engranaje solar y planetario patentado por Watt , en lugar de una simple manivela, ya que el uso de esta última estaba protegido por una patente propiedad de James Pickard . Una vez expiró la patente, la manivela simple se utilizó universalmente. Una vez logrado el movimiento giratorio, se podía colocar una correa de transmisión al lado del volante. Esto transmitía la potencia a otros ejes de transmisión y desde estas otras correas se podían conectar para alimentar una variedad de maquinaria estática, por ejemplo, trilladoras, trituradoras o fresadoras.
Motores de haz marino
Los primeros barcos propulsados por vapor utilizaban variantes del motor de haz rotativo. Estas máquinas de vapor marinas , conocidas como palanca lateral, saltamontes , cruceta o 'viga móvil', entre otras, se diferenciaban de las máquinas terrestres originales al ubicar la viga o vigas en diferentes posiciones para ocupar menos espacio a bordo del barco. .
capitalización
La composición implica dos o más cilindros; El vapor de baja presión del primer cilindro de alta presión pasa al segundo cilindro, donde se expande aún más y proporciona más impulso. Este es el efecto compuesto; El vapor residual resultante puede producir más trabajo si luego se conduce de forma normal a un condensador. El primer experimento con compuestos fue realizado por Jonathan Hornblower , quien obtuvo una patente en 1781. Su primer motor se instaló en la mina Tincroft, Cornwall. Tenía dos cilindros, uno de 21 pulgadas (0,53 m) de diámetro con 6 pies (1,8 m) de carrera y otro de 27 pulgadas (0,69 m) de diámetro con 8 pies (2,4 m) de carrera, colocados uno al lado del otro en un extremo. de la viga. Los primeros motores mostraron poca mejora en el rendimiento: la presión del vapor era demasiado baja, las tuberías de interconexión eran de pequeño diámetro y el condensador ineficaz. [1]
En esta época no se entendían adecuadamente las leyes de la termodinámica , particularmente el concepto de cero absoluto . Ingenieros como Arthur Woolf intentaban abordar un problema de ingeniería con una comprensión imperfecta de la física. En particular, su engranaje de válvulas se activaba en la posición incorrecta de la carrera, lo que no permitía un trabajo expansivo en el cilindro. Los motores compuestos Woolf con éxito se produjeron en 1814, para la mina de cobre Wheal Abraham y la mina de estaño Wheal Vor . [2]
Motores McNaught
William McNaught patentó un motor de viga compuesta en 1845. En un motor de viga del diseño estándar de Boulton & Watt, colocó un cilindro de alta presión, en el lado opuesto de la viga al cilindro único existente, donde normalmente se instalaba la bomba de agua. Esto tuvo dos efectos importantes: redujo enormemente la presión sobre la viga y el tubo de vapor de conexión, al ser largo, actuó como un receptor expansivo, el elemento que faltaba en el diseño de Woolf. [3] Esta modificación podría hacerse retrospectivamente, y se decía que los motores así modificados eran "McNaughted". Las ventajas de un motor compuesto no fueron significativas a presiones inferiores a 60 libras por pulgada cuadrada (410 kPa), pero sí a más de 100 psi (690 kPa). [ cita necesaria ]
Bolton Steam Museum ( Bolton , Inglaterra): incluye varios motores de viga rotativa utilizados originalmente para impulsar molinos.
Estación de bombeo Claymills ( Burton upon Trent , Inglaterra): cuatro motores de bombeo de viga, rotativos y compuestos de Woolf; cinco calderas de Lancashire; Más de treinta motores auxiliares en el sitio, incluida la dinamo impulsada por vapor en funcionamiento más antigua del país.
Coldharbour Mill ( Uffculme , Devon): motor de viga Kittoe and Brotherhood de 1867 más motor compuesto cruzado Pollit & Wigzell de 300 hp. A vapor la mayoría de los días festivos conduce la carrera de cuerdas, junto con otras máquinas más pequeñas.
Estación de bombeo Crofton ( Great Bedwyn , Inglaterra): dos motores, incluido el motor 'Cornish' en funcionamiento más antiguo del mundo, en su ubicación original (1812).
Estación de bombeo Crossness ( Abbey Wood , Inglaterra): conjunto de cuatro motores de haz rotativo: los ejemplos de trabajo más grandes que se conservan.
Eastney Beam Engine House ( Portsmouth , Inglaterra): contiene dos motores de viga rotativa para bombeo de aguas residuales, que datan de 1887.
Elsecar Heritage Centre ( Elsecar , Inglaterra): el único motor Newcomen superviviente (en el mundo) que permaneció en su ubicación original (1795).
Planta de abastecimiento de agua de Goulburn ( Goulburn , Australia) - Motor Appleby Bros Beam (1883) de 120 hp en funcionamiento todavía en el edificio original de la casa de bombas.
Motor de viga Grazebrook : un gran bombeo de Boulton & Watt diseñado con un diámetro de 42 pulgadas (1,1 m) en exhibición estática en la rotonda de Dartmouth en la A38 (M) en Birmingham , Inglaterra.
Colección Hollycombe Steam ( Liphook , Inglaterra): un pequeño motor rotativo de frijoles en funcionamiento (aproximadamente 5 caballos de fuerza) que data de aproximadamente 1850, utilizado para impulsar maquinaria agrícola, con una rueda hidráulica adjunta para complementar la potencia.
Casa de máquinas superior de Middleton, Middleton-by-Wirksworth , Derbyshire . El motor de doble viga (construido en 1829) es el motor de bobinado alternativo en funcionamiento más antiguo del mundo y aún se encuentra en su casa de máquinas original. [5] [6]
Museo De Cruquius ( Cruquius , Países Bajos): se cree que la máquina de ocho vigas de Cruquius es la máquina de vapor más grande jamás construida.
Newcomen Memorial Engine ( Dartmouth , Inglaterra): data aproximadamente de 1725. Mecanismo hidráulico añadido con fines de demostración.
Museo Industrial de Nottingham ( Nottingham , Inglaterra) - La Steam Gallery contiene un impresionante motor Basford Beam, uno de un par de motores construidos en 1858 por R&W Hawthorn en Newcastle upon Tyne . Se instaló en la estación de bombeo de Basford para elevar agua a 34 m (110 pies) de la piedra arenisca de abajo para suministrar agua dulce a la ciudad de Nottingham. El motor fue reemplazado en 1965 y trasladado a la Steam Gallery especialmente construida, donde se encendió por primera vez en 1975.
Motor Pinchbeck ( Spalding , Inglaterra): motor con bastidor en forma de 'A' preservado estáticamente.
Mina Poldark ( Trenear , Inglaterra): motor Harvey's of Hayle Cornish Beam de Bunny Tin Mine y más tarde Greensplat China Clay Pit que data aproximadamente de 1850. Mecanismo hidráulico agregado con fines de demostración. La última vez que trabajó comercialmente en Cornwall fue en diciembre de 1959, y se mudó a Poldark en 1972. [7]
Strumpshaw Steam Museum ( Strumpshaw , Inglaterra): cuenta con un antiguo motor de viga de Addington, ahora propulsado por aire comprimido.
Estación de bombeo Tees Cottage ( Darlington , Inglaterra): un motor compuesto Woolf rotativo de dos cilindros en funcionamiento , diseñado por Glenfield y Kennedy de Kilmarnock y construido por Teasdale Bros, bajo la dirección de T&C Hawksley , Ingenieros Civiles, Londres.
El motor de haz rotativo de Boulton y Watt (tipo sol y planeta) en el Museo Nacional de Escocia (1786). [8] [9] Trabajo ocasional mediante neumática
El motor Carrington Colliery Newcomen en el Museo Nacional de Escocia . Trabajos ocasionales en neumática.
Museo de Agua y Vapor de Londres ( Brentford , Inglaterra): cinco motores 'Cornish' (en su ubicación original), de los cuales cuatro están operativos, junto con dos motores de haz rotativo operativos (en el museo), incluido el motor 'Cornish' en funcionamiento más grande del mundo. mundo con un cilindro de 90 pulgadas (2286 mm).
Western Springs Water Works ( Auckland , Nueva Zelanda): motor compuesto doble Woolf de 1877. En su ubicación original, restaurada para funcionar con el Museo de Transporte y Tecnología construido a su alrededor. La restauración de la casa de bombas y la cabaña original de los ingenieros recibió el Premio al Mérito 2009 del programa de Premios del Patrimonio de Asia y el Pacífico para la Conservación del Patrimonio Cultural de la UNESCO.
