• Author / Uploaded
• Carlos Daniel M F

Citation preview

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

E.S.I.M.E. CULHUACAN Materia: Fundamentos de Máquinas Eléctricas Título de exposición: Máquina de Vapor Equipo: 2 Grupo: 5EM6 Maestra: Vázquez Estrada Diana Salomé Integrantes: Duran Espinosa Anahí Karen García Espejel Brenda Victoria Morales Felipe Carlos Daniel Vázquez Trejo Eros Alí

Fecha de entrega: 9-Septiembre-2013

INDICE

1.- Introducción 2.- ¿Qué es una máquina de vapor? 3.- ¿Quién invento la máquina de vapor? 4.- Funcionamiento de una máquina de vapor 5.- Importancia de la máquina de vapor

1. MAQUINA DE VAPOR La máquina de vapor, o previamente conocida como motor de vapor, se empleó de forma activa durante el desarrollo de la Revolución Industrial; aquí tuvo un papel fundamental ya que se utilizaba para mover diversas máquinas tales como locomotoras, bombas, motores marinos, etc. Son muchos los investigadores y autores que han tratado de determinar la fecha de la invención de la máquina de vapor, tratando de encontrar su inventor, intento en vano debido a que la historia de su invención y desarrollo se encuentra plagada de cientos de nombres. La historia de la máquina de vapor se relaciona con Herón, y sigue su curso pasando por la sofisticada máquina de Watt, siendo víctima de las mejoras en Inglaterra en la Revolución Industrial, hasta hoy, en donde la podemos utilizar en el transporte, entre muchas otras cosas. Entre algunos inventores tenemos a Edward Somerset que en 1663 inventó la primera máquina de vapor, a partir del modelo de Somerset se llevó a cabo la construcción de un modelo denominado Vauxhall en 1665 en Londres, este proyecto tenía como propósito elevar el agua de los pisos superiores de la construcción. Otro inventor registrado es Kinneil House, quien cerca de Boroughstoness en 1774 inventó la máquina de vapor. A partir de entonces la historia de la máquina de vapor será la de la firma Matthew Boulton & James Watt, y casi todas las mejoras que se introduzcan en ella serán obra del propio Watt; entre otras, el paralelogramo de Watt, la expansión del vapor, la máquina de doble efecto (en la que el vapor actúa alternativamente sobre ambas caras del pistón), etc. Máquina de vapor de James Watt, procedente de la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre, expuesta en el vestíbulo de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid.

2. ¿QUÉ ES UNA MAQUINA DE VAPOR? Se le llama máquina de vapor a las máquinas, que con motores de combustión externa, trabajan para convertir la energía térmica (la fuerza del calor) del agua hirviendo en energía de tipo mecánica. El calor resultante de la quema de ciertas cantidades de carbón hace hervir el agua que se convierte en vapor. Ese vapor es capturado y dirigido para alimentar una serie de elementos que ponen en marcha la máquina. Las máquinas de vapor fueron esenciales para la revolución industrial, y para el funcionamiento de la famosa locomotora a vapor. Incluso hoy en día su mecanismo es utilizado en los reactores nucleares. 3. ¿QUIÉN INVENTÓ LA MÁQUINA DE VAPOR? Se cree que la primera máquina de vapor como tal, fue desarrollada en 1663. Esta creación pertenece a Eduard Somerset. La idea para desarrollarla, era el llevar agua desde el primer piso, hasta el segundo en un castillo en Londres. Pero su invento pasó al olvido, ya que de manera posterior, no pudo continuar con su desarrollo debido a la falta de fondos frescos. Tiempo después, Samuel Morland, quien trabajaba como mecánico en la corte real del rey Carlos II, llegó a mejorar la máquina de vapor desarrollada por Somerset. En 1698, el mecánico inglés Thomas Savery (1650-1715) construye una máquina para bombear el agua de las minas de Cornualles, siendo esta la primera vez que se emplea la presión del vapor como fuerza motriz para un uso industrial. Para 1705, se desarrolló la llamada por su inventor, máquina de vapor atmosférica. Esta fue desarrollada por el ingeniero Thomas Newcomen, quien perfeccionó el modelo de Savery. La gracia de su máquina, era aprovechar de manera económica, el vapor desarrollado por la combustión de fósiles naturales

que en 1712 estaba ya en funcionamiento, y que durante casi un siglo se empleó para achicar agua de las minas. Pero estos primeros intentos gastaban mucho combustible, dispersaban la energía y se sobrecalentaban. Pero quien mejoró la máquina de vapor que realmente revolucionó al mundo, fue el mecánico escocés James Watt. Quien mejoró notablemente, la máquina creada por Newcomen; en este diseño anterior, el agua se enfriaba en el mismo cilindro, por lo que su performance, no era del todo lo que se esperaba. La primera máquina se construyó en Kinneil, cerca de Boroughstoness en 1774. Algunos años después se utilizó como base para varios de los inventos más importantes de la Revolución Industrial como la locomotora, los barcos de vapor y en las fábricas, entre otras cosas. Las primeras máquinas de vapor fueron llamadas con bastante frecuencia máquinas atmosféricas, puesto que era la presión de la atmósfera la que proporcionaba la fuente motriz.

4. FUNCIONAMIENTO La máquina de vapor fue el primer dispositivo mediante el cual se pudo transformar el calor en energía mecánica con resultados satisfactorios. La energía procedente de la combustión del carbón, del petróleo, o de otro combustible, transmitida al agua contenida en una caldera puede producir vapor a alta presión, cuya energía se transforma parcialmente en energía mecánica y es capaz de accionar una máquina o un generador eléctrico. En una máquina de vapor la transformación del calor en trabajo se logra gracias a las propiedades elásticas del vapor de agua. Si se calienta agua en una vasija cerrada, el vapor producido tiende a forzar las paredes de vasija con una presión que aumenta a medida que crece la temperatura. Si conducimos este vapor por medio de una tubería a un cilindro dentro del cual puede moverse un émbolo o pistón, el vapor ejercerá su presión sobre el émbolo el cual correrá dentro del cilindro, desarrollando, de esta manera, un trabajo mecánico

Los

órganos principales del artilugio no pueden ser más sencillos: Un cilindro tapado por un extremo en cuyo interior se mueve un émbolo provisto de un vástago que se articula con una manivela, unida ésta por el eje a un volante de inercia: 

El cilindro y el émbolo están construidos con el mismo material, preferentemente con bronce o latón, que son aleaciones de metales (cobre, estaño y zinc, principalmente) que reúnen cualidades óptimas para las condiciones a las que someten estas piezas: soportan muy bien los golpes de fuego o calor, no se oxidan en contacto con el aire o el agua, son de fácil mecanizado, con mínimo coeficiente de rozamiento, etc.



El cilindro es realmente una pieza prismática (sencillamente un paralelepípedo) taladrada a lo largo de su eje principal. Cuenta en una de sus caras con dos orificios, uno para la entrada y salida de vapor y otro para insertar un eje mediante el cual gira u oscila el cilindro sobre su soporte.



El émbolo es una pieza cilíndrica con el mismo diámetro que el taladro del cilindro, de forma que se desplaza en el interior de éste ajustadamente. En la cara plana exterior del émbolo se inserta una varilla o vástago, que cuenta en su extremo libre con un orificio. Este conjunto émbolo-vástago lo denominaremos pistón, que se asemeja a la biela de los motores de explosión, con la diferencia de que el pistón de la máquina de vapor

oscilante no tiene articulación entre el propio émbolo y su vástago, sino que es una unión fija.



La manivela o cigüeñal es el elemento que permite transformar el

movimiento de vaivén del pistón en giro. Consta de las siguientes piezas: un brazo excéntrico respecto al eje del cigüeñal que se inserta en el orificio del vástago del pistón, el propio cuerpo del cigüeñal y su eje. 

El volante de inercia es el elemento que salva la irregularidad de la impulsión del pistón, es decir, permite que la máquina continúe girando en los puntos muertos que se producen en el conjunto pistón-cigüeñal. También tiene la función el volante de mantener una velocidad de giro relativamente constante, ya que la presión de vapor varía dentro del cilindro y por tanto sin este volante la máquina funcionaría a sacudidas.

5. IMPORTANCIA DE LA MAQUINA DE VAPOR

La importancia de la máquina de vapor radica en su participación en la llamada Revolución Industrial, que modificó el curso de la historia de la civilización en los últimos decenios del siglo XVIII. Como consecuencia de la creación y difusión de estos equipos, se verificó una expansión económica sin precedentes en Inglaterra, con expansión posterior hacia el resto de Europa Occidental, los Estados Unidos y otras naciones del mundo. La gran importancia de las máquinas de vapor queda de manifiesto en su continuidad histórica, con distintas variaciones, casi hasta la primera mitad del siglo XX. En ese lapso, el impulso térmico generado por el carbón mineral movilizaba aún a las máquinas de vapor, hasta lograrse la mayor difusión de los modernos motores de combustión interna en los cuales se aplican combustibles fósiles. En una etapa posterior, la energía nuclear y las energías renovables (hidroeléctrica y eólica) parecen haber desplazado de modo definitivo a la máquina de vapor como recurso generador energético inmediato. No obstante, su muy bajo costo y su tecnología simple constituyen parámetros que hacen que la máquina de vapor puede constituir en una herramienta para comunidades pequeñas o como complemento para la obtención de energía en forma rápida y accesible.