Motor a vapor

Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

Características Generales: Antes de comenzar la explicación detallada de la construcción de este motor, veremos sus características generales.

Se trata de un motor de vapor, de dos cilindros, simple efecto; su funcionamiento es a vapor, pero si el aficionado tiene alguna fuente de aire comprimido disponible, obtendrá también buenos resultados haciéndolo marchar con este elemento.

Como puede apreciarse en el corte B de la figura central, los cilindros son de fácil desmontaje, pues sólo basta sacar una tuerca que ajusta, al mismo tiempo que a dichos cilindros, a todo el mecanismo de distribución; esta es una cualidad muy importante, pues si se hace marchar a vapor, será necesario efectuar la limpieza de los cilindros, con el fin de sacar el agua, que por condensación se acumula en los mismos, evitando así la oxidación dé camisas y pistones.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

CONSTRUCCION DE LOS DIFERENTES ORGANOS

1. a) Cigüeñal: Se comenzará por construir los brazos que serán de hierro dulce, perforados y terminados según se indica, con medidas y detalles en A de la figura 1. Luego se torneará un eje de acero (un trozo de palier de automóvil por ejemplo) de 205 mms. de largo por 10,5 mms. de diámetro; del mismo material se construirán las muñecas, cuyas medidas están claramente indicadas en la figura; una vez terminadas todas las partes se procederá al armado del cigüeñal, pasando el eje por el agujero inferior de los cuatro brazos de la misma manera las muñecas por el agujero superior, disponiendo todo según las medidas y forma indicadas en la figura.

Las diferentes partes serán fijadas en su lugar por medio de pequeñas clavijas o pasadores, para lo cual habrá que perforar los brazos y el eje, en los lugares indicados en la figura, con una mecha de 2 mms. Una vez hecho esto, comprobadas las medidas, etc. se soldarán con bronce todas las partes (eje, brazos y muñecas). Luego hay que rectificar al torno el eje, para corregir las deformaciones producidas por el calor, rebajando hasta llegar a los 10 mms. de diámetro.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

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Terminada la rectificación sólo resta cortar los trozos de ejes en los lugares indicados en la figura y pulir con tela esmeril los brazos y muñecas; dándole así una buena terminación.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

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1. b) Cojinetes de bancada: Para construir estos cojinetes, dos en total, no s*e necesitan más explicaciones que las medidas y formas dadas en la figura 2, el material a emplear será bronce o cualquier otro metal antifricción.

La figura 3 da las medidas y formas de las abrazaderas que ajustan, a dichos cojinetes; se confeccionarán con chapa de hierro negra del E”9 18 y por consiguiente habrá que hacer dos: una para cada cojinete.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

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1. c) Basada y porta cilindros o bastidor: La basada se construirá con chapa de hierro negra del N.9 18; la figura 4 da las medidas y formas para cortar dicha chapa; luego se doblará en los lugares y forma indicados. Seguidamente de la misma chapa se cortarán dos trozos (dándoles la forma y las medidas de la fig. 5) que también habrá que doblar de la manera y en los lugares indicados en la citada figura. Luego se proseguirá construyendo la base de los cilindros cuyas medidas y forma tas da la figura 9, empleando para ello, un trozo de hierro dulce planchuela (el autor hizo esta pieza totalmente en el torno, “frenteando” todas las caras; de esta manera, en el asiento de los cilindros y costados del bastidor, figuras 5 y 6, consiguió gran exactitud, con, relativamente, poco trabajo). Después de haber terminado estas cuatro piezas, se procederá al perforado de las mismas, para lo cual habrá que ver en la figura central (cortes A y B) la disposición entre sí, de ellas.

Una vez perforadas las piezas, es conveniente marcar los lugares de unión, de una con la otra, para no tener dificultades, tales como que no coincidan los agujeros, etc.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (1 de 3)

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En la unión de las piezas fig. 5 con la 4 se emplearán tornillos cabeza redonda con tuerca de 1/8” x 1/4” y con la pieza fig. 9, tornillos cabeza redonda de 3/16” sin tuerca, pues los agujeros de esta pieza son roscados, según se indica en la correspondiente figura. Para las abrazaderas de los cojinetes de bancada se usarán de 1/8’’ x 1/4”.

Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

1. d) Cilindros: El principal material empleado en los cilindros, es caño de acero sin costura, pulido exterior e interiormente, de 30 y 32 mms. diámetro interior y exterior, respectivamente, (este caño se usa comúnmente en la fabricación de cuadros de bicicleta). En la figura 6 se indican las medidas y detalles. En A de la misma figura se puede ver el anillo de asiento, pieza construida en el torno empleando bronce. Dicho anillo será torneado con un diámetro interior de 31,5 mms. (medio mm. menos que el caño) y será puesto en caliente, hasta la medida indicada en la figura. B de la figura 6, da las medidas y detalles de las tapas de cilindro, el material para su construcción será bronce, estas tapas van estañadas en la junta con el caño de acero.

2. Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

1. e) Bielas: La figura 7 muestra la forma y medidas de las bielas, que serán construidas en hierro dulce, los cojinetes del perno y la muñeca, de bronce. Este último, naturalmente, es partido en dos, siendo conveniente soldar las partes con estaño al hierro, para evitar que ee muevan de su lugar.

2. f) Pistones y pernos: Los pistones, cuyas medidas se dan en la figura 8 serán construidos en aluminio; en la misma figura puede verse el detalle de las ranuras para los aros, y de los aros propiamente dichos que pueden hacerse de bronce o hierro indistintamente. Los pernos, de acero, de 6 mms. de diámetro, se ajustan al pistón por medio de una clavija cónica que puede verse en el corte B de la figura central.

3. Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

1. g) Mecanismo de distribución: La figura 10 muestra el puente de ajuste de los cilindros, que al mismo tiempo, sirve para sostener todo el mecanismo de distribución. Dicho puente será hecho con hierro dulce, de acuerdo a los detalles de la figura; todo el conjunto está sostenido por la varilla roscada de la figura 11, que va atornillada en su parte inferior, a la base de los cilindros (fig. 9) y entre medio de ellos; el puente se ajusta con una tuerca hexagonal de 1/4” (rosca Witworth) y encima de ella, para mejor terminación, como contratuerca, una perilla de bronce de la misma rosca. (El autor usó una de la bemba de calentador “Primus’’ a la que tuvo que pasarle un macho de 1/4”).

2. Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

1. a) Excéntrico; En la figura 12 se dan los detalles de su construcción; material: acero, la distancia entre centros, o desplazamiento excéntrico es de 5 mms. (por lo tanto la carrera del émbolo distribuidor será de 10 milímetros).

2. b) Brazo o biela del distribuidor: Sus detalles se dan en la fig. 15; material: hierro (planchuela de 3 mms. de espesor) el cojinete del excéntrico, de bronce, y el pequeño buje del distribuidor, puede hacerse con los bujes y pernos de los eslabones de cadena de bicicleta.

3. Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

1. d) Embolo, y cilindro de distribución : Esta es la parte más complicada de la máquina, pues, de la exactitud de su funcionamiento, depende totalmente, la buena marcha del motor. Como primer paso, se deben construir las piezas de las figuras 13 y 14, émbolo y cilindro, de acero y bronce respectivamente, pero sin hacerles la muesca y perforaciones indicadas, por el momento. Se colocará el cilindro en el agujero mayor del puente, soldándolo con estaño; el excéntrico se colocará en la espiga, torneada con este fin en el eje cigüeñal, ajustándolo con la correspondiente tuerca hexagonal de 1|4”. El brazo y el émbolo se unirán por medio del pequeño perno, y se armará todo el conjunto (ver cortes A y B de la figura central) cilindros y todo el mecanismo dé distribución.

2. Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (2 de 3)

Haciendo girar el eje a mano se comprobará el funcionamiento de las diversas articulaciones, etc., y la longitud de carrera del distribuidor, pues esta medida es la base para efectuar las perforaciones y el calado de la muesca en él.

Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

Luego, se debe perforar el cilindro de acuerdo a las medidas de la figura 14 (Ver la posición de estos agujeros en el corte B de la figura central). Después, nuevamente armado el distribuidor y haciendo girar el eje, hasta que el émbolo llegue a su punto muerto inferior (B fig. central) se marcará, a través del agujero superior (A fig. 14) del cilindro, un punto en el pistón o émbolo distribuidor; lo mismo en el punto muerto superior: (A fig. central). A través del agujero inferior B del cilindro, se hará en el pistón otro punto, con lo cual se tendrá ya marcado el lugar exacto en que se debe perforar el émbolo; en cuanto a la muesca, habrá que estudiar bien las posiciones A y B de la distribución en la figura central y de acuerdo a la longitud de carrera, se calará.

Ahora sólo resta unir con caño de cobre de 6 mms. de diámetro, soldando con estaño, los agujeros A y B del cilindro con A y B del puente (fig. 10) correspondientes a los cilindros 1 y 2 (ver corte B y A y B de la figura central). Los extremos da los caños en el puente deben sobresalir unos 5 mms, que se introducen, sirviendo como guía, en los agujeros de las tapas de cilindro (B fig. 6). En estas salientes, se colocarán arandelas de amianto grafitado, o cualquier otro material para guarnición, resistente al calor. En el agujero C del cilindro, correspondiente al escape (A y B figura central) se soldará un trozo de unos 25 mms. de largo del mismo caño de cobre; y en los agujeros A y B (al otro lado) correspondientes a la entrada, se soldarán dos caños que se unan, formando una bifurcación (ver figuras).

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

construcción de un motor de vapor 11

En la fotografía del modelo construido, puede verse la disposición de los caños.

Prensa estopas para el distribuidor: En el corte B de la figura central puede verse el prensa-estopas que asegura un cierre hermético entre el émbolo y cilindro de distribución; la parte superior del cilindro se cubre con una tapa, que está sostenida por dos tornillos largos que, a su vez, ajustan la prensa o porta-empaquetadura.

1. h) Volante: En la figura central se puede ver, de frente y en corte, el volante que tiene el modelo construido; pero como éste es un detalle que no tiene mayor importancia se deja a cargo del aficionado, que lo construya o lo consiga a su gusto.

También como puede verse en la citada figura, existe un cojinete interior, que se ha hecho, no porque sea necesario mecánicamente, sino para mejor terminación del modelo; queda, pues, a gusto del aficionado, construirlo o no.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

1. i) Armado, reglaje de la distribución y puesta en marcha: No se cree necesario decir que al armar el modelo, habrá que tener cuidado de ajustar bien todos los tornillos, las guarniciones de los cilindros, etc. Todo armado, se montará sobre una base de madera, abulonándolo en los cuatro agujeros practicados a este efecto en la basada.

2. Reglaje o puesta a punto de la distribución: Esta operación se efectúa fácilmente de la siguiente manera: Se hace girar a mano el eje hasta que los pistones lleguen al punto medio de sus carreras (como es natural, uno ascendente y otro descendente). En esta posición, el distribuidor tendrá que estar en uno de sus puntos muertos: inferior o superior indistintamente, marchará en una u otra dirección, bastando, para cambiar el sentido de rotación, correr o desplazar 180’ (media vuelta) la posición de! excéntrico). Como se ve la marcha es fácilmente reversible.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

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Sólo resta ahora poner en marcha (ya sea con aire comprimido o vapor): es éste el momento, por decir así, de mayor emoción para el aficionado.

Puede ser que en el primer momento, la marcha sea irregular (rotación a tirones y pesada) el defecto habrá que buscarlo siempre en el distribuidor, porque como se ha dicho antes es la parte más delicada del motor.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

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Suponiendo, claro está, que no hay otro defecto, tal como una biela muy ajustada etc., el éxito está a cargo, exclusivamente, de la habilidad y prolijidad, sobre todo, con que el aficionado trabaje.

Fig.- Como hacer – Construcción de un MOTOR DE VAPOR (3 de 3)

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La fotografía muestra también, la plataforma, escalera y barandilla de que consta el modelo, para darle semejanza a las grandes máquinas de usinas eléctricas, fábricas, etc. Tiene la palabra para esto el gusto y la idea del aficionado constructor.

Consejos

A la hora de enfrentarse al impulsor para un motorcito de vapor, no está demás seguir a los expertos en este tema en otros hilos, que usan aire comprimido.

Una pequeña caldera de vapor, aunque pequeña, puede ser extremadamente peligrosa. Dado que estas máquinas se enseñan a las visitas, el peligro es colectivo.

La historia de la máquina de vapor está sembrada de accidentes por estallido de las calderas. Y todas eran calderas bien hechas y calculadas!!

Un atrevimiento desde mi ignorancia, con ánimo de ser solo ayuda:

La caldera como recipiente al que dan las llamas es muy poco rentable térmicamente. Para aumentar la eficacia es preciso hacer pasar los gases de la combustión por medio de tubos a través del agua de la caldera a calentar.

Una caldera debe producir tanto vapor como gasta la máquina por unidad de tiempo. Eso requiere unos cálculos o unos tanteos en caso de aproximación empírica.

La pared de la caldera deja de tener resistencia cuando la llama da en zonas sin agua. El peligro mayor de una caldera es quedarse sin agua. Si pasa eso, es preciso apagar el fuego, pero nunca echar agua. Nunca echar agua, porque al hacerlo, el agua pasa a vapor masivamente al tocar la chapa recalentada y la chapa no aguanta la presión por su temperatura. Explota.

La caldera debe tener siempre una zona donde se acumule el vapor en la parte alta o domo. Hay que poner válvula de seguridad. Lo ideal es poner dos, una con un muelle y una bola como las cafeteras expresas y otra con un peso como las ollas de presión o las calderas de vapor industriales. La válvula se debe calibrar para abrirse al sobrepasar muy poco la presión de trabajo.

Toda caldera debe de tener un manómetro. Pero requiere dos, porque la aguja a veces se atora y da falsas lecturas bajas.

Toda caldera debe tener un visor de nivel de agua en la caldera para no quedarse inadvertidamente sin agua.

El agua a usar debe ser destilada. El agua del grifo precipita sus sales y lesiona el conjunto en muchas formas.

Toda caldera debe de ser ensayada a presión del doble de su trabajo. Para un aficionado, mejor a cuatro veces. El ensayo se hace con agua a presión no con gas. Nunca con gas.

No trabajar con presiones de vapor superiores a tres kilos por seguridad. El rendimiento es bajo pero eso no importa.

Evitar siempre que la llama de en chapa sin agua y evitar cargar la caldera sobre chapa recalentada.

La llama del cenicero debe de ser de una longitud menor de la altura de combustión del cenicero. De lo contrario da poca conversión térmica y muchos humos.

Hay que calcular además el tamaño de entrada de gases ambientes al cenicero, teniendo en cuenta el consumo por unidad de tiempo.

Y hay muchos parámetros más. En general el cálculo y construcción de calderas es más complejo que el de la máquina y correderas, aunque este último requiere más precisión. Teniendo en cuenta todo eso es más rentable el aire comprimido.