El vapor y avances tecnológicos entre los siglos XVIII y XX

Barcos, submarinos y demás ingenios marítimos.

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El vapor y avances tecnológicos entre los siglos XVIII y XX

Notapor minoru genda el Lun 13 Ago 2018 16:12

El Vapor y los avances tecnológicos durante los siglos XIX y XX

Entre los siglos XVIII y comienzos del XX dan el impulso definitivo a la construcción naval al ir apareciendo nuevos inventos y tecnologías, el vapor, la electricidad, las paletas, la hélice, la construcción de buques de acero y los nuevos sistemas de gobierno y navegación entre otras nuevas aplicaciones que se dan a los nuevos barcos hace de éstos cada vez más seguros y resistentes pero aún deberán pasar muchos años para que esa seguridad sea un hecho y mientras tanto los accidentes marítimos se suceden en cantidades importantes todos los años y entre ellos los incendios de los que se empieza a tener cada vez mayor constancia a partir del siglo XIX gracias a los registros de las casas aseguradoras que ya investigan todos los accidentes marítimos para conocer las causas y sacar conclusiones y a partir de ellas hacer que la seguridad a bordo sea cada vez mejor.
Vamos a citar una serie de avances técnicos y descubrimientos que con el tiempo fueron aplicados a los barcos. Alguno de ellos es conocido desde tiempos antiguos como las bombas de noria o de émbolo, otros más modernos como el vapor y aunque se experimentó en su día con ellos solo a partir de finales del XVIII y comienzos del XIX empiezan a ser una realidad
Vamos pues a comentar sobre esos descubrimientos y avances.

La propulsión a Vapor

Transcurría 1543 (siglo XVI) cuando al parecer un español que era capitán y de nombre Blasco Garay realizó el 17 de junio de 1543 los primeros ensayos sobre un buque de paletas en el que había una máquina en la que, a su vez, había una caldera hirviendo. El nombre del buque era Trinidad de 200 tns. de desplazamiento y al parecer consiguió navegar 2 leguas.
La comisión nombrada por el emperador Carlos I encargada de evaluar aquel por entonces extraño buque dentro de la cual se encontraba el tesorero Rávago (personaje que más se opuso a la financiación del proyecto) Rávago comento al respecto que el buque solo desarrollaba media legua por hora que la máquina era excesivamente costosa y que había un riesgo serio de que la caldera explotase.
Blasco de Garay fue indemnizado por los gastos que hizo y lo que podía haber sido el inicio de la navegación a vapor se pospuso y ningún país se planteó en serio la navegación a vapor hasta más de dos siglos después.
A comienzos del siglo XVIII hay varios científicos y técnicos que ven en la propulsión a vapor el medio de mover los buques en el futuro y varios de ellos trabajan sobre el tema Papin en 1707, Hull 1737, Henry 1763, Jouffroy en 1783, Fich 1790 y Samuel Morey entre otros muchos ponen en práctica sus inventos pero la falta de apoyos económicos para tan costosos experimentos (a esto se le llama hoy I+D) hace que muchos de ellos desistan. En realidad y salvo esos defensores del nuevo medio de propulsión, nadie confía en que el vapor sea capaz de mover un gran buque a través de un océano. Por si fuera poco el uso del fuego y del vapor crea grandes recelos sobre la seguridad del buque porque se teme que pueda haber incendios o explosiones. Los aseguradores tampoco parecen tener claro que el buque de vapor sea lo suficientemente seguro. Con todo, algunos de esos pioneros siguen adelante en su empeño y consiguen hacer realidad el sueño de una navegación a vapor
Por fin es el marqués de Jouffroy quien en 1783 hace que el primer buque de vapor sea una realidad.

A continuación un dibujo del Pyroscape de Joufroy

Imagen

Tras Jouffroy es John Fich quien hace navegar su barco un tanto extraño pues el medio de propulsión son una docena de remos por banda que son propulsados por un complejo sistema de ruedas empujadas por una máquina de vapor

Un dibujo del extraño buque de John Fich

Imagen

Es sin embargo Robert Fulton quien construye un verdadero barco de vapor capaz de realizar un servicio regular entre Nueva York y Albany. El Clermont que así se llamaba el buque fue construido en 1807 en Corlear´s Hook (Nueva York), la máquina fue construida en Boulton & Watt, Birmingham (Inglaterra) y además de la máquina de vapor disponía de dos palos con una vela cuadra en el mayor y una cangreja en el mesana, el Clermont podía transportar a 140 pasajeros.

En el dibujo el Clermont de Robert Fulton

Imagen

Las máquinas de vapor

Es evidente que esos buques de vapor debían ser movidos por una máquina y que esa máquina debía ser movida a su vez por vapor.
Hubo muchas dificultades al inicio de la fabricación de las máquinas de vapor y todas relacionadas con el mecanizado de la máquina y el rectificado de los cilindros pero fueron solventadas progresivamente, los trabajos de fundición y forja eran esenciales por entonces y el trabajo de los mecánicos era más de artesanía que otra cosa, las soldaduras se hacían calentando las partes a unir y añadiendo metal fundido en las uniones, a veces bastaba con llevar hasta el punto de fusión los extremos y dar unos golpes con un martillo para que se unieran de un modo aceptable, aunque menos sólido, dos piezas.
Thomas Newcomen idea en 1705 una máquina de tipo atmosférico de funcionamiento muy sencillo, se trata de meter en la parte baja de un cilindro vertical vapor a una presión algo más alta que la atmosférica, el émbolo o pistón sube por el efecto de un contrapeso, cuando el émbolo alcanza el punto muerto superior se cierra el vapor mientras un chorro de agua fría condensa el contenido en el cilindro creando una especie de vacío o depresión que unida a la presión atmosférica hace descender al émbolo, movimientos que realizaban un trabajo útil y al término de los cuales se reiniciaba de nuevo el proceso anterior.
James Watt establece en 1760 los principios fundamentales para el desarrollo de las futuras máquinas de vapor, entre los cuales dice que el trabajo debe realizarse con ayuda del vapor prescindiendo de la presión atmosférica y, de acuerdo con éste principio, Richard Thevitick construye la primera locomotora de vapor en 1804.
James Watt se asoció con Matthew Boulton y crearon la primera fábrica de máquinas de vapor en Birmingham la Boulton & Watt a la que Fulton encargó (como ya dijimos) la máquina para su Clermont.
El paso siguiente en la construcción de máquinas de vapor fue la aparición de la máquina “compoud” o compuesta, ideada por Johnathan Hornblower en 1871 y llamada así porque estaba formada por una máquina de Thevitick de alta presión y descarga de vapor a la atmósfera con otra de Watt de baja presión y condensador.
La modificación estaba relacionada con la descarga de vapor y aprovechamiento del mismo pues la descarga de la máquina de Thevitick se llevaba al cilindro de baja presión de la máquina de Watt haciendo a continuación que el vapor pasara al condensador. La máquina compound también podía definirse o catalogarse como máquina de doble expansión.
Las máquinas evolucionaron más deprisa que las calderas hasta el punto de que en que en 1874 Kirk inventa la máquina de triple expansión que no puede entrar en servicio por las bajas presiones que entregaban las calderas de entonces y no es hasta 7 años después, en 1881, cuando al aparecer calderas que proporcionaban una mayor presión y, por fin, puede ser utilizada.
La máquina de triple expansión aprovecha mejor el vapor, consta de tres cilindros (uno más que la compound) en los que el vapor de alta presión empuja a un cilindro de poco diámetro y sale expandido y a menor presión hacia un segundo cilindro llamado de media presión para a continuación y tras una nueva expansión sale hacia un tercero de baja presión para por fin ir al condensador y cerrar el ciclo hacia la caldera.
A continuación uno de mis dibujos que explica el recorrido del vapor en una máquina de triple expansión desde su salida de la caldera hasta su retorno.

Imagen

La máquina de cuádruple expansión, la turbina y las calderas

La máquina de cuádruple expansión
Tras la máquina de triple expansión aparece la de cuádruple expansión que es en esencia una máquina de triple expansión a la que se le añade otro cilindro de mayor diámetro,
No se debe confundir con la máquina de triple expansión de cuatro cilindros la cual tiene dos cilindros de igual diámetro de baja presión, la inclusión de un cuarto cilindro en la máquina de triple expansión se hace en aquellos casos en que el cilindro de baja presión (y por motivos constructivos para máquinas de mayor potencia) tiene demasiado diámetro. El vapor que entra en ese cuarto cilindro lo hace a la misma presión que su “gemelo”.

La turbina
Las máquinas de vapor citadas anteriormente son del tipo alternativo, esto es transforman un movimiento vertical u horizontal en movimiento rotatorio.
En 1883 el ingeniero sueco de Laval construye la primera máquina de vapor rotativa, la turbina de acción, en 1884 Charles Parsons crea la primera turbina de reacción. Diez años después, en 1894, Parsons la instala en una pequeña lancha a la que da el nombre de Turbinia y se pasea con ella durante una parada naval, (el Diamond Jubilee Naval Review de la reina Victoria) a la velocidad de 34 nudos. Tras la exhibición, Parsons subcontrató la construcción del primer buque de guerra con turbina, el HMS Viper un pequeño destructor de 344 toneladas que desarrollaba una velocidad de 33,8 nudos.
Continuará
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Re: El vapor y avances tecnológicos entre los siglos XVIII y

Notapor minoru genda el Mié 15 Ago 2018 16:14

En éste segundo mensaje hablaremos de las calderas y su evolución de un modo superficial en otro artículo, que pondremos aparte, ya nos meteremos un poco más a fondo y hablaremos de calderas, tipos, clases, y comentaremos sobre las más utilizadas y, para las diferentes armadas, fiables.

Las calderas (I)
Las calderas son un elemento esencial en la propulsión a vapor, en ellas, se quema el combustible que calienta el agua para transformarla en el vapor que mueve las máquinas.
Las calderas evolucionaron muy lentamente, los estudios sobre la transmisión de calor, la circulación de agua de evaporación y la influencia del recorrido de los gases de combustión tuvieron buena culpa de ello. Otra gran parte de culpa la tuvo la deficiente tecnología en cuanto a la construcción de calderas que presentaba muchas dificultades para alcanzar las cada día mayores potencias demandadas por las máquinas de vapor que se iban construyendo. Las primeras calderas fueron de cobre y no se alejaban del concepto de marmita en la que el fuego y los conductos de humo eran externos, construidos con ladrillos refractarios, la caldera era semicilíndrica, esto es, con paredes, frontal y fondo planos y techo semicilíndrico, la presión del vapor no llegaba mucho más allá de los 0,35 atmósferas (0,36 kilos/ cm. cuadrado, 1 atmósfera 1,033 k/cm. cuadrado). Mayores presiones no eran posibles por motivos técnicos relacionados con la construcción de las calderas. El primer adelanto (año 1803, principios del siglo XIX) lo constituyó la colocación del hogar (lugar donde se produce la combustión) y el conducto de humos dentro de la caldera. Hacia 1928 Marc Seguin ingeniero francés ideo la caldera de tubos de llama en la que las llamas pasan por un largo haz de tubos hacia una caja de humos situada en el lado opuesto del hogar
A continuación un corte de una caldera de tubos de llama.

Imagen

Posteriormente la caldera evolucionó hacia las de retorno de llama similar a la descrita pero con una ligera variante. La caldera disponía de dos cajas de humos, una posterior a la que llegaban los humos de la combustión y otra en la parte delantera a la que los gases de combustión retornaban a través de los tubos. La ganancia en rendimiento con la nueva configuración aumento considerablemente pero no lo suficiente. Durante todo el siglo XIX y casi hasta finales las calderas “rectangulares” siguieron siendo el tipo de calderas construidas y las presiones de dichas calderas nunca superaron las 2,5 atmósferas (2,8 kilos / cm. cuadrado) la presión de las calderas no superó esa presión hasta la aparición de las calderas de forma cilíndrica (caldera escocesa) en las que la presión llegaba ya a las 9 atmósferas (9,297 kilos /cm.cuadrado)
A las calderas de tubo de llama se las conoció y clasificó como calderas piro-tubulares porque los gases de la combustión iban por dentro de tubos.
Una imagen de una caldera de retorno de llama

Imagen

Antes de seguir veamos una caldera escocesa en proceso de construcción.

Imagen

Una vez explicada la caldera de tipo piro-tubular pasamos a las calderas de tubos de agua o acuotubulares.
A diferencia de las calderas de tubos de llama o tubos de retorno de llama, en las que como vimos el fuego va por dentro de unos tubos a los que envuelve el agua, las calderas acuotubulares funcionan de un modo inverso el agua circula por los tubos y los gases de la combustión y el fuego los envuelve.
Desde sus inicios no faltaron propuestas para que las calderas transmitieran el calor por tubos de agua pero la primera caldera acuotubular construida por Stevens no apareció hasta 1804.
Pero las calderas escocesas siguieron predominando y las de tubos de agua no comenzaron a ser empleadas hasta mediados del siglo XIX y solo en grandes buques de guerra.
Las primeras calderas acuotubulares también se las conoció por su aspecto exterior como triangulares. La alemana Schultz la francesa Normand y las inglesas Yarrow y Thornycroft fueron las primeras calderas “triangulares”.
El progreso decisivo de las calderas ocurre a finales del siglo XIX cuando se comenzó a usar el petróleo como combustible para calderas suprimiendo paulatinamente los viejos métodos de las salas de calderas repletas de fogoneros paleando carbón.
También y a partir de la segunda mitad del siglo XIX se suprimieron las altas chimeneas al suprimir el tiro natural y adoptar el tiro forzado con ayuda de soplos de vapor en la chimenea que produjeran la corriente de aire necesaria, con ayuda de aire introducido en los ceniceros, o introduciendo aire en los locales de calderas construidos estancos.
A pesar de ello las calderas escocesas siguieron siendo utilizadas para buques mercantes que no requerían elevadas presiones ni altas velocidades hasta mediados de 1970.
Las calderas de tubos de agua Yarrow y Walcock Wilcox inglesas, Wagner alemana, y Kampon japonesa fueron de las más usadas en las marinas que participaron en la segunda guerra mundial, todas ellas superaban las 40 atmósferas de presión (41,32 kilos /cm. cuadrado) llegando la Wagner alemana a las 58 atmósferas (59,914 kilos/cm. cuadrado)
A continuación una caldera de tubos de agua Thornycroft de alta presión con cuatro colectores

Imagen

Las marcas son:
1.- Bocas para alimentación de los hogares
2.- Puertas de ceniceros
3.- Colectores de agua
4.- Tubos de agua (llamados también paredes de agua)
5.- Aspecto frontal de la caldera
6.- Registros de acceso a la caldera
7.- Colector de vapor
8.- Sellos o acoplamientos de tubos de la caldera para salida y entrada de vapor, controles, niveles u otros servicios de caldera.
9.- Registros de acceso a los colectores

Continuará
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Re: El vapor y avances tecnológicos entre los siglos XVIII y

Notapor minoru genda el Jue 16 Ago 2018 15:13

Para teminar con éste apartado sobre los descubrimientos e inventos de los siglos XVii a XX una recopilación de inventos que ayudaron a mejorar la seguridad en el mar y a progresar en los procesos constructivos

Nuevos inventos y adelantos técnicos

Durante los siglos XIX y comienzos de los XX se suceden una serie de inventos que serían aplicados a la navegación y a la construcción naval y que en muchos casos aumentarían de un modo considerable la seguridad en el mar.
En 1801 el estadounidense Robert Hare inventa el soplete que con el tiempo sería una herramienta esencial en lo que se refiere a procesos constructivos.
En 1805 el italiano Luigi Brugnatelli inventa el proceso de galvanizado también resulta esencial para llevar a cabo procesos anticorrosivos del acero y es en años posteriores usado para proteger todas aquellas tuberías por las cuales circula agua o para tuberías de aire de ventilación.
En 1836 el británico Michael Faraday inventa la dínamo o generador eléctrico de corriente contínua creando con ello la base de los futuros generadores eléctricos para proporcionar energía eléctrica a los buques.
En este mismo año el italiano Marconi inventa la telegrafía sin hilos que es un invento muy importante para los buques porque es a partir del momento en que se empieza a usar a bordo cuando el buque deja de estar aislado totalmente pudiendo avisar o recibir avisos en cualquier momento sobre cualquier contingencia, (siniestro a bordo, estado de la mar, mensajes sobre previsión meteorologica por la zona donde navega,..etc.)
En 1840 Charles Goodyear inventa el proceso de vulcanizado que supone el uso de las gomas en diferentes dispositivos tanto a nivel general como a nivel naval (juntas o frisas, manguitos, expansiones o dispositivos elásticos, etc.
En 1852 el francés Foucault (famoso por el péndulo que lleva su nombre) inventa el giróscopo de múltiples aplicaciones entre las que se encuentra un método de navegación
En 1856 el británico sir Henry Bessemer inventa el convertidor de acero usado para “convertir” hierro en acero a partir de cuyo instante se empiezan a construir buques con casco de acero en vez de usar el hierro, el proceso consiste en soplar la masa de hierro fundido para quemar una parte del carbono.
En 1879 el estadounidense Tomás Alva Edison inventa la luz eléctrica invento que empieza a ser aplicado a los buques a partir del comienzo del siglo XX la luz eléctrica es un invento muy importante pues suprime las lámparas de aceite o gas que tan poca luz dan y tantos riesgos suponen.
En 1893 el alemán Rudolf Diesel inventa el motor Diesel que elimina (aunque no del todo) las calderas y simplifica las instalaciones propulsoras además de ser esencial y más seguro en lo que respecta a la propulsión de submarinos y sumergibles que hasta entonces estaban sujetos a los propulsores de vapor y gasolina con los riesgos serios que ello suponía
El siglo XX supone una serie de adelantos y aplicaciones sobre los inventos conocidos y la aparición de otros nuevos como el radar, el sonar…etc. que suponen muchas mejoras respecto a la seguridad en el mar.
Hasta aquí esa “pequeña introducción” a lo que fue la evolución de los barcos en cuanto a sistemas productivos como a la aplicación de nuevos inventos y tecnología
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