DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MAQUINA DE VAPOR DE...

ProyectoFinaldeCarreraTécnicasEnergéticas

UNIVERSIDADPOLITÉCNICADEMADRIDDISEÑOYCONSTRUCCIÓNDEUNAMAQUINADEVAPOR

DENEWCOMEN

NéstorNavasNievesTutor:JoseManuelBurón

DiseñoyConstruccióndeunamaquinadevapordeNewcomen

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AGRADECIMIENTOS Paraempezar,quieromostrarmisagradecimientosaJoseManuelBurón,mitutor,porhabermedadolaoportunidaddeembarcarmeenesteproyectotanbonitoymotivarmecuandoparecíaqueeraimposiblequeelproyectosalieseadelante.AgradezcotambiénamisprofesoresporlaformacióndecalidadqueherecibidoenlaETSIIUPMQuieroexpresarmigratitudaJuanAntonio,miayudantedellaboratorio,quienmehaprestadosuexperienciaysabiduríaenrelaciónalosmaterialesysucomportamientoymehaayudadoconlaardualabordemecanizadodematerialesyconstruccióndelmotor.Enesteproyectoheutilizadocapacidadesadquiridasdurantemicarreraparacomprenderaspectosclaveypararesolverproblemasquesehanpresentadodíaadía.Ademásheampliadomisconocimientosyenriquecidomifacetaingenieril.

Graciasamifamiliayamigos.


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INDICEAGRADECIMIENTOS______________________________________________________________________2

INDICE_____________________________________________________________________________________3

1.INTRODUCCIÓN________________________________________________________________________5

1.1.HISTORIADELPRIMERMOTORDEVAPORDELAHISTORIA__________________5

1.2.OPERACIÓNYDETALLESTECNICOSDELMOTORNEWCOMEN________________9

1.2.1.LAVALVULADEADMISIONDEVAPOR_________________________________12

1.2.2.LAVALVULADEINYECCION___________________________________________12

1.2.3.MEJORASENELMOTORDENEWCOMEN_______________________________12

1.2.4ANALISISDELMOTOR_________________________________________________19

1.2.4.1ANALISISDELACALDERA___________________________________23

1.2.4.2ANALISISDELABOMBA______________________________________25

1.2.4.3ANALISISDELPISTÓNYCILINDRO____________________________26

1.2.4.4RENDIMIENTOGLOBAL______________________________________30

1.2.4.5.ANALISISDELOSRESULTADOS______________________________31

1.2.4.6.CONCLUSIÓN________________________________________________32

2.OBJETIVOSDELPROYECTO__________________________________________________________33

3.MEMORIA_____________________________________________________________________________34

3.2.ANALISISDELMODELO______________________________________________________49

3.3.SISTEMADEVÁLVULAS______________________________________________________50

4.CONCLUSION__________________________________________________________________________52

5.TRABAJOFUTURO____________________________________________________________________53


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ANEXOA:PlanosdelaestructuraenAutoCAD_______________________________________54ANEXOB:PlanosdelaestructuraenSketchUp_______________________________________57ANEXOC:PropiedadestérmicasymecánicasdelPlexiglassXT_____________________58ANEXOD:PresupuestoyDiagramadeGantt__________________________________________606.BIBLIOGRAFIA________________________________________________________________________62


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1.INTRODUCCIÓN1.1. HISTORIADELPRIMERMOTORDEVAPORDELAHISTORIA

EnlamáquinadevaporsebasalaPrimeraRevoluciónIndustrialque,desdefines del siglo XVIII en Inglaterra y hasta casi mediados del siglo XIX, aceleróportentosamenteeldesarrolloeconómicodemuchosde losprincipalespaísesdelaEuropaOccidentalydelosEstadosunidos.

Atribuirlainvencióndelamáquinadevaporaunasolapersona,esnosolo

imposible sino absurda. Muchos han sido los autores que han intentadodeterminarlafechadela invencióndelamáquinadevaporatribuyéndolaatalocualinventor;intentoquehasidoenvano,yaquelahistoriadesudesarrolloestáplagadadenombrespropios.DesdelarecopilacióndeHerónenelsigloIhastalasofisticadamáquinadeJamesWatt, sonmultitud lasmejorasqueen InglaterrayespecialmenteenelcontextodeunaincipienteRevoluciónIndustrialenlossiglosXVII y XVIII condujeron sin solución de continuidad desde los rudimentariosprimerosaparatos sinaplicaciónprácticaa la invencióndelmotoruniversalquellegó a implantarse en todas las industrias y a utilizarse en el transporte,desplazando los tradicionalesmotores, como el animal de tiro, el molino o lapropiafuerzadelhombre.

Aunquehubieronvarios intentosdemaquinasque funcionabanconvapordesdelaantigüedad,laprimerapatentedelaquesetieneconstanciadocumentalesJerónimodeAyanzyBeaumont,militareinventorespañolqueen1606registraunamáquinadevaporutilizadaconéxitoparaeldesagüedelasminasdeplatadeGuadalcanal,enSevilla.

Elhechodequeelconocimientodeestapatenteseabastanterecientehaceque este dato lo desconozca la granmayoría de la gente. Pero estamáquina, aligual que otras anteriores sin patentar, se basaba en hacer subir el agua por untubo sumergido hasta prácticamente el fondo del recipiente de agua debido alaumentodepresiónenlasuperficielibredelaguaqueconseguíanmediantevaporapresión.AEduardSomersetesalqueseleatribuyesucreaciónen1663,conelpropósitodeelevaraguaalospisossuperioresdesucastillo.

Otra patente conocida y mas extendida ya que fue la primera aplicaciónindustrial de lamaquina de vapor basada en la de Somerset fue la de ThomasSavery, el cual obtuvo una patente en 1698 de la maquina basada en la deSomerset.Estaerautilizadaparasacaraguadelasminas,aunquedebidoalriesgodeexplosióndeésta,fueintroducidademaneramuylimitada.

Hyugensdiseñaen1680unaparatodepistónenelqueelfluidoeselairecaliente producido en una explosión que al enfriarse y contraerse arrastra elémbolo,elevandounpeso.Diezañosmástarde(1690)DenisePapinsustituyeelaireporvapordeaguaydiseñaunacalderaygeneradordevapormuyeficiente


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logrando hasta 4 golpes de pistón porminuto. Sin embargo en 1705 Leibniz lehace llegar un dibujo de lamáquina de Savery y dos añosmas tarde diseña unnuevotipodemaquinaparaelevaraguaabandonandoelmodelodeHyugens.

Entonces fueron el herrero Thomas Newcomen y vidriero Juan Cawleyquienestratandodemejorar lamáquinadeSaveryybasadosenla ideadePapinconstruyeron lamáquinadevaporatmosféricaen1712.Esta introdujo lamejorade que en lugar de condensar el vapor del interior del cilindro medianteenfriamiento por agua desde el exterior del cilindro, se inyectaba aguadirectamente en el interior del cilindro consiguiendo hasta 10 golpes de pistónporminuto.Estamaquinaempezóautilizarseagranescalasustituyendoa ladeSaveryyseinstalóencasitodaslasexplotacionesminerasdeInglaterra.

Luegoen1769estamaquinafueperfeccionadaengranmedidaporJamesWattconlaaplicacióndelcondensadoraisladoqueconseguíaqueelcilindronoseenfriaracadavezqueseinyectabaaguaparacondensarelvapor.En 1774 funda la firma Boulton & Watt. A partir de entonces la historia de lamaquina de vapor pertenecerá a esta firma y casi todas las mejoras que seintroduzcanenellaseránobradeWatt.

SehabíaobservadoquelamáquinadeSaveryeracapazdeserútilenciertamedida en la elevación de agua, pero, debido a su elevación limitada y a supeligrosidadde operación, no era unapropuesta eficaz para el propietario de lamina.ConeladvenimientodelaspropuestasporThomasNewcomenysussociosen1705,existía, laesperanzadeque lanecesidaddesacarelaguaque inundabalas minas fuera resuelta pronto. Las primeras experimentaciones con laintroducción de vapor por debajo de un piston dentro de un cilindro y lacondensacióndelvaporpormediodelaaplicacióndeaguafríaporelexteriordelcilindroprobaronquelapresióndelaatmosferaporsisolapodíaforzarelpistónalabasedelcilindro.Habiendodescubiertoqueesteprincipiofuncionaba,sedecidióaponerloenpracticamediantelaconstruccióndeunmotordetamañocompletopara demostrar su funcionamiento correctamente. En consecuencia, los sociosfueronaconstruirlaprimeramaquinayestofueunarealidadenelaño1712.Enrelaciónalasededeestemotorhaydiferentesopiniones.AlgunasautoridadesindicanquefueerigidocercadeWolverhamptonyotrasdicenquefueenelcastillodeDudleyenelcondadodeStaffordshire.Haypruebasconcluyentesdelsegundolugarcomounapruebadocumentadayuna ilustraciónen formadegrabadoqueaunexisten.

Después de luchar durante un tiempo para que el motor funcionase deformacontinuaNewcomensesorprendióalverqueelmotordabavariosgolpesseguidosybastanterápidos,trasunanálisisexhaustivodelmotorsediocuentadequehabíaunagujeroenelpistonquepermitíaalaguafríacondensarelvaporenelinteriordelcilindromientrasqueantessiempresehabíahechoenelexterior.Estefue el punto de inflexión en la eficacia de la invención. De ahí en adelanteNewcomen fabrica sus motores de acuerdo con el diseño que se muestra en laFigura1.En laque todos loselementosdelmotordeNewcomense representanseccionados.


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Figura1:MotordeNewcomen

ThomasNewcomenhabíaempleadounoscatorceañosdedesarrolloantesdealcanzareléxitoquefue justamentecuandolamaquinadelcastillodeDudleyfueerigidaen1712.Algunosdetallesreferentesaestemotorsoncuriososporqueeraabsolutamenteridículosencomparaciónconunidadesposteriores.Esteteníaundiámetrodecilindrode21ins(0.53m)ysesituóaunaalturade7ft10ins(2.40m). Su rendimiento fue satisfactorio ya que podría funcionar de forma continuadando12carrerasporminutoparalevantar4.55litrosdeaguaaunaprofundidadde 46metros en cada carrera. Otrosmotores pronto sucedieron a la unidad de1712 y es sabido que fueron construidas enWhitehaven yHawarden sobre losaños1715y1716respectivamente.Sinembargoalgunosproblemasaparecierondurante este periodo en lamaquina suministrada aMoor Hall Colliery cerca deLeeds,alrededordelamismaépoca.Estenoparecíahabertenidotantoéxitocomolostresanterioresyparecequesolodurócuatroaños.LaconstruccióndelmotordeMoorHallerasimilaralosotrosteniendoundiámetrodelcilindrode23ins(0.6m)yunacarrerade72ins(1.8metros)quehacia12carrerasporminutocuandofuncionaba automáticamente y 15 carreras por minuto cuando era controladomanualmente. Newcomen paso una ingente cantidad de tiempo reparando elmotordeLeedsysusocioJohnCalleymuriócercaenAusthorpeen1717duranteestas reparaciones.Hahabidoalgunasdiscusionesacercade lamuertedeCalley


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sobrelacualhayunagrabacióndeuntalJohnCalleyquemuereenmarzode1725enHolandaquienfuetambiénsociodeNewcomen.LaexplicaciónprobabledeestoesqueelJohnCalleyquemurióenLeedseraelsociooriginalmientrasquelaotramuertefuesuhijoonieto.

Despuésde estos comienzos, conel éxitodelmotordeNewcomen siendomás o menos seguro, el aparto pronto llego a ser muy popular entre lospropietariosdelasminasydemás.Aunqueelcostedeellosde1200libraseraalgoastronómicoparaaquellostiemposhabíaunaobviadanecesidadparatalequipoylosclientesestabandispuestosapagarelprecio.Elprimermotorparaelusodeabastecimiento de agua fue la de los edificios York acueductos en el Strand deLondres que fue erigida en 1762 este motor atrajo un poco de publicidad nodeseada en el momento por los londinenses que rehusaban contaminar con elhumo que este desprendía. Este factor no había surgido antes mientras losmotores suministraban a las zonasmineras donde se aceptaba el humoy otroscontaminantes en la década de 1700. Se estableció muy pronto un mercado deexportaciónparalamáquinadeNewcomenenelcontinente,enprimerlugarconunmotorqueesenviadoalaciudaddeKonigsbergenHungríasiguiendoconotrasunidadesaloquehoyseconocecomoRepublicaChecayluegoaBélgica,Austria,Suecia, España y Francia. Elmotor de Suecia fue planteada originalmente por elcoronel John O’kelly que posiblemente puede haber sido un antepasado delescritor,perosupapelenelprocedimientosiemprehasidoreportadocomosiendo“difícil de alcanzar” . La primeramáquina de Newcomen que se construyó paraEEUUfueerigidaenArlingtonCobreenelestadodeMaineentre1753y1755.Estetrabajo fue supervisado por un miembro de la familia hornblower Josiah y sucilindroaunseconservaenlacolecciónnacionaldelainstituciónsmithsonian.


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1.2. OPERACIÓNYDETALLESTECNICOSDELMOTORDENEWCOMEN

El funcionamiento de la máquina de Newcomen y sus detalles técnicoshacenunalecturainteresantealaluzdelatecnologíamoderna.Paraaqueltiempodesuapariciónysutempranouso,aparecieronmuchasdificultadesenrelaciónalaconstruccióndesuscomponentes,losmétodoscorrectosdelevantamientoyenlos ajustes para su funcionamiento continuo. Al igual que en todas las nuevastecnologíasenlaindustrialdedicadaalaconstruccióndemotores,prontosedioaconocerymuchosingenierosaparecieronparatomarventajadeestainvención.

Conreferenciaaldiagramadelafigura1,elmotordeNewcomenconsistíaen una caldera coronada por el piston y el cilindro, con el vástago del pistonconectadoaunavigademaderapesadaquesacudíasobrerodamientosdeapoyosituadosenunaparedexteriordela“casademaquina”especialmentereforzada.Encadaextremodelavigadoscabezasarqueadasa laquesefijabancadenasdeeslabones. En cada carrera de trabajo, la presión atmosférica forzaba el pistonhaciaabajoparatirardelacadena“dentrodelacasa” queasuveztirabandelavigaparalevantarlabarradelabombaunidaalacadenade“fueradelacasa”.Yhabiendopasadolacarreradetrabajo,elpesodelabarradelabombatirabadelacadena, esta, tirabade lavigaqueporel ladode “dentrode la casa”y llevabaelpistónalapartesuperiordelcilindrodenuevoyluegoserepiteelciclo.

Referenciandodenuevolafigura1,elmétododefuncionamientoendetallefueel siguiente: elhornoF calientaaguade la calderaBparaproducirvapordeaguaaunapresióndeaproximadamente5psiquefluíandentrocilindrocuandoelpistonestabaenlacimadesucarreraylaválvuladevaporSVseabría.Cuandoelcilindroestaballenodevapor,laválvulaSVsecerrabaylainyeccióndeaguaICseabría.Estaaguacondensabaelvapordelinteriordelcilindrocreandounvacíoqueseformabadebajodelpiston,queeraentoncesmovidohaciaabajoporlapresiónmayordelaatmósfera(14.7psi)queteniaporlapartesuperior,paratraerlavigade “dentro de la casa” y por tanto levantar las barras de la bomba que estabanconectadasaunabombaenlabasedelamina.Cuandoelpistonhabíaalcanzadoelfondo de su carrera, el agua residual que quedase en el interior del cilindro eraexpulsadaporlaválvulaEPauntanqueseparadodesuministrodeagua.Yelairequesequedabaenelinterior,quesefiltrabadebidoalvacíoqueseprovocaba,eraexpulsadoatravésde laválvuladealivioRVo“snifter”.Estaválvula fue llamadaasíporelpropioNewcomenporelcuriosoruidoquehacia.Entonces,elpesodelasbarras de la bomba eran suficientes para llevar el piston de vuelta a la partesuperiordelcilindro,y laviga llamada“fuerade lacasa”.OtraspartesmostradaseneldibujoeranlabombadeelevaciónLPquellenabaeltanquedesuministrodeaguafríaparalainyecciónytambiénparaproveerunselladodeaguaenlapartesuperior del piston para evitar pérdidas de vapor y de vacío. Cadenas detransmisión auxiliares para operar la bomba de elevación y la bomba desuministro de agua fría se conectaron a las cabezas de arcos y estos fueronllamadospequeñosarcos.

Alprincipio todas lasválvulasygrifos fueronoperadosmanualmenteyel

operadordelmotorteniaqueirporahíabriendoycerrandoválvulas.Alprincipio


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elseasegurabadequeelselladode lapartesuperiordelpistonestuviesehecho,entonceselabríalaválvuladevapor.Cuandolavigadelinteriordelacasabajabadespués de que la válvula de vapor había sido cerrada y la válvula de inyecciónabierta,habíaquecerrarlaválvuladeinyecciónylaválvulaEPteníaqueabrirsepara liberarelaguaresidual.Él tambiénteníaqueoperar losgrifosde lacalderaparaasegurarsedequelosnivelesdeaguasemanteníancorrectos.

Todoestoeraunaarduaeintensivalabor.Pocodespuésdesuinvenciónla

máquina de Newcomen fue mejorada con el tren de válvulas automáticas. Elmovimientohacia la automatizaciónvino inesperadamentemientrasavanzaba lahistoria. La teoría popular es que fue un ayudante. Un chico llamado Pottercansandodelamonotoneidaddelatareadeoperartodaslasválvulas,lasconectóensecuenciaconcuerdas.

Enelmodomanualdeoperaciónelencargadoteniaquesermuycuidadoso

conqueelpistónnogolpearalabasedelcilindroopermitierasaliralpistónporlaparte de arriba del cilindro, dejando que la viga se saliera fuera de la casa conresultados devastadores. Con una operación automatizada, los topes estabanajustadasparaprevenircadaunodeloscontratiemposanteriores.

Fuertes cuerdas fueron equipadas para operar las válvulas. Estos cuerdas

fueronreemplazadosgradualmenteconvarillasyretenes.Ysecreequeen1718untopógrafoyelingenierollamadoBeightonformularonunaformacoordinadadetrenválvulascuandoseconstruyóunamáquinadeNewcomenenOxclose.

Con el tren de válvulas venia incorporado otra pieza llamada “buoy” que

asegurabaquenosehicieraotracarreradetrabajohastaquelacalderasehabíarecuperadoyeracapazdesuministrarsuficientevaporparaelcicloposterior.

Desafortunadamenteenunintervalode300añoslahistoriadelainvenciónmodificación y sus creadores se ha vuelto confusa algunos dan crédito a HenryBeighton como inventor del tren de válvulasmientras que otros le atribuyen elmérito a Newcomen y Calley. El chico Potter ha sido siempre reconocido comoinventordel“Scoggan”oreten.Peroestoestaabiertoadiscusión.

Algunos detalles del método de operación del tren de válvula están

representados en el diagrama del tren de válvulas que muestran la válvula deadmisión de vapor y la válvula de inyección (fig.2). El motor atmosférico deNewcomen lograba mantenerunapresiónmediade6.4psicontinuamenteenelcilindro.Quenoespocacosaparaaquelmomentodelahistoria.


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Figura2:SistemadeVálvulasdelaadmisióndevapor

Figura3:Sistemadeválvulasdelainyección

1.2.1. LAVALVULADEADMISIONDEVAPOR


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CuandolosmotoresdeNewcomenfueronequipadosoriginalmenteconlosmedios para trabajar de forma automática, los arreglos fueron instalados comoapareceneneldiagrama(fig.2).Paralaadmisióndevapor,laválvulaenAoscilabade ladoa ladoparacerraroabrirunpuertoenel tubodesde la calderahastaelcilindro,estoseaccionade lasiguientemanera,Amedidaque labarraOsubíaybajaba, unpasadormovía la “pequeñapalancaY”Marribayabajoparagirar labarra G que aplica un giro a la “palanca Y” H que tiene un peso en uno de susextremosparaquepuedairsobreelcentro.EstopermitequeelestriboEsemuevahorizontalmente y tire de la llavehacia unade las paradas enC. La llave estabaunida a un husillo que a su vez se fija a la válvula de admisión. Este sistemapermitíalaposicióndelabarraparacalibrarlaadmisióndevapor.1.2.2. LAVALVULADEINYECCION

Estesistema(fig.3) tambiéntrabajabacon labarraM.Mientrasdescendía,esteempujabaelfinalde“lapalancaF”nombradacomoCeneldibujo.Hastaquealcanzaba la posición de cerrado donde era retenida por el reten H. en estaposición laboyao ‘buoy’sehacíacargode laválvuladevapordejándolaabierta,llenando el cilindro de vapor. Mientras el motor estaba “fuera de casa” la boyaimpedía otra carrera de potencia hasta que la caldera se hubiese recuperado.Cuandoelvaporvolvíaaestarrellenoenlacalderalapresióndedentropermitíaala boya levantarse y liberar la barra retén, dejando que la palanca F callera porgravedadyabrieralaválvuladeinyeccióndeagua.La‘cuerdaPotter’permitíauncontrolmanualdelreten.1.2.3. MEJORASENELMOTORDENEWCOMEN

SehaseñaladoanteriormentequesibienlamáquinadeNewcomenera,porsupuesto 'adecuadaparaelpropósito',era ineficienteenelusodecombustibleyagua,porlotanto,habíaunagrannecesidaddemejora.Apesardequelainvenciónfuedenominada la"maravillade laedad"yquesuapariciónenelsigloXVIIIerasimilaralosaterrizajesenlaLunaen1969duranteelsigloXX,hubo,aligualqueconelProyectodelaluna,unparéntesisdespuésdelaextincióndelapatentedeSaveryduranteelcualselogrópocoonadaamododeavance.

Unodelosprincipalesproblemasquehuboquesuperarfuelarestriccióndediámetrodelcilindroocasionadoporelusodelatónparalaspiezasdefundición.EnlosprimerosdíasdelamáquinadeNewcomen,ellatónpodíasermecanizadoconmásprecisiónqueotrosmaterialesperorestringíaeltamañodediámetroa36ins (0.91 m). Esto duró hasta la década de 1720 hasta que Abraham DarbyperfeccionólafundicióndecilindrosdelmotorenhierroensuCOALBROOKDALEIRONWORKS.

Durante un período de cuarenta años la preocupación Coalbrookdaledisfrutó de su propiomonopolio en la fundición del cilindro y por 1761 fueroncapaces de producir cilindros de hasta 74-1/2 ins (1.90 m), de diámetro por120ins (3m), de longitud. La demanda de estos cilindros de hierro comenzó


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lentamenteperoprontoseaceleróyconlaaparicióndelmotorBOULTONyWattenlosaños1770y1780,lademandadecilindrosaúnmásgrandesquepesabanentornoa6toneladas,superóaladerecursosdelaempresaCoalbrookdale.

Se encargó a John Smeaton, el constructor del faro de Eddy Stone, queefectuaramejorasrealesyduraderasalamáquinadeNewcomen.Mientrasquelosingenieros anteriores habían tendido a trabajar empíricamente, SMEATONintrodujounelementodelacienciaensusmodificaciones.LosmétodosdetrabajoempíricohicieronqueeltrabajodeSMEATONmejoraraelrendimientodelmotoratmosférico.

Juan Smeaton formuló un sistema de medición del rendimiento de los

motoresquellamóel"deber"estamedidaeralacantidaddeaguaenmillonesdelibras (AVD) que podría elevarse a un pie de altura por bushel de carbón (unbushel son 84 libras de peso). Esta medida permitía que un motor fuesecomparado con otro para determinar la eficiencia relativa. Seleccionó algunosmotores de Newcomen en el trabajo en Tyneside para la comparación y seencontróconquelascargasyelrendimientogeneralfuemuyvariable-unmotorbien cargada desde el punto de vista de la presión del pistón no suponíanecesariamenteunmejor “deber”alcanzado.Yencontróensusestudiosqueunamáquinade60ins(1.52m),secomportaronmejorqueunocon75ins(1.90m)dediámetrodecilindro.Elmotoranterioralcanzó3H.P.mejorqueelúltimocuandosetraduceencifrasdecaballosdepotencia.Larazóndeestadiscrepanciaradicaenelgradodeprecisióndefabricacióndeloscomponentes,ySmeatondescubrióque algunosde los cilindrospermitíanque el pistón tuviese ciertaholgura en elorificio,mientrasqueotroseranmásajustados;laválvuladevapornoadmitiólacantidadadecuadadevaporparatrabajarconeficaciaydemás.

Otros factores estaban presentes como una carrera demasiado corta, o

rejillas de calderas asentadas demasiado bajas para proporcionar los valores decalorcorrectosquedebíanserextraídosdelcombustible,mientrasqueelexcesode agua acumulada en la parte superior del pistón causaba un enfriamientoexcesivo. Smeaton se asoció con otros herreros famosos de la época, que fue laprimeraempresaenEscocia–TheCarronIronworks,conocidoporsusestufasdecoque “potbellied” hoy en día. Esta fundición entró en producción en 1760 ySmeaton diseñó la planta en ella. Una de las herramientas que introdujo fue unmolinodeprecisión ,quepodíaproducirunagujeroverdaderamentecircular.Laentrada de The Carron Ironworks en el mercado terminó con el monopolio deCoalbrookdale.


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Figura4:PistóndeSmeaton

Entre lasmejorasqueSmeatonefectuóestán, la formaespecialdepistón,que se muestra en el Diagrama, una mejora con respecto al de Newcomen queconsistíaenunaplacaplanaconunaampliafranjadecueroatornilladaalamismalevantada en los lados unas dos o tres pulgadas en el cilindro. Este pistón dioconsiderablesproblemasdebidoasuformairregularquecausófugasyelhechodequeel cuero se cortó amenudo siendoentoncespeorque inútil. Smeatonaplicadatos científicos para la admisión de vapor de agua y la cantidad de agua deinyecciónnecesariaparacausarlacondensaciónenelcilindroconelladoinferiordel pistón de madera, evitando los residuos en esta dirección. Se introdujo unsistemadecalentadordeaguadealimentaciónyelaumentode la flexibilidaddelascarrerasde trabajopormediode laregulaciónde losvolúmenesdevaporenlugardeacortar la carreray sustituirel sistemade 'boya' conuna 'catarata'queconsistíadeunacubetadeaguaysistemadecopaparavariarelpesoaccionandolapalanca"F",quecontrolabaelgrifodelainyección.Cuandoelmotorfuncionabaa lamáximapotencia la catarataestaba fuerade servicio,peroamedidaque lascargas se reducíandebido aquehabíamenos agua en lamina, la cataratapodíaestarrelacionadaconelcicloregulandoelnúmerodegolpesporminutomedianteelajustedelacantidaddeaguacontenidaenlacopaparalograrunefectodepesovariable. Smeaton adoptó un cilindro hemisférico en el fondo del cilindro y unavigademaderalaminadaconsuejefijadosensupuntomedioenlugardedebajocomohabíasidolanormacuandoseutilizabanlasvigasdemaderaanteriores.

Todas lasmejoras de Smeaton se plasmaron en sumotor de 1.32metroserigido en Long Bengton Colliery, Northumberland en 1722 que se ve en eldiagramadeabajo.Estemotortrabajabaa12golpesporminutoconunapresiónmedia efectiva de 7,5 psi. para dar un deber de 9,45 millones, mientras que lamayorcifradedeberregistradafueencontradaenTyneside,consolamente7,44millones.Smeatonconstruyóentoncesunaseriedeotrosmotoresqueincluíansusmejoras y estos se encuentran en Chacewater en Cornwall, donde construyó un72ins(1.82m),paralamáquinaen1775,yenKronstadtenRusiaImperialunode


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66 ins (1.67m),elmotorsesuministranparaelvaciadode losmuelles,yvariosotrosquefueronutilizadosdediversasformasenminasyobrashidráulicas.

Figura5:MotoratmosféricodeNewcomenenLongBengtonColliery,Northumberland

Otro autor encargado de mejorar el motor atmosférico fue John Curr deSheffield que decidió localizar las calderas de forma remota para obviar lanecesidaddemontarelcilindrosobre lacalderadevapordecúpula. JOHNCURRescribióunlibrotitulado"TheCoalViewer&EngineBuilder’sCompanion"quefuepublicadoen1797ydespuésdeestoélconstruyóunmotorde61ins(1.54m),enAttercliffe Common Colliery en 1790, que encarna sus principios y estarepresentadoeneldiagramaposterior.


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Paraestaplantaqueutilizadoscalderassituadosenedificiosexterioresalos ladosde lacasadelmotoryconectadosentresípormediodeunatuberíadevapor común que se unió en un cofre debajo del cilindro. Esta configuraciónpermitióaCurr construirunacasademotormáscompacta,queproporcionaunmayorgradodeapoyodelcilindroysuequipoauxiliar.Anteriormente,cuandoelcilindrosemontóencimadelacaldera,hubofracturasentuberíasdevaporyfallosen las uniones debido a que el cilindro, no estaba sujetado adecuadamente,tendiendo a flexionar excesivamente en cada golpe y causar este tipo deproblemas.OtramejorahechaporCurr,fueaumentarlaelevacióndelacisternadeaguadeinyección,colocándoloenunaparedextendidadelacasaqueseencuentramuyporencimadeltecho.LacarreradelmotorAttercliffeCommonCollieryfuede81/2pies(2m).Yefectuaba12golpesporminutoparadevolverundeberde9,38millones

Figura6:MotoratmosféricodeNewcomenconstruidoenAtterclifeCommonCollieryporJohnCurrdeSheffielden1790.

Otras modificaciones del motor original de Newcomen son dignas demenciónqueincluyen:laintroduccióndelcondensador'pickle-pot',lasustituciónde la cadena de eslabones por la cadena de pitch-chain (como una cadena debicicleta con las placas y rodillos) en las cabezas arqueadas y el montaje deválvulas,válvulasdeslizantesenlugardelosgrifos.


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Elcondensador'pickle-pot'secolocópordebajodelcilindroyqueestabaencomunicacióndirectaconélatravésdeunatuberíadegrandiámetro;se inyectóagua fría en el 'pickle-pot' en vez de en el cilindro ymás adelante en el ciclo elvapor entrante expulsaba el condensado y el aire residual presente dentro delcilindroatravésdeunaválvuladenoretornoquesecargóaaproximadamente2psi. Este método no era demasiado eficiente aunque sí posee la ventaja de quecuandoelvaporeraadmitidoenelcilindronoseexponíaatangranvolumendecondensadocomohastaahora.

Los Sres. Boulton yWatt siempre consideran el condensador 'pickle-pot'

comounaviolacióndesupatentede1769,aunquenuncaseregistrancomohaberrecurridoa litigiosparasuprimirsuuso.Sinembargo,muchascaracterísticasdelmotor mejorado como construidos por Boulton y Watt se incorporaron en losmotoresatmosféricosconstruidosdespuésdellapsode1769dePatentesen1800,yéstosincluyenelusodelcondensadorseparado,elarreglodeWattdelvariadorde cataratas de agua junto con válvulas de deslizamiento y la sustitución de lasvigasdemaderaporlasunidadesdefundicióndehierroquetienenelmovimientoparaleloconunextremodelavarilladelpistón.

Una de las más famosas máquinas de Newcomen documentadas es laconstruida en South Liberty Colliery que era propiedad de la Ashton ValeIronworksenBedminster,Bristol.Estemotor,queserepresentamasabajo,fuelaúltimaunidadatmosféricaparaoperareneloestedeInglaterrayfueunodelosdemás larga vida, trabajando desde 1750 hasta 1900, cuando, por desgracia, fuedesechado.Por suerte, fue ampliamentedocumentadoporBryanDonkinM.I.C.E.Enlarevista"Engineering"parasutemade25deoctubrede1895.Enelartículo,que se derivó del trabajo de campo llevado a cabo por H.W. PearsonM.Inst. Enmayode esemismoaño, había varias fotografías de soportedelmotor viejo, losplanosy,curiosamente,undiagramadeindicador.


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Figura7:MotoratmosféricodeSouthLibertyColliery

ElmotordeTheSouthLibertyqueseveenlafotografíahaconservadosuenormeviga demadera laminada hecha en con el patrón Smeaton y quemidió 24 pies(7.31m) de longitud en alrededor de 4 pies de profundidad. Tiene tambiéncadenas del tipo ‘pitch-chains’ en las cabezas de arco en lugar de cadenas deeslabón.Ladimensióndelcilindrofuede66ins(1.67m),yteníaunacarrerade6pies(1.82m).Estecilindrofuediseñadoconunfondocónicoparaobtenerfacilidadde drenaje de condensado de una manera similar a la forma semiesférica deSmeatonypesaba6toneladas.ElDiagramadelindicador,anteriormentealudido,registróunapresióndelacalderade2,3psiyunapresiónmediaefectivade9,5psiaunavelocidadde10golpesporminuto-estolediounacalificacióndepotenciade 52.72HPCuandose tieneencuentaelpesodelmotoren total, la caldera,elPitworkylasbombas,loscaballosdepotenciaportoneladacifraesmínima,perosinembargo,estosmotorespudieronhacerbiensutrabajoteniendoencuentaelmomentoenquesehicieron.Durantesus150añosdeuso,elmotordeTheSouthLiberty trabajó durante aproximadamente 5 horas por día, durante 6 días a lasemana.Elmaquinistaquelomanejabaen1895habíaconducidodesdequeeraunniño,supadreyabuelotambiénlohabíanmanejadoantesqueél.

Otra máquina importante fue la de 72 ins (1.82m) De Chacewaterconstruidapor JuanSmeatonen1775quesehamencionadoanteriormente.Fueuno de los primerosmotores de Newcomenmás potentes que se habían hechohasta esemomentoy eraelmásgrande. Talmotor funcionabaenCornwall conunacarrerade9pies(2.75m) yhaciendo9carrerasporminuto. Desarrollandouna potencia de 76 H. P. Fue equipado con una viga de madera laminada de


19

Smeaton,quemide27pies4ins,(8.33m)delargo,por2pies(0.6m)deanchoy6pies2ins,(1.87m)deprofundidadensucentro.Estavigaestabahechadeveintepiezasdemaderaquemedian12 ins.x6 ins,(0.3mx0.15m)desecciónytodasunidasentresí. ElmotorChacewatermovía tresbombasenseriede16-1/4 ins(0.40m)quesacabanaguaa93metrosdeprofundidad.Alparecer,nodurómuchotiempocomomotoratmosférico.En1778fuereconstruidaporJamesWattsiendoequipada con un nuevo cilindro de 63 ins(1.60m), que fue fundido porWILKINSON;elcilindrooriginalseconservayseutilizócomounacarcasaexteriorparaelnuevo.

Delainvestigaciónquesellevóacabodurantelaúltimamitaddelsiglo20,parece que los motores atmosféricos de Newcomen se construyeron en todo elmundoafinalesdelsigloXVIIIjustoantesdelaexpiracióndelapatentedeBoultonyWatt en 1800. Si uno cuenta las dos unidades rotativas que se conservan enEscociayenlosEE.UU,sólosietesobrevivenhastanuestrosdías.

1.2.4. ANALISISDELMOTOR

A continuación se analizan las características generales del motorNewcomen. Comose representaen la figura1, losprimeros cilindros fuerondefondoplanoyteníaunaporciónensanchadaenlapartesuperiorparaevitarqueelaguadeselladodelpistónsederramara.Losmotoresmásrecientesteníancabezascónicasohemisféricaspara recogermejory canalizarelvolumensignificantedeagua pulverizada y liquido formado en el interior del cilindro. Los primeroscilindros eran de bronce. Después de 1743, el hierro fundido comenzó a serutilizado y todos los cilindros eran fabricados de este material después de unbreveperíododetransición.Elespesordepareddelhierrofundidodeloscilindrosera típicamente de aproximadamente 1 pulgada. Además de la tubería de vaporquellegabaalcilindro,estabaequipadoconundrenajedecondensadollamadoel"tubodeevacuación"quevertíaeneltanquedeaguadealimentación(FWTenlaFig.1).Una"válvuladenoretorno"(amenudounasolapadecuerounidaalalaaperturadeltubo)fueequipadoenelextremosumergidoparaevitarqueelaguafuerasuccionadahaciaarribaenelcilindrocuandoseformabaelvacío.ElaguadelFWT(tambiénreferidomásadelantecomoel"hotwell")eradrenadaalacalderaparavolverautilizarestaaguacalentada.

Como comentamos anteriormente los primeros motores también fueronequipadosconunpequeñotubodeevacuaciónquedescargabaenunacubetapocoprofunda llenodeaguael “snifter”.Esta cubetaestabaa lavistadeloperador.Alentrarelvaporalcilindro, losgasesnocondensables(airequesalíade la solución en el proceso de ebullición y el que se filtraba en el interior delcilindrocuandoestabaencondicionesdevacío)haciaburbujasfueradelacubeta,pero el vapor se condensaba. Esta cubeta normalmente se desbordaba al pozocaliente.Eloperadorsabíaqueelairehabíasidopurgadocuandolasburbujasenel“snifter”cesaban,yaquelasalidadevaporsecondensabaynoproducíaburbujasenlacubeta.


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Recordemosquelapresiónenelinteriordelcilindroenlapartesuperiordela carrera de trabajo era cercana a la atmosférica. A medida que el vacíoaumentabadebidoalapulverización,estoaumentaríalavelocidaddeinyección.Elcilindroalfinaldelacarreradetrabajoestabarelativamentefriodebidoalaguadeinyecciónyenmenormedidaalacaídadetemperaturadesaturaciónylacaídadepresión.

Para restablecer el pistón a la parte superior de su carrera, el vapor eraadmitidoa travésde la válvuladevapory lapresiónvolvía a aumentarhasta laatmosféricaoligeramenteporencima.Elvapornosóloteníaquellenarelvacíodelinterior del cilindro para permitir al pistón volver a la parte de arriba sino quetambiénteníaquecalentarelpistónyelcilindro,expulsarelaguacondensada,ylosgasesnocondensablesdeairefiltradosenelinterior.

Los pistones tenían por lo general forma de pestaña, similar a ruedas deferrocarril y seconstruyeronapartirdehierro,dediámetroligeramentemenorque el diámetro interior del cilindro. La forma de pestaña del pistón esrepresentado en la Fig. 1. El anillo fue típicamente sellada con una cuerda decáñamoparamantenerelpistóncentradoyrematadoconuncolgajodepielquesedeslizabaalolargodelasparedesdelcilindroyformabaelsello.Seañadíaaguaala parte superior del cilindro paramantener los sellos húmedo y flexible. Si lossellosllevabanaguaenexceso,elaguayelairedeselladoentraríanenelcilindro.

Lapresióntípicadefuncionamientodelacalderaerade1½a2½psi.Unapesadaválvuladeseguridaddeprotegíalacalderaylimitabalapresióndelvapordisponibleparallenarelcilindroenlacarreraderestablecimiento.

El balancín se repartía por igual demanera que la carrera del pistón eraigualalacarreradelasvarillasdebombeo.Lacarrerademovimientoalternativode estasmáquinas no estaba controlado por un cigüeñal y En consecuencia, eravariable.Paraevitartocarelfondodelpistón,otirardeélhaciafueradelcilindroenlapartesuperior,losmuellesdemadera"tuppingsprings”(tambiénconocidoscomo"springbeams")erantípicamenteinstaladoscomopartedelaestructuradesoporte. Cada arco demadera en la viga oscilante tenía barras demetal que seproyectabanfueradelosladosconocidoscomo"catchwings."Los“catchwings”seposicionabanpara golpear los “tupping springs” restringiendoasí la carreradelpistón.Siimpactabanlos“catchwings”,larigidezdelos“tuppingsprings”tendíanatransmitirungranchoquemecánicoatravésdetodalaestructura.

En consecuencia, los motores fueron típicamente operados con unmovimiento reducido por elmaquinista a fin de prevenir los “tupping springs”impactaran. LasCadenas sólo funcionanbien en tensión, por lo que el pistóndevapor en realidad no era empujado hacia arriba por el vapor. Pesos adicionalescolocadosenelladodelabombaequilibrabanlaoperaciónytirabandelpistóndenuevo a la parte superior de la posición de la carrera. Esta tensión producidaestáticamente en el pistón era de aproximadamente 1 psi de vacío. Al principio,debido a las calderas de baja capacidad, según los informes, el pistón podíarestablecerseyvolvera lapartesuperiordelcilindrosinnecesidaddeunaplenacargadevaporydebidoaqueunvolumensignificativodeaireseintroducíaenel


21

cilindro, el chorrode inyecciónno formabaun vacío suficientepara levantar lasbombas.

Elnúmerodeciclosdebombeoporminutotendíaaseralrededorde10a12, pero algunos motores hacían hasta 17 golpes por minuto y otros tan bajoscomo 5 o 6 golpes por minuto. La carrera de restablecimiento era lenta encomparación con la de trabajo. Este movimiento alternativo desigual desafía elpensamiento actual, que está condicionada por los motores de cigüeñal de altavelocidad.Un indicador demotor era undispositivo que iba conectado tanto almecanismo de pistón y a una toma de presión en el cilindro. El dispositivoproducíauntrazadode lapresiónen funciónde laposicióndelpistónquepodíaserescaladoconelvolumenenel interiorcilindro.Undiagramadeindicadorfueregistradoen1895enunmotordeNewcomenconuncilindrode66pulgadasdediámetroyunacarrerade6pies.Elresultadosemuestraenlafigura8.Elmotorhaciaalrededorde10carrerasporminutoylapresióndelacalderaerade2,3psi.Tengaencuentaquelapresióndelcilindroregistradaporencimadelalíneadelaatmósfera era inferior a 1 psi, por lo que hubo algunas pérdidas de presiónrelacionadas conel flujodevapor en la tubería y la válvula entre la calderay elcilindro.

Figura8:Diagramadeindicador

La figuramuestra lo que parecen ser tres ciclos. El trazado superior a la

presión atmosférica corresponde con la carrera de restablecimiento (con ellevantamientodelpistón)yeltrazadopordebajodelumbralatmosféricoeslaotraparte del ciclo (con el pistón descendiendo). Los números en los distintossegmentosindicanlapresiónmediaenesapartedelciclo.Haydiezsegmentos.Elprimersegmentoalaizquierdatieneclaramenteunerrortipográfico,yelvaloresalrededorde6.Usandoestevaloryladeterminandolapresiónmediaengeneralpordebajodelalíneadelaatmósfera,elresultadoes8,5psi.

Un artículo escrito por el ingeniero de minas, el Sr. G. T. Newbould, ypublicado en lasActas de la SociedaddeNewcomen en1934, documentaba unamáquina deNewcomen con suficientes detalles del delmotor y de la bomba encuanto a dimensiones y características de funcionamiento que permiten unanálisis más avanzado de una máquina de Newcomen. Construida en 1823, elmotor en Westfield, Parkgate, Yorkshire, fue uno de los últimos motores de


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Newcomen construidos. Como se trataba de una mina de carbón con residuosabundantes, fue construido un motor de Newcomen en lugar del más caro yeficientemotordeWatt.

Eldiámetrodelcilindroerade54pulgadasdediámetroyfuede10piesde

largo.Lacarreramáxima,posiblementelimitadaporlos“tuppingsprings”fuede7½ pies, pero la carrera real promediada fue de 5 pies 9 pulgadas. La bombafuncionabaa10golpesporminutoysebombeabaaguadesdeunaprofundidaddeunas60yardasendosascensiones.Laelevaciónmásprofundade22yardasutilizauna bomba de 16 pulgadas de diámetro, y la elevación superior de 37 yardasutiliza una bomba de 15 pulgadas de diámetro. Newbould informó que laextraccióndeaguapromedioerade48galonesporcarrera.ElconsumodecarbóninformadoporNewbouldfuede18librasporlaPST.Estemotorfuedesmontadoen 1934, después de más de 100 años de servicio. Aunque el motor ha sidodesmantelado, la casa demáquinas se ha conservado y puede ser visitada hastanuestrosdías.

De particular interés para el estudio actual, el Sr. Newbould realizó el

diagramadeindicadordeestemotoryeldiagramadeindicadordesincronizacióndeválvulas.Elmomentodelaadmisióndevaporylosprocesosdecondensacióndel spray son significativos para todos los análisis termodinámicos másexhaustivas. La figuramuestraeldiagramadel indicador comose informaenelartículodeNewbould.Elsentidodeltrazadoesensentidoantihorario.

Figura9:DiagramadeindicadordeNewbould

Newbould no proporcionó datos sobre el rendimiento de la caldera. Sinembargo, el Tratado sobre la Máquina de vapor de 1861, por John Bourneproporciona algunos datos útiles de operaciónpor John Smeaton. Entre 1765 y1772 Smeaton (1724-1792) hizo un estudio sistemático de las máquinas deoptimizandosurendimiento.Erigidoen1774,teníaundiámetrodecilindrode52pulgadasyunacarrerade7pies,elmotordeLongBentondeSmeatonfuesimilaren tamaño al de Westfield . La caldera utilizada en el motor de Long Bentonevaporaba 90m3 / h de agua y consumía 8½ bushels de carbón por hora. Unbushel es una medida de capacidad anglosajona para mercancía sólida que


23

equivalea84lbmdecarbónBournetambiéninformódequeelaguadrenadadelcilindro tendía a desbordar el FWT y que la temperatura en el FWT de uno demotordeSmeatonera134°𝐹.

Elmodelogeneralqueseaplicaaunmotor térmicooperandounabombaes:Ėcomb 𝑄s 𝑊! bhp whp ηcaldera ηtérmico ηmecanico ηbombaṁcombHV ṁvaporΔh carbónsinquemar pérdidasdecalorpérdidasdecalor filtraciones ypérdidasdecalor enelcilindro porrozamiento deagua

Laconvencióndenotaciónqueseutilizaenelpresentedocumentoesque

los términos "conelpuntillo" sonvariables extensivas en funcióndel tiempo.Laenergía(Ėcomb)eselproductodelflujomásicodelcombustible(ṁcomb)ysupodercalorífico(HV).Elcalor(𝑄s)suministradoalcilindroeselproductodelflujomásicodevapor (ṁvapor)y lavariacióndeentalpía (Δh)del aguaen la caldera.Elmotortiene un rendimiento térmico (ηtermico) que satisface la segunda ley de laTermodinámica y tiene en cuentaque el procesode trabajo en cada ciclono esadiabáticoniisoentrópico.

Del fluido de trabajo. La salida termodinámica de unmotor en cuanto apotenciase llamalapotencia indicada,cuyasunidadesenestecasosonlassiglas(ihp).Elrendimientomecánico(ηmecanico)debidomayoritariamentea:lafricciónenelmotor, lavigay labomba.Laentradadeenergíamecánicaa labombaadoptaaquíelanálogodelmotorrotacionaldepotenciaalfreno(bhp).Paraelfindeesteanálisis,el rendimientode labombasecentraen lacantidaddeaguaelevadaencomparación con la potencia necesaria para elevarla. El suministro de aguapermite el cálculo de la potencia hidráulica (whp). Todos los rendimientosmultiplicadosenconjuntodancomoresultadoelrendimientogeneraldelsistema(ηgeneral).1.2.4.1.ANALISISDELACALDERA

Elrendimientodelacalderaeslacalorquesesuministraalmotor(𝑄s=ṁstm Δh) vs la energía química del combustible que es liberada (Ėfuel=ṁfuel HV).Esto esrepresentadodelasiguientemanera.


24

Los flujos másicos de combustible y de agua se calculan de la siguientemanera:

ṁ!"#$ó! = 𝜌𝑉 = 84 𝑙𝑏𝑚 𝑏𝑢𝑠ℎ𝑒𝑙 8.5𝑏𝑢𝑠ℎ𝑒𝑙 ℎ = 74 𝑙𝑏𝑚 ℎ

Una anotación acerca del carbón británico. La mayoría del carbónproducido en Gran Bretaña era y es carbón bituminoso que tiene un podercaloríficoentre10,000y14,000Btu/lbm.LamediadepodercaloríficodelcarbónenGranBretañaesalrededorde10,750Btu/lbm.

Necesitamos la densidad del agua que entra a la caldera para calcular elflujomásicodeagua.

𝜌!"#! =1

𝑣!(130°𝐹)=

1

0.016247 𝑓𝑡!

𝑙𝑏𝑚= 61.5 𝑙𝑏𝑚 𝑓𝑡!

ṁ!"#! = 𝜌𝑉 = 61.5 𝑙𝑏𝑚𝑓𝑡3

90𝑓𝑡3

ℎ = 5535 𝑙𝑏𝑚 ℎ

El calorsuministradoalaguaesel cambiodeentalpiadelagua(Δh).Podemosaveriguarlosvaloresdeentalpiausandolastablasdevapor.Seconsideraquelacalderaproducevaporsaturadoseco.Hout=hg(16.7psi)=1152.5Btu/lbmhin=hf(130°𝐹)=98Btu/lbmElrendimientodelacalderaes:


25

𝜂!"#$%&" = 𝑄!

Ė!"#$=ṁ!"#$%𝑞!ṁ!"#$𝐻𝑉

=(5535 𝑙𝑏𝑚 ℎ (1152.5− 98

𝐵𝑡𝑢𝑙𝑏𝑚)

714 𝑙𝑏𝑚 ℎ 10.70𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏𝑚

𝜂!"#$%&" =5.84𝐸6𝐵𝑡𝑢 ℎ7.68𝐸6𝐵𝑡𝑢 ℎ

= 0.76

𝜂!"#$%&" = 76%Usaremosestevalorenelbalancefinal.1.2.4.2.ANALISISDELABOMBA

Labombaestabaconectadaalarcodelavigaigualqueeldelpistónporlotanto tenía la misma carrera. Con una media de carrera de 69 ins, la bombasuperior de 15 ins considerando que no tiene pérdidas de agua por filtracionesentregaríaelsiguientevolumen:

𝑉 =𝜋𝐷!

4 𝐿 =𝜋15!𝑖𝑛!

4 69𝑖𝑛 = 12,193𝑖𝑛!1𝑓𝑡!

1728𝑖𝑛! = 7.06𝑓𝑡!7.48𝑔𝑎𝑙𝑓𝑡!

𝑉 = 52.8𝑔𝑎𝑙

Labombainferiorde16inssinpérdidasdeaguaporfiltraciones,daría:

𝑉 =𝜋𝐷!

4 𝐿 =𝜋16!𝑖𝑛!

4 69𝑖𝑛 = 13,873𝑖𝑛!1𝑓𝑡!

1728𝑖𝑛! = 8.0𝑓𝑡!7.48𝑔𝑎𝑙𝑓𝑡!

𝑉 = 60.1 𝑔𝑎𝑙

ConsiderandoqueNewbouldreportóunaproduccióndeaguade48galones

porcarrera,labombasuperiortieneunrendimientodel91%.

Elpesodelagualevantadaerabastanteimpresionante.Recalcarqueambasbombasestabanconectadasalamismabarrayoperabanjuntas.Elpesoespecificodelaguaesγ=62.4lbf/ft3ytieneelmismovalornuméricoqueladensidadρperolasunidadesdeγsonlbf/ft3encomparaciónconlbm/ft3deρ.Asumiendoquelastuberías de cada bomba tienen el mismo diámetro, el peso del agua levantadasimultáneamenteenambasbombasera:

Peso = γV


26

γV = 62.4𝑙𝑏𝑓𝑓𝑡! (

𝜋16!𝑖𝑛!

4 22𝑦𝑑𝑠3𝑓𝑡𝑦𝑑 +

𝜋15!𝑖𝑛!

4 37𝑦𝑑𝑠3𝑓𝑡𝑦𝑑

1𝑓𝑡!

144𝑖𝑛!

γV = 14.250 𝑙𝑏𝑓

Eltrabajoparalevantaresaaguaconlasdosbombases:

W = 𝐹×𝑑 = 𝑃𝑒𝑠𝑜×∆𝑧 = 14.250𝑙𝑏𝑓 5.75𝑓𝑡 = 81,939𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓

Lapotencianecesariaparahacer10carrerasporminuto,análogamenteenunabombarotativaconlapotenciadefrenadoes:

𝑊 =𝑊×𝑁

𝑊×𝑁 = 81,939𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 10

𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎𝑠𝑚𝑖𝑛 = (819,390

𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑚𝑖𝑛 )(

1ℎ𝑝

33,000 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑚𝑖𝑛

)

𝑊 = 24,83𝑏ℎ𝑝

Cuandosetratademedirlapotenciadeunabombaporelaguaentregada,lapotenciaesllamada“potenciahidráulica”(whp)yesmedidaporlacantidaddeaguaentregadaporesta.Secalculadelasiguientemanera.

𝑊 = 𝑚𝑤 =𝑚𝑡𝑔𝑔!∆𝑧 = 𝜌

𝑉𝑡𝑔𝑔!

∆𝑧 = γ𝑉∆𝑧

𝑊 = 62.4𝑙𝑏𝑚𝑓𝑡! 48

𝑔𝑎𝑙𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎

1𝑓𝑡!

7.48𝑔𝑎𝑙 10𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎𝑠𝑚𝑖𝑛

1𝑙𝑏𝑓1𝑙𝑏𝑚 59𝑦𝑎𝑟𝑑𝑠 3

𝑓𝑡𝑦𝑑

𝑊 = 708.757𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑚𝑖𝑛

𝑊 = 708.757𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑚𝑖𝑛

1ℎ𝑝


= 21.48𝑤ℎ𝑝

Basadoenestosresultadoselrendimientodelabombaes:


27

𝜂!"#!$ =𝑤ℎ𝑝𝑏ℎ𝑝 =

21.48ℎ𝑝25.83ℎ𝑝 = 0.865

𝜂!"#!$ = 86.5%1.2.4.3.ANALISISDELPISTONYELCILINDRO

Analizando el diagrama de indicador podemos determinar la potenciaindicada.Elautor fotocopióyagrandóeldiagramade indicadordeNewboulden1918, loacoplóaunpapelescaladoeinterpolólaspresionespara30posicionesdiferentesdelpistón.

Elgráficonoindicalasposicionesespecíficasdelpistón,asíqueseasumióque el fondo del pistón estaba justo en el centro del cilindro en lamitad de sucarreramedia.Establecidoeldiámetrode54insdelcilindro,teníaunalongitudde10pies.Sinembargo,lacarreramáximadelpistónfueregistradacomo7pies6ins(7.5feet). Se considera que los “tupping springs” estaban situados para que esacarreramáxima del pistón estuviese centrada longitudinalmente con el cilindro.Recalcar que el propósito de los “tupping springs” era prevenir que el pistón sesalieradelcilindrooqueimpactaraenelfondodelcilindro.Ademásseconsideraqueelmotoreraoperadoparaquedichacarreramediaestuviesecentradadentrode los 7.5 piés demáximo. Ello daría como resultado un espacio por debajo delpistónde2pies11/2ins(2.125pies)yporarribadelacarreramediaunespaciode7 pies 101/2 ins (7.875). Asumiendo una cabeza inferior del cilindro plana, Laseccióndelpistónyelvolumendelcilindropordebajoyporencimadelacarreramediaseria:

𝐴 =𝜋𝐷!

4 =𝜋(54𝑖𝑛)!

4 = 2290𝑖𝑛! = 15.90𝑓𝑡!

𝑉!"#$%& !" !" !"##$#" =𝜋𝐷!

4 ∙ 𝐿 = 15.90𝑓𝑡! 2.125𝑓𝑡 = 33.80𝑓𝑡!

𝑉!"#$%& !" !" !"##$#" =𝜋𝐷!

4 ∙ 𝐿 = 15.90𝑓𝑡! 7.875𝑓𝑡 = 125.25𝑓𝑡!

Cambiandoeneldiagramadeindicadoralaconvencióndequeelvolumencrecedeizquierdaaderecha,quedagiradoconrespectoaldiagramaenelartículodeNewbould,quedandoasí:


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Figura10:DiagramadeIndicador.MotorWestfield

Elsiguienteesquemamuestralalocalizacióndelpistónylaposicióndelas

válvulas para cada fase del ciclo. Los puntos numerados que están anotadoscoincidenconlosdeldiagramaanterior.

Figura11:CiclosdelMotordeNewcomendeWestfield


29

En referencia a la figura anterior, todo el área encerrada representa eltrabajoneto, sin embargo es necesario considerar la naturalezade la carreraderestablecimiento y la carrerade trabajo.Mientras la carrerade restablecimientollevaasociadolaadmisióndevaporlafuerzaquellevaacaboestacarreraesladelagravedadquetiradelospesosdelabarradelabomba.Entonces,lacarreradetrabajo tiene que levantar este peso adicional. Lo que sabemos acerca de esteequilibradode fuerzasesqueerasuficienteparacausaralrededorde1psienelcilindro bajo condiciones estáticas. Aunque la bomba tiene que superar el pesoadicionalenlugarderecuperarenergíadelacarreraderestablecimiento,enesteanálisis solo se tiene en cuenta la carrerade trabajo en los cálculos.Mientras eláreaencerradadeestegraficoserefiereal trabajonetodelciclo,el trabajode labombaeslaporciónmasbajadelgraficopordebajodelpuntodeequilibrioydelpequeñovacíocreadoporlospesosenelladodelabombadelamaquina

Newbouldreportóquelapresiónmediaefectivadeestegraficoera8.6psig.Los autores hicieron una integración por partes del área usando un análisis dehojasdecalculoyajustaron lapresiónestáticaderestablecimientohastaque lashojasdecalculodieronunapresiónmediaefectivade8.6psig.Usandoestecálculo,lapresiónestáticaderestablecimientodabaunresultadode-0.65pisg.Estevaloresta en el rangode lo registrado comopesode equilibradopara losmotores deNewcomen.

Como el pistón era movido hacia la parte superior de su carrera,técnicamente el trabajo estaba hecho. Además el vapor es admitido y una partesignificativa es condensada calentando el pistón y el cilindro asique latransferencia de energía ocurría durante la carrera de restablecimiento. Sinembargo,yaquelaentradadeenergíanoesalmacenadaenunvolanteomanivela,el proceso de restablecimiento también se puede dejar fuera del análisis. Elindicadorgraficoquerepresentaeltrabajodelabombaestamostradoenlafigura12.conlapresiónmediaefectivadelacarrerasuperpuesta.


30

Figura12:Trabajodelabomba

Newbould estableció que la MEP presión media efectiva era de 8.6 psi.Tambiénesposiblecalcularel trabajo indicadoy lapotencia.El trabajo indicadoes:

𝑊! = 𝜌∆𝑉 = 8.6𝑙𝑏𝑓𝑖𝑛!

144𝑖𝑛!

𝑓𝑡! 91.45𝑓𝑡!

𝑊! = 113,251.7 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓/𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎Lapotenciaindicadaes:

𝑊! =𝑊𝑡 = 113,251.7

𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎 10

𝑐𝑎𝑟𝑟𝑒𝑟𝑎𝑚𝑖𝑛

𝑊! = 1,132,517𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑚𝑖𝑛

1ℎ𝑝


𝑊! = 34.32ℎ𝑝

Esteresultadopermiteelcálculodelrendimientomecánico.


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𝜂!"#$%&#' =𝑏ℎ𝑝𝑊!

=24.8334.32 = 0.723

𝜂!"#$%&#' = 72.3%1.2.4.4.RENDIMIENTOGLOBAL

JohnSmeatontambiéndefinióel“granproducto”deunmotorbombeadorde agua que se basaba en las libras de agua (enmillones) levantados un pie dealturamientraslacalderaconsumíaunbusheldecarbón.“granproducto”envolvíaal término “duty” pero de cualquier forma el concepto facilitaba la comparaciónentrediferentesmotores.ElmotordeSmeatondeLongBentonCollieryproducíaun“duty”de9.45millonesdelibrasdeagualevantadasunpiedealturaporbusheldecarbónconsumido.

𝜂 =𝑊!"#$%"

𝐸!"#$%&%=

9.45𝐸6 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝑏𝑢𝑠ℎ𝑒𝑙

84 𝑙𝑏𝑚 𝑏𝑢𝑠ℎ𝑒𝑙 10,750 𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏𝑚 778 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓 𝐵𝑡𝑢= 0.0135

𝜂 ≅ 1.4%

En el casodelmotordeWestfield esposible calcular el rendimiento totaldelmotorgraciasalaconsumiciónhorariatotaldecarbónreportadode18lbporwhp.Laconsumiciónhorariadecarbónes:

𝑚!"#$%& =18𝑙𝑏𝑚𝑤ℎ𝑝 ∙ ℎ𝑟 21.48 𝑤ℎ𝑝 = 386.6

𝑙𝑏𝑚ℎ𝑟

Es importante notar que el flujomásico es también el flujomásico en elsistemaBritánicoyelsistemaUSCS.

𝜂!"!#$ =𝑊!"#$%"

𝐸!"#$%&%


32

𝜂!"!#$ =708,757 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓 min 60𝑚𝑖𝑛 ℎ

386.6 𝑙𝑏𝑓 ℎ 10,750𝐵𝑡𝑢 𝑙𝑏𝑓 778 𝑓𝑡 ∙ 𝑙𝑏𝑓𝐵𝑡𝑢

𝜂!"!#$ = 0.013 = 1.3%

EsteresultadocalculadoesconmensuradoconlasmejorasdeSmeaton,asíquelacantidaddecarbónconsumidoporhoraescorrecto.1.2.4.5.ANALISISDELOSRESULTADOS

Llegadosaestepuntosabemosqueelrendimientototalesde1.3%queelrendimientode la calderaesde76%,elde labombade86,5%yel rendimientomecánico del motor es de 72.3% así que ahora podemos determinar elrendimientotérmicodelmotordeNewcomen.

𝜂!"#$%&" 𝜂!é!"#$% 𝜂!"#$%&#' 𝜂!"#!$ = 𝜂!"!#$

𝜂!é!"#$% =𝜂!"!#$ 𝜂!"#$%&" 𝜂!"#$%&#' 𝜂!"#!$

𝜂!é!"#$% = 0.013(0.760)(0.723)(0.865) = 0.027 = 2.7%

𝜂!é!"#$% = 2.7%

Comosepuedeverdelosanálisisanteriores,losrendimientosdelacaldera,mecánico,ydelabombasontodosdemayormagnitudqueelrendimientotérmicodelmotordeNewcomen.ContrastandoestoconlaeficienciatérmicadeunmotordeOttomodernodecombustióninternaconunradiodecompresiónde8queesalrededorde56%,desplazaelrendimientotérmicoenestecontexto.sehanusadolosdatosde la calderamasantiguaqueelmotordeWestfield,pero incluso si elrendimiento de la caldera para el motor de Westfield fuese de 100% , elrendimiento térmico estaría alrededor del 2.1%. El rendimiento térmico era laprincipalcausadeltanbajorendimientoglobaldeestasmaquinas.

Estebajorendimientotérmicoeradebidomayoritariamentealanecesidad

devolveracalentarencadacicloelpistónyelcilindroqueeranenfriadosconelchorrodeagua inyectadoensu interiorparahacer lacarrerade trabajo,aunquetambiéninfluíanaspectoscomolosescapesdevaporquesesalíanporlasjuntasde


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lastuberíasylosmaterialesdelcilindroyelpistónqueestabanpocoaisladosdelexterior.1.2.4.6.CONCLUSIONElpistónycilindrodelosmotoresdiscutidosusanunapresióndevapormuybajay eran estacionarios. Mejorando los componentes el rendimiento global seexperimentounaumentoen losmotoresde losañosposteriores,pero lamejoramasfructuosarealizadafueatravésdemejorarelrendimientotérmico.El motor de Newcomen fue la primeramaquina de vapor exitosa y segura. LasmaquinasdevapordeNewcomeneranusadasparabombearaguade lasminas,para bombear agua hacia molinos de agua y suministros urbanos de agua. Losmotoresqueimpulsabandirectamenteunamanivelaouneje llegaronmastarde.ELperiodototaldeestatecnologíafuedeunos220años.2. OBJETIVOSDELPROYECTO

Enesteproyectodefindecarrerasevaaconstruirunmodeloaescala1:40delmotordeNewcomen.SiendofielesalmotoratmosféricodeNewcomende1712delplanodelafigura1.Paraestaescalasehatenidoencuentaeldiámetrodelcilindrodel motor estudiado en la introducción. El motor atmosférico de Newcomen deWestfield. Ya que las demás medidas varían con respecto al original. Estadesviaciónenlasmedidasdelasdemásunidadesdelmotorsedebealaadaptaciónalosmaterialesyequiposdelosquesedisponíaparaconstruirelmodelo.Aunquesetratadeajustarselomayorposiblealdiseñooriginaldelmotorsevaautilizarmateriales transparentes en el cilindro y la caldera para así poder ver elfuncionamientoenelinterioryquepuedaserutilizadoparafinespedagógicosenla escuela. Se intentará que el motor funcione de manera autónoma como eloriginalmedianteunsistemadepesosypalancasqueabrenycierranlasválvulasde entrada del vapor al cilindro y la inyección de agua fría en el interior delcilindro.


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3. MEMORIA

EnPrimerlugarseestudióeldiseñodelmotororiginal.Seestudióafondosufuncionamiento, los ciclos del motor y las partes de las que se componía. Deldiseño se sacaron las dimensiones que debería tener elmotor a escala. Una vezconocidas lasmedidasquesenecesitaban,secayóen lacuentadeque lacalderaquesequeríaquefuesetransparentealigualqueelcilindro,podíaserunmatrazErlenmeyer,yaqueestealestarhechodepirexpodríasoportaraltastemperaturasycumplirconelpropósitodequefuesetransparente.ParaelcilindrosepensóenvariasalternativashastaqueenprimerlugarsedecidióutilizarplexiglassXTde40mmde diámetro exterior y 34mmde diámetro interior que soporta 3,3 bar depresión, más que suficientes para las presiones tan bajas que se esperabanconseguir en el interiordel cilindro.Y la temperaturade reblandecimientoVicatdelplexiglassXTesde103˚Cqueerasuficienteparalos100˚Cdetemperaturaquesealcanzanenelinteriordelcilindroalservapordeaguaconloquetrabajamos.Teniendoestasdoscondicionesdetrabajodelcilindrosuperadasseoptóporusarestematerialconunamedidade100mmdelargo.

En primer lugar el punto de preocupación era si en un volumen tanpequeñode90.79cm³enel interiordelcilindroeracapazdeproducirsuficientevacíoal inyectarleel agua liquidacuandoesteestaba llenodevapor.Asíque se


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decidió tratar de construir el sistema de caldera cilindro y pistón para ver si alinyectarleagualíquidaconunajeringuillaseproducíaelrecorridodelpistón.

Para el pistón tras barajar varias posibilidades y estudiar un artefactollamado ‘fire piston’ utilizado para encender fuego que utiliza la compresiónadiabáticadelosgasesdesuinteriorparaaumentarrápidamentelatemperatura.SeoptóporusarunpistóndeAluminio.

ParaconseguirestanqueidadenelmotororiginalNewcomenutilizabaunajuntadecueroquealmojarsesellabasatisfactoriamenteparaqueseprodujeseelvacío.

Alestarhablandodedimensionesmuchomaspequeñasquelasdelmotororiginalydematerialesdistintossedecidióutilizarunajuntatóricadecauchoparacreardichaestanqueidad.Queesloqueseutilizaenlos“firepiston”modernos.Secompróunabarradealuminioquesemecanizóentornohastaconseguirestepistón. El pistón iba roscado a un tornillo largo de métrica 6 a la cual iríaenganchadalacadenaquevaalbalancínporloqueselehizounaperforaciónenlapartesuperiorqueesdondeiríaenganchadalacadena.

Figura 14:

Pistóndealuminioeneltorno

Figura13:Pistóndealuminiomecanizado

Figura15:Sistemacalderacilindropistón


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Paracompletarelsistemacalderacilindropistónhabíaquepensarenuna

tapaparalacalderayunatapaparalaparteinferiordelcilindroamododepodercrear espacios estancos. Debido a los materiales utilizados para la caldera y elcilindro de vidrio y plexiglass respectivamente se optó por utilizar tapones degoma. Un tapón de goma con un agujero para la caldera donde se conectaría latuberíaquellevaelvaporalcilindro.Yuntapóndegomacontresagujerosparalaparteinferiordelcilindro.Dondeseconectaríalatuberíadevaporquevienedelacaldera,latuberíadeinyeccióndeaguafríaenelinteriordelcilindroylatuberíadesalidadeaguacondensada.Unavezseconsiguierondichostaponesdegomaseteniaelsistemasinestructuraperolistoparapoderprobarsiconestevolumenseconseguíavacíosuficientealinyectaraguafríacomoparaquebajaraelpistóndealuminio.

Para inyectar agua fría se utilizó una jeringuilla conectada a un tubo decobrequeseconectabaaunodelosagujerosdeltapóninferiordelcilindro.

Paracalentarelaguadelacalderaseutilizóunapequeñabombonadegasdecamping.Yparalatuberíadevaporquevadelacalderaalcilindroseutilizóunatuberíadevidrioconunaválvuladevidriótambién.

Unavezseteníaelsistemamontadoseprocedióaversifuncionaba.Enunprimerintentoelpistóndescendíamuypoquitoalinyectarleaguafría,secayóenla cuenta de que la junta tórica estaba haciendo demasiado rozamiento con elcilindroporloquesecambiólajuntaporotrapequeñaperoseguíasinhacertodoel recorrido el pistón. Al sospechar que se trataba del rozamiento que hacia lajuntaconelcilindroalcalentarseehincharseynopoderintroducirunajuntamáspequeña aún ya que dejaría de hacer estanqueidad, se decidió probar con unajeringade20mlcomocilindroyelembolodelajeringaqueactuasecomopistónaversifuncionaba.


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Figura16:Pruebaconjeringuilla

Se lepracticóunagujeroa lajeringa en la parte inferior parapoder inyectarle el agua fría. Perotras varios intentos no se consiguióquebajaraelembolo.

Sevolvióainstalarelanteriorcilindro de plexiglass con el pistonde aluminio y se volvió a probarperoestavezquitandolaválvuladevidrio que iba de la caldera alcilindro, dejando que el cilindro sellenase más de vapor que antes einyectándole más cantidad de aguacon la jeringa grande. De estamanera al inyectar agua no solo secondensaría el vapor que habíadentro del cilindro sino también elde la caldera por lo que al ser elvolumen de vapor mayor seproduciríamásvacío.Efectivamente

seprodujotodalacarreradelpistóngolpeando este el tapón inferior delcilindrodemaneramuyviolenta.Aunque esteno era el funcionamiento real delmotor Newcomen, se comprobó que era posible conseguir que funcionase y sedecidiópasaradiseñarlaestructuraquesostendríatodoelsistema

Para diseñar la estructura de la máquina y del balancín se utilizaron losprogramas deAutocad y Sketch up. Se diseñó una estructura fiel a la delmotororiginal deNewcomen que iría construida enmadera. Los planos deAutoCAD ySketchupestánadjuntosenelanexo


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Figura17:Estructuraensambladasinbalancín


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Se utilizó madera de palés para la estructura y para el balancín. Que secortaronconunacaladora.Lafaltadeherramientasprecisasalahoradecortarlamaderay lafaltadeexperienciaenestetipodetrabajosdemarqueteríahicieronquelaestructuranotuvieselasmedidasexactasquesediseñaronenlosplanosdeAutoCAD.

Figura18:Balancín

Figura19:Estructuraconbalancín


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Unavezmontadoelbalancínenlaestructurahabíaqueañadirlascadenasquetransmitiríanelmovimientodelpistónalbalancínydeestehacialabombadeagua. Como se puede comprobar en la foto inferior las cadenas no estabanalineadasexactamenteconlabarradelpistónestoesdebidoalainexactitudenlasherramientasdecorteutilizadasy la faltadeexperienciaenestetipodetrabajosdemarquetería.

Figura20:Detalledelostopesparalacadena

Para que las cadenas no se fuesen hacia los lados hubo que hacerle unostopesdemaderapegadosalbalancínconcola.

Yaelsiguientepasoeraprobarlamaquinaconlaestructuraavercomosecomportaba.

Alnoestarhechalabombadeaguaaún,paracomprobarsipodíalevantarpeso, se le colgaron unos pesos a la cadena donde debía ir situada la bomba deagua.

En un primer intento se volvió a comprobar que el pistón hacia todo elrecorrido anulando la válvula de vapor que va de la caldera al cilindro, es decirdejandosimplementeunconductoabiertoentrelacalderayelcilindro.Ademásdeesto, se colocó un bote para la salida de agua condensada. Comoprimer intentopara probar el sistema este conducto de salida del agua condensada se cerraríaestrangulandolamangueraquesecolocó,yaqueaúnnosedisponíadeválvuladenoretorno,comolaquedisponíaelmotororiginaldeNewcomen,haciendoqueenla carrera de restablecimiento el vapor que entraba desde la caldera al cilindrotambiénseencargaradeexpulsarelaguacondensadadelinteriordelcilindroyen


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lacarreradetrabajotrabajaríacomounaválvulacerradaparaevitarqueentraseningúnfluidoporesteconducto.

Alprobarelfuncionamientodelamaquinadeestamanera,efectivamente

seproducíatodoelrecorridodelpistónylevantabalospesosquehabíacolgadosdelacadenadondeiríalabombadeagua.Perohabíaunproblemamuyimportanteyesque,nosoloestenoeraelfuncionamientorealdelmotordeNewcomensinoquecadavezquese inyectabaaguasecondensabatodoelvaporquehabíaenelinterior del cilindro y al estar conectado a la caldera, el de la caldera también,cortandolaproduccióndevaporsúbitamentealdejardehervirelagua.Porloque,aunqueestohizoquesesiguieseadelanteconelproyectohabíaquepensarenotrasoluciónparaquelamaquinafuncionasecomoteníaquefuncionar,conlaválvuladevaporcerradacuandoseinyectabaelaguafríaenelinteriordelcilindro.

Altratardemoverelpistonmanualmenteagarrándoloporlabarraqueibaunidoaestepor lapartesuperiorsecayóen lacuentadequeexistíademasiadorozamientocomoparaqueestehicieratodoelrecorridoporelvacíoquesecreabaen el interior del cilindro al inyectar agua fría. Y esto era debido a que la juntatórica con el calor del vapor se hinchaba y se atoraba, por lo que se pensó quequizásutilizandoelmismomaterialdelcilindro,sereduciríamuchoelrozamiento.Asíquesemandoapedirunabarradeplexiglassysemecanizóeneltornohastaconseguir un pistón con mucho ajuste en el cilindro para que hubiese laestanqueidad necesaria para crear el vacío y que el vapor no se filtrara hacia elexteriorporlapartesuperiordelcilindro.

Figura21:Pistonmecanizadodeplexiglass

Se probó el sistema con el nuevo pistón roscado a la barra a la cual vaenganchada la cadena y efectivamente el pistón hacia todo el recorrido y ya noocurríaelproblemadelatoramientodelajuntatóricaquehabíaenlasoluciónconelpistóndealuminio.


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Aunque había un problema y es que había que construir un tope en elcilindroporlapartesuperiorparaqueelpistonnosesaliesealsubirtiradoporlacadenaasíqueselepegóuntopedeplexiglassenlapartesuperior.

Destacar que antes de pegar el tope de plexiglass en la parte superior secometióelerrordelavarloconaguarasparadejarlassuperficieslimpias,paraunamejor adhesión y se produjo un agrietamiento del material que se puedecomprobarenlafigura22.

Figura22:Topedelcilindrodeplexiglass

Ademásdeestetopeparaevitargolpesviolentosdelpistoncondichotopeycon la parte inferior del cilindro se añadieron unas barras de madera a laestructura,comolos‘tuppingsprings’enelmotororiginaldeNewcomen,afindequeelbalancínhiciera topeal golpearlosy evitarqueel impacto se lo llevaraelpistón.

Alcomprobarqueefectivamentetodofuncionabacorrectamenteyelpistonhacia todo su recorrido y levantaba los pesos con bastante violencia, pasamos aconstruirlabombadeagua.

Para ello se utilizó una tubería de cobre soldada a un codo y este codosoldadoaunaválvulaantiretornoyunembolodegomaquerecorreríaelinteriorde la tubería de cobre para absorber agua través de la válvula anti retornocolocada al final del codo. Entre el codo y la válvula anti retorno se soldó otratuberíadecobrede6mmconunaválvuladeretenciónqueeslaquesubeelagua


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hastaeldepósitodeaguasuperioratravésdeltuboamarilloqueseapreciaenlafigura23.

Labombadeaguavametidadentrodeundepósitodeaguainferiorquesefabricóutilizandounatuberíacortadaalacualselepegóunatapapordebajoconsilicona. Para fijar la bomba a la estructura se le puso una abrazadera con unagujeroparaintroduciruntornilloyseañadióunatablademaderaalaestructuradondesepracticóuntaladroparaintroduciruntornillodeM10queiríaroscadoala abrazadera. Quedando todo como se ve en la foto. En la parte superior de latuberíade cobre se colocóun tapóndealuminiomecanizadoenel torno conunagujeropordondepasa labarradelembolode labombaquevaenganchadaa lacadenadelbalancín.Dichabarrasedecidióquefueselisaparaevitarquehubiesemucho rozamiento al pasar a través del agujero del tapón de aluminio, así quehuboqueroscarlaparaatornillarelemboloensuparteinferiorypracticarleunaperforaciónconuntaladroenlapartesuperiorparaintroducirlacadena.La tubería amarilla por donde sube el agua al deposito superior se doblótemporalmenteparaqueelaguasaliesedenuevoaldepositoinferiorhastaquesecolocaseeldepositosuperior.

Mientras se construía la bomba de agua se fueron probando distintosmétodosde inyeccióndeaguamejoresque laactual inyeccióncon jeringacon laque estábamosprobandoque inyectabaun chorrode agua a presióndemaneramanual.EnelmotororiginaldeNewcomenseinyectabaelaguaenelinteriordelcilindroenformadespraydemaneraautomáticaalabrirlaválvuladeinyección.Lapresiónseconseguíaporlaalturadeaguaquehabíaentreeldepósitosuperiorylaboquilladelspray.Losdosproblemasprincipalesqueseencontraronfueron:encontrar una boquilla lo suficientemente pequeña comopara introducirla en el

Figura23:Bombadeagua


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agujero del tapón inferior del cilindro y que en el modelo que se estabaconstruyendonohabíasuficientealturadeaguaconeldepositodeaguasuperiorcomoparainyectaraguaconunaboquilladespray.

Seplantearonvariasopcionesdeboquillahastaquese intentóprobarconunchicledeunacalderadegasyaqueestateniaeltamañosuficientecomoparaque entrase en el agujero del tapón de goma que conectaba el cilindro con latubería que vendría del deposito superior. El chiclé era de cobre y tenia unaaperturamuy fina por donde salía el agua. Probamos estemétodo de inyecciónconectandolamangueraqueiríaaldepósitosuperioraunajeringaparainyectaraguaenlugardequecayeraporalturamanométricayseproducíalacondensacióndel vapor satisfactoriamente generando vacío y haciendo que el piston realizasetoda la carrera, pero la condensación del vapor no era inmediata, tardabaalrededorde0,5 s enproducirse la contraccióndel pistón, por lo quehabíaquemejorarlainyecciónparaquelacontracciónseprodujesecasiinstantáneamente.Unavezprobadoestoseprobócolocandounabotelladeaguaamododedepositosuperiorenlomasaltodelaestructuraporencimadelbalancínparaversiconesaaltura era suficiente para que se inyectase agua. El resultado fue positivo erasuficiente altura para que el chorro de agua saliese por el agujero del chicle ygolpeaseenelpistónenelpuntomuertosuperior.

Aun así quisimos probar haciéndole más perforaciones al chiclé para

distribuir el agua por todo el interior del cilindro y que así se condensasemásrápidoelvapordesuinterior.Seutilizaronbrocasde1mmpararealizar4agujerosadicionalesynoseviomayordiferenciaconrespectoalaspruebasanterioresconel chicle con un solo agujero. Una vez se realizaron varias pruebas se pensó enutilizar un vaporizador de agua utilizado para el riego que además tenían eltamañoperfectoparaintroducirlosenelagujerodeltapón.

Seconectónuevamentelamangueradeinyecciónaunajeringayseprobólamaquinainyectandoaguaquesaldríamasvaporizadaestavez.Lacondensacióndelvaporconestaboquillaeracasi inmediata.Masrápidayefectivaquecon loschiclésperosenecesitabamáspresiónpara inyectarelaguayquesevaporizaseporloquedudamosquefuncionaseconlapocaalturadeaguaquehabíahastalaparte superior de la estructura delmodelo. Se comprobó y efectivamente no seconsiguió vaporización con esa altura de agua. Por lo que se volvió a instalar elchicleconunaperforaciónqueeramasefectivaquelade4perforacionesalllegaralapartedearribadelcilindro.

Una vez resuelto el problema de la inyección se pasó a construir undepósitosuperiorque iríacolocadoencimadelbalancínen lugarde labotelladeaguaqueseestabautilizando.Esteseconstruyódelamismaformaqueelinferiorperomaspequeñodeunos13cmdediámetroyselepegarontablitasdemaderaenelexteriorparadarleunaspectomasrealísticodelsigloXVIII.Seatornilloalaestructuraysepensóenunsistemadealturaregulableparatenerlaposibilidaddeaumentar la altura del conducto de inyección de agua al interior del cilindro,aumentandoasílapresiónmanométricadeinyección.


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Como se puede apreciar en la última foto el balancín tiene la cadenaencargadadeaccionarlasválvulasyainstalada.Paraellosecortóconlacaladoraunostrozosdemaderaenformadearco,seatornillaronenelbalancínysecolocóla cadena. Aunque por el lado de la bomba no hacía falta ninguna cadena, se leatornillóunarcodemaderaigualparaqueelbalancínestuvieseequilibrado.Enelmotororiginalsiquesesolíausarestasegundacadenaparaaccionarotrabomba.Recordemosquesolíanserdosunabombasuperioryotrainferiormasgrande.En lasalidadeaguacondensadadelcilindroporel tapónde laparte inferiordelcilindrosecolocóporfinlaválvuladenoretornoquehabíamosdejadopendiente.Estanopodíatenermucharesistenciayaqueelvaporqueempujabaporpresiónelagua condensada del interior del cilindro por este conducto no tenía muchapresióndentrodelcilindrosinounpocoporencimade1atmósfera.Dehechoenelmotor deNewcomen esta válvula no tenía prácticamente ninguna resistencia yaque normalmente se trataba de una solapa de cuero unida a una tubería quepermitía la salida pero no la entrada. Así que se consiguió una válvula de noretornodebajaresistenciaqueconseguíahacersutrabajo.

Figura24:MotordeNewcomen


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Figura25:Válvuladenoretornodelasalidadeaguacondensada

Al tener todo el modelo construido y ensamblado a falta de añadir elsistemadeválvulasparaqueeste funcionase sinnecesidaddeunaccionamientomanual, se paso a ver si funcionaba correctamente. Si la carrera de trabajo eracapazdetirardelospesosquehabíaenlabombanecesariosparaimpulsarelaguacuandoseestabaenlacarreraderestablecimiento.

Alponertodoenmarchadescubrimosque,aunquepodíaconelpesodela

bomba, a veces se quedaba atascado el piston con el cilindro debido a undilatamientoexcesivodelpistondemetacrilato,lohabíamoshechocondemasiadoajustecomoparaquepudiesegenerarseunespacioestancodondeaumentase lapresiónperono tu vimos en cuenta la dilatacióndelmetacrilato que tras variascarrerassecalentabademasiadoysedilatabahaciendodemasiadorozamientoconlasparedesdelcilindroquetambiénerandemetacrilatoyquedándoseatorado.

Enlafiguradelanexosemuestranlascaracterísticasdelmaterialutilizado

tantoparael cilindrocomoparaelpistónqueesPlexiglassXT. Dondepodemosver que el coeficiente lineal de dilatación térmica es de 7x10-5 que no es muyelevado y no debería suponer un problema pero debido al ajuste tan alto entrepistonycilindrosíqueinfluye.


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Vistoestoseoptoporbuscarunmaterialdistintoquetuviesemenorcoeficientederozamientoparapodertenerconunajustealtounbuendeslizamiento.EnelanexoseadjuntauncuadroconlascaracterísticasmecánicasdelplexiglassXTyotroconlascaracterísticastérmicas.

Comosepuedecomprobarelcoeficientedefricciónentreplástico/plásticoesbastantealtoconunvalorde0.8.Porloqueseempezóapensarenuncilindrode distinto material que cumpliese con el requisito de ser un materialtransparente.

Traslabúsquedadevariosmaterialesconbajoscoeficientesdefricciónse

optóporun cilindrodevidrioque semandoa fabricar amedidayunpistóndealuminioconunsegmentodeteflónqueeselqueharíacontactoconlapareddelcilindrodevidrio.SeComprounabarradeteflónde1metroy40cmdediámetroque se mecanizó en el torno consiguiendo un segmento que se introdujo en laranura del piston de aluminio y hacia presión sobre las paredes del cilindro devidrio. Al probarlo se comprobó que no se conseguía la estanqueidad necesariapara producir vacío, el vapor se escapaba hacia fuera por la parte de arriba delcilindro.

Vistoqueestanoeralasoluciónsedecidióprobardenuevoconunajunta

tóricadegomacomosehabíahechoenunprincipioconelcilindrodeplexiglass.Dando un mejor resultado y produciendo la estanqueidad necesaria. Con estasolución se producía la carrera de trabajo y la carrera de restablecimientoperfectamente y no existían problemas debido las dilataciones térmicas por elaumentodetemperaturadelosmateriales.Asíqueseoptóporestasolucióncomolamásconveniente.

Acontinuaciónsemuestraunafotodelmotoralcompletoconeldepósitosuperioryainstalado.


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Figura26:Modelodelmotorcondepositosuperior

Unavezseteníaelmotorfinalizadoafaltadelsistemadeválvulassepensóenimpulsarelaguadelabombaaldepósitosuperiordeinyeccióndeagua.Se desdobló la tubería amarilla y se colocó demanera erguida se le añadió unatubería flexible que llegabahasta el depósito y seprobó lamaquina a ver si eracapazde impulsar el aguahastaesaaltura.Resultó serdemasiadaalturapara labomba, lospesosnoeransuficientespara impulsarelaguatanarriba,asíquesecolocó un peso adicional de 200 gramos en la bomba en busca de una mayorimpulsión del agua. Con esta disposición el piston no era capaz de levantar lospesosde labombaen lacarrerade trabajoysequedababloqueadosinmoversepor lo que se estableció que elmayor peso que era capaz de levantar el pistondebidoalvacíoproducidoenelinteriordelcilindroerade0.93kg.


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Figura27:Pesosadicionalesdelabomba

Figura28:Circuitocerradodelaguaimpulsadaporlabomba


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Ylamáximaalturaalaqueeracapazdeimpulsarelaguacondichopesoerade64cmpor loquesecolocóunpequeñodepósitodeaguaaesaalturaconunasalidadevueltaaldepósitoinferiorparaformaruncircuitocerradodeagua.3.1. ANALISISDELMODELO

EnelsiguienteapartadosevaahacerunanálisisdelasfuerzasejercidasennuestromodelodemotordevapordeNewcomen.Asícomounacomparaciónconelmotorestudiadoenlaintroducciónconstruidoen1823enWestfield,Parkgate,Yorkshire

Utilizandounpistondediámetro33,5mmquees40vecesmenorqueeldelmotordeYorkshire.

Setieneunáreadelpistonde:𝜋𝑅! = 8,81𝑐𝑚! = 8.81 ∙ 10!!𝑚!

Despreciandoelpesodelacadenaenelladodelabomba,queesmáslargaqueenelladodelpistónyelpesodelavarillayembolodelabomba,elpesoquelevantaelpistonenlacarreradetrabajoeseldelospesoscolocadosenlavarilladelabomba:0.93kgCon esto podemos calcular la presión de vacío que se forma en el interior delcilindroalinyectarelagua.

𝑃 =𝐹𝐴

𝑃 =0,93𝑥9,818.81 ∙ 10!! = 0,103 𝑏𝑎𝑟 = 1,501 𝑝𝑠𝑖

Lógicamente lapresióndevacíorealvaríaencadamomentode lacarrerade trabajo como vimos en el diagrama de indicador estudiado del motor deYorkshire y este resultado se trata de la media, que es bastante pequeñacomparadaconlos8,5psidelmotordeWestfield.

Esto,conunacarrerade8,9cmfrentea1,75metrosdecarreradelmotordeYorkshire y haciendo entre 15 y 17 carreras por minuto frente a las 10 delestudiadoenlaintroducciónhacensubir,porcarrera,aunaalturade64cmcomovimos más arriba, una cantidad de agua de 50ml. Mientras que el motor deWestfieldsacaba218,21l.

Lastemperaturasalcanzadasenelcilindroennuestromodeloalllenarsedevaporsonentre79˚Cy95˚CUnavezseinyectaelaguayseproducelacarreradetrabajo,bajaaunatemperaturaentre30˚Cy40˚C.


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Hubiese sido interesante realizar un diagrama de indicador para poderhacerunanálisismásexhaustivodelmodeloperonohasidoposibleporfaltadeequipos.3.2SISTEMADEVALVULAS

Al tener el sistema construido funcionando de manera manualcorrectamentesimplementeoperandolaentradadevaporylainyeccióndeagua,contodossuscomponentesafaltadeltrenosistemadeválvulasqueseencargaríade que el sistema funcionase de forma autónoma, se empezó a pensar en unsistemadeválvulas.

Figura29:Válvulamecanizadayensamblada

Paraquetodoelsistemafuncionasedemaneraautomáticasinnecesidadde

accionarlasválvulasdeentradadevaporydeinyeccióndeaguamanualmentesepensó en un diseñomas sencillo que el que utilizaba lamaquina original. Dichodiseño sería transparente para seguir cumpliendo con el propósito de que elmodelosirvadeejemplopedagógicoenlaescuela.Eldiseñosebasaenunabarradeplexiglasscondosperforaciones,quesedeslizaenelinteriordeuncilindrode


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plexiglasshuecodondevasoldadalatuberíadeentradadevaporyladeentradade agua de inyección. Al girar la barra interior mediante una palanca que hayroscadaaeste,seabreocierranloscircuitosdeentradadevaporydeagua.Alabarrainteriorselehanpracticadounoscarrilesparaintroducirjuntastoricasy conseguir así estanqueidad entre las dos perforaciones con el exterior y entreellas, para evitar que se introduzca vaporpor el circuito de inyecciónde agua yviceversa.

Laideadeestaválvulaeraqueseabrieralatuberíadeentradadevaportanprontoelpistonllegaraalpuntomuertoinferiorjustodespuésdehabersecerradola inyección de agua, así como cerrar la entrada de vapor tan pronto llegase elpiston a la parte de arriba del cilindro y comenzase a inyectar agua. Pero Estesistema tenia un inconveniente y es que, los circuitos se abrían y cerraban tanprontoelpistonllegabaarribaoabajoyelmotordeNewcomennofuncionabaasí,ElmotordeNewcomencomoseexplicaenlaintroducciónteniaunaboyao‘buoy’que hacía que el piston se quedase bloqueado en la parte superior hasta quehubiese suficiente presión como para que se produjese la carrera de trabajosatisfactoriamente. Al alcanzar dicha presión la boya cerraba el conducto deentrada de vapor al cilindro y desbloqueaba un sistema de pesos en el tren deválvula que hacía que se inyectara agua en el interior de este y se produjese lacarreradetrabajo.

Ennuestromodelopor faltade tiempono sepudopensar enun sistema

quehicierade‘buoy’quepermitieraalpistonquedarsearribaparadomientraselcilindro se llena de vapor lo suficiente hasta llegar a la presión necesaria. Secomprobósi igualmentesepodíaproducir lacarreradetrabajosinnecesidaddeesperar a que aumentara la presión en el interior del cilindro, simulando unfuncionamientode lamaquinadeformamanualendondeseabrieranycerraranlasválvulascorrespondientesalaválvulaideadaenlosmomentosenlosqueestadebíaabrirycerrarlosconductosdeentradadevaporydeinyeccióndeagua,ysecomprobó que efectivamente al llegar el piston a la parte superior einmediatamente cerrar el conducto de vapor e inyectar agua este no habíaalcanzadosuficientepresiónyalcondensarseelpistonnohaciatodalacarreradetrabajo,quedándoseamitaddelrecorridoenlaprimeracarrera,ysinmoversesiquieraenlassiguientes.Porloqueestesistemadeválvulasnofueválido.


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4. CONCLUSION

ElobjetivodeesteproyectoeraconstruirunmodelodelmotordeNewcomende la manera mas fiel posible al motor original de Newcomen con materialestransparentes para poder ver su funcionamiento en el interior, sirviendo así demanera pedagógica a la escuela y a los futuros ingenieros en formación. Y queademás funcionara completamente de manera autónoma como las ultimasmaquinas construidas tras lasmejoras introducidas por el operador Potter, queañadiócuerdasquehacíanlaoperacióndelamaquinamenosarduayelingenieroBeighton,queinventófijándoseenestascuerdas,eltrendeválvulasqueseincluyóapartirdeaquelmomentoentodaslasmáquinasdeNewcomenconstruidas.Estetrendeválvulashacíaqueelfuncionamientodelamaquinafuesecompletamenteautónomo, sin necesidad de operación de estas. Elmodelo que se ha construidofuncionacorrectamentedemaneramanualaccionandolasválvulasdeentradadevaporydeinyeccióndeagua,comolohacíanlosprimerosoperadoresdelmotordeNewcomenensusiniciosantesdequeeloperadorPotteryBeightoninventaraneltrendeválvulas.

Porrazonesdefaltadetiemponosehapodidodiseñaryconstruiruntrendeválvulasquesatisfagalasnecesidadesdeoperacióndelmodelo.

Unproblemaque apareció a la hora de diseñar un trende válvulas, fue quedebidoalaspequeñasdimensionesdelmodeloyelpocovolumenexistenteenelinteriordel cilindrodelmodelo,no sepodía trabajar conpesosmuygrandes,yaque sencillamente el vacío producido no era suficiente para mover el piston yarrastrar dichos pesos. Por lo que, había que pensar en un tren de válvulas quefuesecapazdeabrirycerrarválvulasconlaaplicacióndefuerzasmuypequeñas.Enelmotororiginaleltrendeválvulaseraaccionadoporunavigademaderaquepodía pesar media tonelada y era capaz, con su propio peso, de cerrar y abrirválvulasdebolayaccionarpalancasydemás.

Cabedestacarcomoconclusiónfinal,queaunqueelmotorrealizalacarreradetrabajoperfectamente,despuésdediseñarlaestructura,mandarapedirelprimercilindrodeplexiglassconlasmedidasdiseñadas,yfabricareneltornoelpistóndealuminio se cayó en la conclusión de que tal vez hubiese sido mejor hacer elconjuntopistoncilindrodemayordiámetro,consiguiendoasímayorvolumenenelinteriordelcilindroparaproducirunmayorvacío,yasípodermoverpesosmásgrandesdel ladode labombapudiendo impulsarelaguaaldepósitosuperiordeinyeccióndeagua.


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5. TRABAJOFUTURO

Como trabajo futurodeesteproyectosería interesantediseñary fabricaruntren de válvulas que hiciese que el funcionamiento delmodelo fuese totalmenteautónomo.

Para ello habría que pensar en algún sistema como el ‘buoy’ del motororiginal que le dé tiempo al cilindro a llenarse de vapor y aumentar la presiónhastalapresiónnecesariaparaqueseproduzcalacarreradetrabajo.Odelmismomodoun temporizadorquehagaque el piston se encuentre en el puntomuertosuperior un tiempo determinado antes de inyectar el agua en el interior delcilindro.

Construir también un depósito de agua superior más grande y que esteinyecteaguaenelinteriordelcilindro,comoenelmotororiginaldeNewcomen.

Así como aumentar el volumen interior del cilindro aumentando eldiámetro de este como se comentó en el apartado de conclusiones para poderproducir unmayor vacío y por ende levantarmás peso en el lado de la bomba,necesarioparapoderimpulsarelaguaaldepósitodeinyeccióndeaguaformandoasíunciclocerradoyhaciendoqueelmodelofuesetotalmenteautónomo.


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ANEXOA:PlanosdelaestructuraenAutoCAD


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ANEXOB:PlanodelaestructuraenSketchup


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ANEXOC:PropiedadestérmicasymecánicasdelPlexiglassXT


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ANEXOD:PresupuestoyDiagramadeGanttEquipo:17,25k€ -TornoProfesional:7k€ -LimadoraMecánica:10k€ -Caladora:100€ -Taladro:100€ -Equipodeherramientas:50€Materiales:313,7€ -matrazkitasato:25,4€ -tubodeplexiglass100x40x34:2,50€ -tubodeplexiglass180x40x34:30€ -tubodevidrioamedida:80€ -barradealuminio:5€ -barradeplexiglass:5€ -barradeteflón:30€ -maderasdepalés:4,80€ -tuberíasdecobre:10€ -3válvulasderetención:25€ -espigasdemadera:4€ -abrazaderasytornillosytuercas:10€ -colablanca:4€ -tacosdemadera:1€ -cadenas:2€ -pulverizadores:10€ -chiclés:5€ -3bombonasdegasyhornillo:60€ Personal:7,2k€ 1personatrabajandodurante8mesesa600eurosalmes:4,8k€ Ayudantetrabajandodurante4mesesa600eurosalmes:2,4k€

PRESUPUESTOTOTAL:24,76k€


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6. BIBLIOGRAFIA

[1] Rolt, L.T.C. and Allen, J.S., (1977), “The Steam Engine of Thomas

Newcomen”,ScienceHistoryPublications,NewYork.

[2] Leask, A.R., (1922), “Marine Engines”, Simpkin Marshall & Co. Ltd.,London.

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Revolution1700-1852”(2014),CambridgeUniversityPress.[11] Dr.MatthewA. MichaelV.CristianoCarr. “TheNewcomenpumping

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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MAQUINA DE VAPOR DE...

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