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Las máquinas de vapor – Tipos y cómo funcionan

Entendemos como máquina de vapor a una fuente de poder que convierte la energía térmica, mediante agua, en energía mecánica.

Su ciclo de funcionamiento es muy sencillo. Se crea vapor debido al agua hirviendo en una bomba hermética y, de este modo, logra expandir un cilindro que empuja simultáneamente un pistón. Este movimiento acciona desde ruedas hasta generadores eléctricos de cualquier tipo.

 

Historia de las máquinas de vapor

Estas máquinas tienen su origen en el siglo XVIII, ya que fueron ampliamente utilizadas en la Revolución Industrial, debido a que fueron esenciales para el transporte de bombas, motores, locomotoras, entre muchos otros objetos.

No obstante, la primera máquina de vapor fue creada por Herón de Alejandría entre fines del siglo XVIII y mediados del siglo XIX en Inglaterra, bajo el nombre de “La Eolípila”. Esta máquina impulsó significativamente el desarrollo económico para esa época.

Sin embargo, Jerónimo de Ayanz y Beaumont fueron los primeros en registrar una patente de la máquina de vapor moderna, por lo que recibe la atribución a la invención de esta máquina en el año 1606.

Actualmente, las máquinas de vapor ya no se utilizan para los mismos fines que las mencionadas anteriormente, sino que fueron reemplazadas por turbomáquinas, es decir, que son sometidas a un constante flujo de vapor por lo cual reciben el nombre de turbinas.
Sin embargo, las máquinas de vapor alternativas aún son empleadas, solo que sus funciones son básicamente para auxiliar, debido a que han sido desplazadas por las máquinas de vapor modernas.

Locomóvil de vapor.
Fuente | Peter Ashley from Hayle, Cornwall [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)] – Locomóvil de vapor.

Tipos de máquinas de Vapor

Máquinas de émbolo

Estás maquinas se componen, en su mayoría, de vapor presurizado, mediante pistones con doble efecto. El vapor se adentra en uno de los pistones mientras que simultáneamente el otro libera un condensador.

Estas maquinas poseen una barra de deslizamiento por la que es absorbida la energía y, a su vez, impulsa una biela que está unida a una manivela que convierte los movimientos alternativos en rotatorios.

Conjuntamente se emplea otra manivela que impulse el engranaje de las válvulas, por lo general, esto permite el cambio del movimiento rotativo.

Ya que se usan pistones, la manivela se desplaza en ángulos de 90 grados. Creando la seguridad de que el motor estará en constante funcionamiento, sin importar la posición en la que se encuentre la manivela.

Turbinas de vapor

Esta máquina se caracteriza por ser de gran potencia debido a que se emplea con discos rotatorios que se reemplazan con anillos fijos a la turbina para darle dirección al vapor.

Por su gran velocidad, estas turbinas deben estar enlazadas a un engranaje que accione algún tipo de hélice.

Estas máquinas son mucho más duraderas que las máquinas de vapor tradicionales y requieren menos mantenimiento que las mencionadas anteriormente.

Son muy usadas en las plantas eléctricas, ya que su aumento de velocidad y su disminución de volumen tienden a ser muy ventajoso para sus fines. Igualmente son utilizadas en buques y submarinos, ya que al tener potencia de agua hace más enriquecedora su función.

Motor de expansión múltiple

Esta máquina utiliza numerosos cilindros que aumentan su movimiento y diámetro, y al emplearse con vapor de alta presión, impulsa el pistón de menor diámetro.

No obstante, al expandirse el vapor en fracciones se impulsa en un cilindro con movimientos descendentes causando que la presión alta se expanda y sea liberada en la primera cámara.

Conjuntamente, se descarga la presión por todas las cámaras liberando un condensador. Esta máquina era primordial para el uso de buques, debido a que su condensador reciclaba el vapor en la caldera.

Estos motores fueron muy famosos durante la Segunda Guerra Mundial, ya que se utilizaban en vehículos marinos de poca velocidad, aunque posteriormente fue reemplazado por la turbina de vapor.

Motor de Flujo Uniforme

Este es un derivado de las máquinas de embolo. Sin embargo, este utiliza vapor que solo viaja en una dirección.

Son muy eficientes debido a su estructura térmica, logrando así una temperatura gradiente, ya que reduce el calentamiento y enfriamiento del cilindro.

Estos motores suelen ser controlados por válvulas de vástago que se abren y dejan entrar el vapor para que éste alcance una expansión mínima al inicio del movimiento.

Motores de propulsión

Son característicos al utilizarse en submarino, ya que utilizan vapor de alta presión que atrae agua en la parte delantera y lo evacua por la parte posterior.

El motor utiliza aire por un respiradero, creando burbujas y cambiando la manera en la que en vapor se compone con el agua.

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