Máquina de vapor del Titanic

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Las dos máquinas de vapor principales eran las mayores construidas hasta la fecha. Se trataba de máquinas de cuatro cilindros, de triple expansión, de doble acción y de tipo invertido.

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El diseño de estas máquinas permitía la inversión de giro del eje de la hélice sin necesidad de utilizar una combinación de engranajes para ello. El cigüeñal estaba diseñado para optimizar el empuje de cada cilindro, mientras que se minimizaban las vibraciones. La altura de cada motor era de 12 metros y disponía de cuatro cilindros, uno de alta presión, uno de presión intermedia, y dos de baja presión.

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El vapor procedente de las calderas entra en el cilindro de alta presión, de 137 Cm de diámetro, a una presión de 15 atmósferas. Al ceder parte de su energía para arrastrar el pistón de alta presión, el vapor se expande y entra en el cilindro de media presión, de 213 Cm de diámetro, a una presión de 5,5 atmósferas. El vapor que sale del cilindro de media presión a una presión de 1,7 atmósferas entra en los dos cilindros de baja presión, que tienen un diámetro de 246 Cm.

La carrera de estos motores, es decir, la distancia vertical que recorre el pistón, era de 190 Cm y su velocidad máxima de 80 revoluciones por minuto,

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suficientes para mover las enormes hélices laterales de tres palas y 7 metros de diámetro.

Cada una de las dos máquinas de vapor pesaba unas 1.000 toneladas y proporcionaba 15.000 caballos de potencia para mover las dos hélices exteriores a una velocidad de 75 revoluciones por minuto. Para ello utilizaban unos ejes de unos 72 metros de largo, ya que la sala de máquinas se encontraba cerca del tercio central del casco.

La turbina de vapor de baja presión funcionaba con vapor a 0,6 atmósferas de presión tenía una potencia de 16.000 caballos y movía la hélice central, de 5 metros de diámetro, a 165 revoluciones por minuto. La turbina Parsons, debido a la forma de sus rodetes, no permitía un giro reversible de la hélice de cuatro palas, para efectuar una marcha atrás del barco.

Estos motores permitían impulsar el Titanic a una velocidad de crucero de 21 nudos (39 Km/h), ligeramente más lento que los grandes cruceros de la empresa Cunard (La competencia). Con los tres motores a su máxima potencia se obtenían 59.000 caballos, con lo que el buque podía navegar a 23 nudos.

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Para impulsar los motores se utilizaba el vapor de 29 calderas HUGE calentadas por 159 hogares de carbón (En cada extremo de la caldera había 3 hogares, lo que supone que 24 de estas calderas disponían de hogares en los dos extremos y 5 de ellas en uno solo). El humo de esto hogares escapaba por las tres primeras chimeneas, ya que la cuarta tenía solamente una función estética. A marcha normal se consumían 825 toneladas de carbón por día. A pesar del condensador utilizado para recuperar el vapor de escape, se necesitaban 63 metros cúbicos de nueva agua depurada al día para alimentar las calderas. En las carboneras del barco cabían 8.000 toneladas de carbón (El viaje trasatlántico duraba unos 7 días, por lo que tenía dos días de más de reserva de carbón).

Las 6 salas da calderas se sitúan delante de la sala de máquinas, ocupando unos130 metros de eslora. Entre las diversas salas de calderas se encuentran las carboneras. La primera sala de calderas es la que tiene calderas simples.

El vapor que salía de la turbina se hacía pasar por un condensador para volver a inyectarlo en forma de agua líquida en las calderas.

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Sala de máquinas de un barco similar al Titanic. Se pueden ver los corredores de servicio situados entre las dos máquinas.

Planta de la sala de máquinas.

La turbina Parsons del Titanic utilizaba el vapor de salida de los cilindros de baja presión de sus dos máquinas de vapor. En el caso que su velocidad subiera de 180 revoluciones por minuto un regulador centrífugo Proell accionaba el motor Brown para dirigir, mediante una válvula, el vapor de escape de las máquinas de vapor, directamente a los condensadores. Su peso era de 420 toneladas y el diámetro de su rotor de 3,6 metros de diámetro. La longitud del rotor era de 4,2 metros, la longitud de los álabes de entrada era de 45 Cm y la de los de salida de 64 Cm.

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Rotor de la turbina Parsons.

Estator de la turbina.

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Montaje de la turbina en los talleres de Harland & Wolff.

El rotor montado sobre el torno, para su cilindrado final.

Montando los álabes del estator.

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Sala de máquinas.

Una de las máquinas dentro de la fábrica.

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Interior del Titanic.

Fondo del casco en la sala de máquinas. Se pueden ver los montantes de las dos máquinas de vapor.

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Maqueta de la máquina de vapor del Titanic de Karl-Friedrich Pohlmann

A continuación se pueden ver algunas imágenes de la maqueta de la máquina de vapor de babor del Titanic a escala 1:20, construida por el maquetista alemán Karl-Friedrich Pohlmann.

Vista de la máquina desde la popa.

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Lado de estribor de la máquina.

Lado de babor de la máquina.

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Vista de la máquina desde la proa.

Pieza fundida, fabricada por el maquetista alemán.

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Aquí se pueden ver los soportes del cigüeñal y, al fondo, las dos excéntricas de la distribución del cilindro delantero de baja presión, con sus varillas.

Vista de la culata de uno de los cilindros de baja presión, con el conjunto de tubos de vapor.

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El equipo de inversión se utiliza para cambiar el sentido de giro del motor, y por lo tanto cambiar la dirección del buque hacia delante y hacia atrás.

El mecanismo de giro del cigüeñal se utiliza para que las partes móviles del motor se encuentren en la posición deseada durante las reparaciones y las

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inspecciones. Cuando la máquina de vapor se encuentra parada, en puerto, el mecanismo de giro se utiliza para poner las piezas en movimiento, lubrificarlas y mantenerlas en buenas condiciones.

Planos de la máquina de vapor del USS Texas BB35 construido en 1914. También se trata de una máquina de vapor de triple expansión y dobles cilindros de baja presión.

Elementos de la máquina

Montante (8 piezas)BancadaCilindro de baja presión (2 piezas)Cilindro de media presiónCilindro de alta presiónVástago del cilindro (4 piezas)Cruceta (4 piezas)Biela (4 piezas)CigüeñalExcéntrica (4 piezas)Biela de la distribución (4 piezas)Vástago de los distribuidores (4 piezas)

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Montantes

Empezamos la construcción de la maqueta a escala 1:20 de una de las dos máquinas de vapor del Titanic. Las medidas están indicadas en milímetros. Comenzamos por los montantes (8 en cada máquina) que sujetan los cilindros encima de la base sobre la que se sujeta el cigüeñal.

A continuación se puede ver una vista de perfil del montante vertical de la máquina, que está formado por 13 piezas de aglomerado de 10 mm de grueso y de contrachapado de 4 mm.

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Ahora vemos una vista frontal de la misma pieza.

La pieza M8 queda encajada entre las M2, M3 y M4.

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Para fijar las piezas M2 y M6 en el ángulo correcto se ha construido un cajón-plantilla que se muestra a continuación.

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Aquí se pueden ver las piezas encoladas dentro del cajón-plantilla.

Este es el resultado.

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El montante lleva en su parte trasera la guía para las crucetas de los vástagos de los pistones.

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Para fijar las placas M1 y M8 al montante se utiliza otro utillaje, como se muestra a continuación.

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Bancada

La bancada era una gran pieza de hierro fundido que incorporaba los soportes del cigüeñal y sobre la que iban atornillados los montantes verticales. La bancada iba fijada, mediante tornillos en el fondo del doble casco, que en esta sección, era prácticamente plano. En la sala de máquinas había dos máquinas de vapor trabajando en paralelo, en un espacio relativamente reducido. La manga (Anchura máxima del casco) era de 28 metros.

Nuestra bancada estará construida con madera aglomerada de 10 mm de grueso, según se muestra a continuación.

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En la bancada se fijan las 16 placas de unión con los montantes verticales y los 8 soportes del cigüeñal.

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Dimensiones de los soportes-cojinetes del cigüeñal.

Colocación de los bloques de las placas de unión de los montantes.

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Vista por debajo de la placa de unión que va unida al bastidor, en la posición que se mostraba en el dibujo anterior.

Cilindros de baja presión

Cada máquina de vapor dispone de dos cilindros de baja presión, situados en sus extremos. El conjunto cilindro-distribuidor está construido con dos bases (1CBP1) de aglomerado de 10 mm, entre las que se van colocando estrechas tiras de contrachapado de 4 mm para formar la superficie lateral. Las placas (1CBP3) que permiten su unión con los montantes son similares a las placas M1 de los montantes. Para unir estas placas al cuerpo de los cilindros se usan los estribos 1CBP2.

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A continuación se puede ver la forma de los estribos (1CBP2) de unión entre el cuerpo del cilindro y la placa agujereada de unión con los montantes.

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Al modelo básico se le pueden añadir algunos extras, como una tapa atornillada, un manguito para el extremo del vástago, etc.

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La fabricación del cilindro comienza con el corte de sus dos bases. Posteriormente se unen a la distancia requerida mediante dos varillas roscadas de 4 mm. Después se recubren las superficies laterales con tiras de contrachapado. Ahora ya disponemos del cuerpo del cilindro.

Los agujeros de 4 mm, posteriormente, se han de hacer de 15 mm para introducir el tubo de PVC que servirá de guía al vástago del pistón.

Una vez pulido se le unen los elementos de los prensaestopas, las tapas atornilladas y las placas de unión a los montantes.

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Refuerzos inferiores del conjunto del prensaestopas.

Aquí se pueden ver las bases para las tapas atornilladas de los cilindros y los tubos de PVC que sirven de guía a los vástagos de los pistones.

A continuación se muestra la tapa superior de un cilindro de baja presión.

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Vista inferior en la que se aprecian los dos prensaestopas, el del vástago del pistón (En primer plano) y el del distribuidor del vapor.

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Entre los diferentes cilindros se encuentran las entradas y salidas del vapor. De los dos cilindros de baja presión parte un tubo de escape que envía el vapor a la turbina. A los mismos llega un tubo con vapor desde el cilindro de media presión. Al cilindro de media presión llega un tubo con vapor desde el de alta presión. En el cilindro de alta presión se encuentra el tubo de entrada de vapor desde las calderas.

Los cilindros de baja y media presión son similares, pero con un diámetro más pequeño. Estos dos cilindros se han hecho iguales, aunque en la realidad, tenían diferente diámetro, para simplificar el diseño.

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Cigüeñal

El cigüeñal está unido a los vástagos de los pistones mediante sus correspondientes bielas y permite transformar el movimiento alternativo de estos en giratorio.

Esta construido con un barra redonda de madera y listón de 30 x 30 mm para las manivelas.

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Para que el rozamiento sea menor se fijan sobre la barra del cigüeñal unos manguitos de PVC, para que roce plástico sobre plástico.

Sobre el eje del cigüeñal también van montadas las excéntricas del mecanismo de distribución. Hasta que todo no está montado no se pasa a cortar los trozos intermedios de la barra redonda de madera. Previamente se introducen unas varillas de madera para fijar mejor las manivelas, aparte de la unión formada con la cola blanca.

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El cigüeñal tiene 4 manivelas, tantas como cilindros y pistones. Las excéntricas están colocadas en grupos de dos para cada cilindro. En el centro coinciden las excéntricas del cilindro de media y de alta presión.

Bielas

Las bielas están construidas con listón con unas piezas similares a los soportes de la bancada, partidas por el medio y unidas con tornillos. Sobre estas piezas se fija una barra redonda y dos orejas de listón para formar una horquilla.

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Posteriormente se pintan de rojo, al igual que las excéntricas de la distribución.

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Vástagos de los pistones

Los vástagos de los pistones se fabrican con una varilla de madera unida a un patín, construido con contrachapado sobre el que se articulará posteriormente la biela. El patín corre por dentro de las guías que se encuentran en la cara interior de los montantes.

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Mecanismo de distribución

El mecanismo de distribución permite accionar las válvulas (Distribuidores) de entrada y salida del vapor en las dos caras de los cilindros. Regulando este movimiento se consigue que la máquina gire en los dos sentidos y modifique su velocidad de giro.

Las excéntricas y sus collares se construyen con contrachapado con una broca de campana. Al extremo se pega con cola blanca un listón con el agujero para la articulación superior.

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Las excéntricas se pegan por parejas, antes de insertarlas en el eje del cigüeñal. Los discos rojos impiden que los collares se salgan de sus excéntricas correspondientes.

Conjunto de las dos excéntricas con sus collares y el sector que une las varillas de estos.

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Sectores antes de su acabado

Soportes del eje de mando de los sectores de la distribución.

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Vista del montaje de una pareja de excéntricas.

Los sectores ya están montados y el eje de control de los mismos aún no se ha pintado.

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Bielas que unen los sectores de la distribución con el eje de control de los mismos.

Conjunto de la distribución.

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Manivela para cambiar el sentido de marcha de la máquina.

Motor eléctrico de accionamiento

En un primer momento se pensó utilizar un pequeño motor de 12 voltios con una doble reducción con tornillo sinfín, pero no tuvo la suficiente potencia.

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Para solventar el problema se ha utilizado un moto-reductor de 24 voltios.

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Bibliografía

http://almadeherrero.blogspot.com.es/2012/05/maqueta-de-la-maquina-de-vapor-del.html

http://almadeherrero.blogspot.com.es/2012/01/la-construccion-del-titanic.html

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