1.1.1. Máquinas de vapor con pistón rotativo

El estudio de la documentación analizada permite contrastar la existencia de una sub- rama tecnológica dentro de las máquinas alternativas de vapor: las máquinas de vapor con pistón rotativo. En cierta manera, y siguiendo el símil evolutivo, estos dispositivos podrían considerarse como un escalón intermedio entre las máquinas de vapor alternativas y las turbomáquinas de vapor. Si bien las turbomáquinas no aparecieron hasta finales del siglo XIX con las turbinas de Parsons y De Laval, la idea de emplear la fuerza del vapor y con ello mover una turbina, como si de una turbina hidráulica se tratase, está documentada desde tiempos anteriores, tal y como muestra el privilegio real ES 1 467 PR, solicitado por Carlos Gray el 3 de agosto de 1856. Sin embargo, ésta es una cuestión que se volverá a tratar en el capítulo 4, cuando se analicen las patentes relativas a las turbomáquinas.

El principio básico de funcionamiento de las máquinas de vapor con pistón rotativo es muy simple: la fuerza del vapor a elevada presión y temperatura se emplea para mover un elemento móvil, el pistón, que en vez de realizar un movimiento rectilíneo alter- nativo describe una trayectoria circular.

Uno de los documentos más antiguos de este tipo de máquinas es el privilegio real

ES 1 680 PR, solicitado por Valentín Silvestre Fombuena el 18 de enero de 1858. Este privilegio tiene certificado de puesta en práctica expedido el 5 de marzo de 1860, y su caducidad fue por fenecimiento, es decir, por llegar al fin de su vida útil de 5 años el 29 de septiembre de 1863; con estos datos todo hace pensar que realmente este privilegio llegó a construirse y ponerse en funcionamiento. El inventor figura como residente en Madrid, siendo de profesión maquinista [en el texto de Cayón et al. (1998), pp. 222-223, puede comprobarse que el Sr. Silvestre Fombuena tenía protegidas otras innovaciones en el ámbito de la industria ferroviaria]. La figura 15 muestra algunos de los dibujos de dicho privilegio real, donde puede apreciarse en el extremo superior izquierdo el corte de un cilindro por donde evoluciona vapor; la figura que hay a su derecha es una vista lateral seccionada.

Figura 15. — Dibujos del privilegio real ES 1 680 PR, solicitado el 18 de enero de 1858(OEPM, Madrid)

El funcionamiento del mecanismo es el siguiente: el vapor entra en el cilindro por el conducto de admisión e (extremo superior derecho del cilindro) y va llenando la cámara existente entre el pistón (de sección circular) y el cilindro, hasta que encuentra la paleta b’; en ese momento, el pistón empieza a girar en sentido horario por la fuerza que el vapor ejerce sobre b’ y hasta el momento en que el tope b sobrepasa la lumbrera de admisión. El vapor abandona la máquina por la lumbrera de escape s (extremo superior izquierdo de la figura), repitiéndose así el ciclo. Las paletas b y b’ del pistón se encuentran unidos por un muelle, de manera que se puedan acoplar al contorno alveolar del cilindro. La figura que aparece en el extremo inferior representa otra forma de realización de la invención, con entradas de vapor por c y d, y escape por a.

Se han encontrado numerosas patentes del último cuarto del siglo XIX que proponen máquinas de vapor con pistón rotativo; a continuación se ilustran cuatro de estos ingenios. El primero de ello es el propuesto por el ingeniero Augusto Ludovico Traverdon y el comerciante Carlos Roulina, residentes en París, quienes solicitaron el 22 de noviembre de 1878 la patente ES 130, de título «Un

motor de pistón oscilante». Algunos dibujos de esta máquina pueden observarse en la figura 16. La memoria descriptiva de esta patente no es suficientemente clara sobre su funcionamiento, y en ella se indica la existencia de un eje central que «está acodado una, dos, tres veces o más y en el mis- mo interior del cilindro» (sic). Además, «los muñones B de las manivelas sirven de eje, ó centros de rotación, a unos discos o pistones C, los cuales se mueven en el interior del cilindro, de un modo oscilatorio» (sic).La existencia de esos pistones en forma de disco hace que conceptualmente la invención se asemeja a una turbina de vapor ya que, como dicen los solicitantes «... El vapor o el fluido motor llega por el tubo F; el diafragma G le fuerza a dirigirse a la izquierda, donde obra por su potencia motriz para hacer oscilar el disco C...», aunque no se da información de cómo se consigue ese movimiento de los discos. Esta patente no fue puesta en práctica, y su caducidad se produjo el 20 de abril de 1880 después de haber satisfecho una anualidad.

La segunda invención que ilustra estas máquinas de vapor con pistón rotativo es la que se refiere a la patente ES 1 007, presentada el 13 de junio de 1880 por D. José Pascual Yvars y Crespo, residente en Jávea (Alicante). La figura 17 muestra una sección de esta máquina.

Figura 17. — Dibujo de la patente ES 1 007, presentada el 13 de junio de 1880(OEPM, Madrid)

La máquina objeto de esta patente constaba de un cilindro horizontal A, en cuyo interior había otro cilindro horizontal B, concéntrico con el anterior, de igual longitud y menor diámetro, provisto en toda su extensión de una aleta con una cara plana en la misma dirección que el radio, y con la otra cara convexa, de manera que venía a formar una espiral con el propio cilindro B. En la parte superior del cilindro A se disponía una válvula C (en la patente se la denomina «paleta»), que regulaba la admisión del vapor. Cuando éste se encontraba a una presión determinada, vencía la resistencia de la válvula C, de manera que la lumbrera D quedaba abierta, produciéndose la ad- misión del vapor, que chocaba contra la aleta del cilindro B y con ella conseguía el movimiento de dicho cilindro. Al ir girando el cilindro B, e ir completando su primera revolución, se conseguía el cierre progresivo de la válvula de admisión C gracias a la geometría de la aleta. Llegado un momento, el extremo plano de la aleta sobrepasaba la lumbrera E, por donde se realizaba el escape del vapor; poco después, volvía a abrirse la válvula C, con

lo que se repetía la admisión del vapor y se iniciaba un nuevo ciclo.

La patente ES 1 007 fue declarada «Sin curso», es decir, ni siquiera llegó a ser con- cedida. Esta situación se daba normalmente cuando el solicitante no pagaba las tasas de la patente, o bien cuando se producía alguna anomalía formal y el solicitante no la subsanaba. La patente caducó el 15 de agosto de 1880.

Otro ejemplo de este tipo de máquinas puede encontrarse en la solicitud realizada por Gaspar Schwartz y Juan Hoffman, residentes, tal y como se indica en su patente española ES 3 960, en Werl (Prusia) —la actual República Federal de Alemania— localidad cercana a Dortmund. Esta patente se presentó el 6 de febrero de 1884, y su configuración es similar a la de la última patente vista, si bien constaba con un sistema de distribución mucho más sofisticado del que acaba de describirse, tal y como puede apreciarse en la figura 18.

Figura 18. — Uno de los dibujos de la patente ES 3

960, solicitada el 6 de febrero de 1884 (OEPM, Madrid)

La invención consistía básicamente en un cilindro hueco A, montado convenientemente sobre una plancha que le servía de sustentación, en cuyo interior se encontraba otro cilindro B provisto de una pala C, que mediante resortes se ajustaba perfectamente a la superficie interior del cilindro A. Esta pala C se ponía en movimiento cuando el vapor era introducido en el interior del cilindro y a su vez, en su giro, accionaba el movimiento de unos empujadores que abrían y cerraban la válvula de distribución del vapor E. En la patente hay una referencia en la que se hace notar que el dispositivo puede funcionar como máquina de vapor, motor de gas o bomba. En otras patentes se ha encontrado una práctica similar: se hace una descripción sobre una tecnología determinada (por ejemplo, vapor) y estas mismas referencias son válidas para la aplicación como motor de gas o bomba. Sorprende que en las dos últimas patentes analizadas no se informe sobre la ley de distribución: la curva i en el caso de la patente española ES 3 960, o en la patente ES 1007 la llamada espiral. El conocimiento de la curva de distribución es básico para el funcionamiento correcto del mecanismo, y la ausencia de estos detalles técnicos es algo tan importante como para impedir una correcta puesta en práctica. Así pues, puede observarse una vez más cómo se produce una insuficiencia en la descripción, que no

resulta admisible desde una perspectiva de Propiedad Industrial de principios del siglo XXI. No obstante, éstos no son los únicos casos; en el capítulo 3 se verá que algo similar ocurre con la descripción del primer motor de cuatro tiempos de la Gasmotorenfabrik Deutz, cuyo director fue Nicolaus August Otto. Los titulares de la patente ES 3960 sólo pagaron una anualidad y no acreditaron su puesta en práctica; la patente caducó el 3 de septiembre de 1885. Probablemente uno de los mecanismos más llamativos referentes a máquinas de pistón rotativo sea el descrito en la patente ES 41 854, solicitada por la Cooley Development Company, empresa radicada en Boston, Estados Unidos. La patente fue presentada el 26 de octubre de 1907, y su puesta en práctica está certificada por el Ingeniero Militar Pedro de Anca y Merlo el 2 de diciembre de 1909 en los talleres de Rafael Pérez Antón, ubicados en la calle de San Rafael, 4 de Madrid. La figura 19 muestra uno de los dibujos más ilustrativos de esta patente. El dispositivo consta de un émbolo 1 acoplado a un árbol 2 mediante un engranaje dentado. El émbolo 1 se mueve respecto el elemento 5, llamado espaciador, que también gira respecto los elementos fijos de la máquina. Las velocidades de émbolo y espaciador son distintas, de manera que a cada revolución del espaciador, el émbolo realiza una vuelta y media. El vapor entra a la máquina por el conducto 18, y de ahí pasa mediante los orificios 9, 10 u 11 al espacio existente entre el émbolo 1 y el

espaciador 5; el vapor sale por el conducto 23, pudiendo regular la velocidad de la máquina mediante la llave 60.

Figura 19. — Figura 3 de la patente ES 41 854, solicitada el 26 de octubre de 1907(OEPM, Madrid)

El vapor que se introduce por el conducto 18 se va expandiendo hasta alcanzar la configuración que se aprecia en la imagen izquierda de la figura 20 (figura 6 de la patente ES 41 854); en esa figura se aprecia la salida de vapor, por el espacio A, procedente de la evolución del ciclo anterior, a la vez que se comprueba el esfuerzo rotativo ejercido por el vapor en la extremidad X del émbolo. En la imagen derecha de la figura 20 (figura 7 de la patente ES 41854) se muestra la evolución intermedia del vapor después de la fase de admisión a través del conducto 18, y antes

de la expulsión del vapor por el conducto 23.

Figura 20. — Imágenes de la máquina descrita en la patente ES 41 854, en dos posiciones sucesivas de su evolución (OEPM, Madrid)

La configuración de esta máquina con su émbolo y espaciador se asemeja a las propuestas del motor rotativo de combustión interna y el compresor con pistones rotativos hechas por Felix Wankel a mediados del siglo XX. En la figura 21 pueden verse algunos dibujos de la patente francesa FR 1 136 949 de Felix Wankel, presentada el 21 de octubre de 1955, sobre un dispositivo compresor con pistones rotativos. Puede comprobarse el gran parecido existente entre la patente española ES 41 854 y la configuración descrita en dicha patente gala.

Igualmente, la patente alemana DE 1 451 869 solicitada el 16 de febrero de 1965 por Wankel GmbH y NSU Motorenwerke AG, presenta la descripción de un motor de combustión interna rotativo, con una configuración muy parecida al compresor

propuesto por Felix Wankel en su patente FR 1 136 949 y a la patente española ES 41 854. Algunos de los dibujos de la patente alemana DE 1 451 869 pueden verse en la figura 22.

Figura 21. — Dibujos de la patente francesa FR 1 136 949, solicitada el 21 de octubre de 1955, sobre un dispositivo compresor con pistones rotativos diseñado por Felix Wankel (INPI,

París)

Figura 22. — Dibujos de la patente alemana DE 1 451 869, presentada el 16 de febrero de 1965 por Wankel, sobre un motor de combustión interna rotativo (DPMA, Munich)

La caducidad de la patente ES 41 854 ocurrió el 15 de julio de 1912, tras haber pagado tres anualidades.

Puede resumirse que con las máquinas de vapor de pistón rotativo se desarrolló una nueva vía tecnológica, en cierta manera a medio camino entre las máquinas alternativas y, conceptualmente, las turbomáquinas. Probablemente su vida quedó limitada debido al auge de los motores de combustión interna alternativos, más pequeños y ligeros y que rivalizaban con estas máquinas en pequeñas potencias. Por otro lado la aparición de las turbomáquinas térmicas supuso una feroz competencia para las máquinas de vapor alternativas, ya que éstas no podían enfrentarse con aquéllas por las altas potencias que desarrollaban.