derecha|mini|300px| Sección de una instalación de motor de vapor de triple expansión, alrededor de 1918. Este diagrama en particular ilustra posibles ubicaciones del motor tras el desastre del Lusitania, quedando en claro que era una característica de seguridad importante
Un motor de vapor marino es una máquina de vapor que se utiliza para impulsar una embarcación. Este artículo trata principalmente de las máquinas de vapor marinas del tipo recíproco, que se utilizaron desde el inicio del barco de vapor a principios del hasta sus últimos años de fabricación a gran escala durante la Segunda Guerra Mundial. Las máquinas de vapor recíprocas fueron reemplazadas progresivamente en aplicaciones marinas durante el por turbinas de vapor y por motores diésel marinos.
Historia La primera máquina de vapor comercialmente exitosa fue desarrollada por Thomas Newcomen en 1712. Los perfeccionamientos introducidos por James Watt en la segunda mitad del mejoraron en gran medida su eficiencia, y permitieron construir motores más compactos. La adaptación exitosa de la máquina de vapor a las aplicaciones marinas en Inglaterra tendría que esperar hasta casi un siglo después de Newcomen, cuando el ingeniero escocés William Symington construyó el "primer barco de vapor práctico" del mundo, el Charlotte Dundas, en 1802.Fry, p. 27. En 1807, el estadounidense Robert Fulton construyó el primer barco de vapor comercialmente exitoso del mundo, conocido como North River Steamboat, que funcionaba con un motor Watt.
Tras el éxito de Fulton, la tecnología de los barcos de vapor se desarrolló rápidamente en ambos lados del Atlántico. Aunque inicialmente tenían un alcance corto y no eran particularmente aptos para navegar debido a su peso, baja potencia y tendencia a romperse, fueron empleados con éxito a lo largo de ríos y canales, y para viajes cortos a lo largo de la costa. El primer cruce transatlántico exitoso realizado por un barco de vapor se produjo en 1819, cuando el Savannah navegó desde Savannah, Georgia, hasta Liverpool, Inglaterra. El primer barco de vapor en hacer cruces transatlánticos regulares fue el vapor de ruedas de paletas Great Western, en 1838.Fry, pp. 37-42.
A medida que avanzaba el , las máquinas de vapor marinas y la tecnología de los buques de vapor se desarrollaron paralelamente. La propulsión de paletas dio paso gradualmente a la hélice; y la introducción de cascos de hierro y luego de acero para reemplazar el casco de madera tradicional permitió que los barcos crecieran cada vez más, lo que requirió disponer de propulsores de vapor cada vez más complejos y potentes.Fry, Chapter 5.
Tipos de motores de vapor marinos derecha|mini|250x250px| Animación de un típico motor vertical de triple expansión
A lo largo del se desarrolló una amplia variedad de motores de vapor marinos alternativos. Los dos métodos principales para clasificar dichos motores son por el mecanismo de conexión y por la tecnología de los cilindros.
La mayoría de los primeros motores marinos tenían la misma tecnología en sus cilindros (la expansión simple, véase más abajo), pero se usaban varios métodos diferentes para suministrar energía al cigüeñal (es decir, mecanismos de conexión). Por lo tanto, los primeros motores marinos se clasificaban principalmente según su mecanismo de conexión. Algunos mecanismos de conexión comunes fueron de leva lateral, campanario, viga andante y acción directa (véanse las siguientes secciones).
Sin embargo, las máquinas de vapor también se pueden clasificar de acuerdo con la tecnología del cilindro (expansión simple, compuesto, anular, etc.). Por lo tanto, se pueden encontrar ejemplos de motores clasificados bajo ambos métodos. Por ejemplo, un motor puede ser de tipo compuesto y de viga andante. Compuesto hace referencia a la tecnología del cilindro, y viga andante es el método de conexión. Con el tiempo, a medida que la mayoría de los motores se volvieron de acción directa, pero las tecnologías de los cilindros se volvieron más complejas, se comenzó a clasificar los motores únicamente según la tecnología de los cilindros.
Los tipos de motores de vapor marinos más comunes se enumeran en las siguientes secciones. Téngase en cuenta que no todos estos términos son exclusivos de las aplicaciones marinas.
Motores clasificados por el mecanismo de conexión
Leva lateral El motor de leva lateral (Side-lever en inglés) fue el primer tipo de motor de vapor ampliamente adoptado para uso marino en Europa.Sennett and Oram, pp. 2-4.Murray, p. 4. En los primeros años de la navegación a vapor (a partir de 1815), la leva lateral era el tipo más común de motor marino para vías navegables y servicios costeros en Europa, y siguió siendo durante muchos años el motor preferido para la navegación oceánica a ambos lados del Atlántico.Fox, p. 119.
La leva (o palanca) lateral era una adaptación de la primera forma de motor de vapor, el motor de balancín. El típico motor de palanca lateral tenía un par de pesadas vigas horizontales de hierro, conocidas como levas laterales, que se conectaban en el centro a la parte inferior del motor con un pasador. Esta conexión permitía que las levas pivotaran describiendo un arco limitado. Las levas se extendían, a cada lado de la parte inferior del cilindro vertical del motor. Un vástago conectado verticalmente al pistón, se prolongaba desde la parte superior del cilindro. Esta barra unida a una cruceta horizontal, estaba conectada en cada extremo a barras verticales (conocidas como barras laterales), conectadas a las levas a cada lado del cilindro, formando la conexión de las palancas al pistón en el lado del cilindro del motor. El otro lado de las palancas (el extremo opuesto del pivote de la palanca al cilindro) estaban conectados entre sí mediante una cruceta. Esta cruceta a su vez se conectaba y operaba sobre una sola biela, que hacía girar el cigüeñal, y que era impulsada por las levas, que situadas junto al cilindro, que a su vez eran movidas por la oscilación vertical del pistón.Sennett and Oram, p. 2-4.
Las principales desventajas del motor de leva lateral eran su tamaño y su peso.Murray, p. 4. Para el servicio en vías navegables y costeras, diseños más livianos y eficientes pronto lo reemplazaron. Sin embargo, siguió siendo el tipo de motor dominante para el servicio oceánico durante gran parte de la primera mitad del , debido a su centro de gravedad relativamente bajo, lo que daba a los barcos mayor estabilidad en mares agitados.Fox, p. 119. También era un tipo de motor común para los buques de guerra,Sennet and Oram, p. 3. ya que su altura relativamente baja lo hacía menos susceptible a sufrir daños en combate. Desde el primer buque de vapor de la Royal Navy en 1820 hasta 1840, 70 buques de vapor entraron en servicio. La mayor parte de ellos montaba motores de levalateral, utilizando calderas con una presión máxima de . Las bajas presiones de vapor a su vez llevaron a los cilindros de grandes tamaños, puesto que la presión efectiva sobre el pistón era la diferencia entre la presión de la caldera y el vacío en el condensador.
El motor de leva lateral normalmente impulsaba ruedas de paletas y no era adecuado para accionar hélices. El último barco construido para el servicio transatlántico que tenía un motor de leva lateral fue el vapor de paletas RMS Scotia de la línea Cunard, considerado un anacronismo cuando entró en servicio en 1862.Maginnis, p. xiv.
Saltamontes mini| Diagrama de un motor saltamontes El saltamontes o motor de 'media leva' era una variante del motor de leva lateral. Se diferencia de la palanca lateral convencional en que la ubicación del pivote de la palanca y la biela estaban más o menos invertidas, con el pivote ubicado en un extremo de la palanca en lugar del centro, mientras que la biela está unida a la palanca entre el cilindro en un extremo y el pivote en el otro.Seaton, pp. 3-5.
Las principales ventajas del motor saltamontes fueron el bajo costo de construcción y su robustez, y se decía que requería menos mantenimiento que cualquier otro tipo de motor de vapor marino. Otra ventaja era que el motor podía arrancarse fácilmente desde cualquier posición del ciclo. Sin embargo, al igual que el motor de palanca lateral convencional, los motores saltamontes estaban en desventaja por su peso y tamaño. Se utilizaron principalmente en pequeñas embarcaciones, como barcos fluviales y remolcadores.Seaton, pp. 3-5.
Cruceta (cuadrado) El motor de cruceta, también conocido como motor cuadrado, de aserradero o de bastidor en A, era un tipo de motor aplicado a las ruedas de paletas, utilizado frecuentemente en los primeros años de la navegación a vapor estadounidense.Hilton, p. 59.
El motor de cruceta dispone de un cilindro vertical sobre el cigüeñal, con el vástago del pistón asegurado a una cruceta horizontal, desde cada extremo del cual, en los lados opuestos del cilindro, se extiende una biela que hace girar su propio cigüeñal separado.Ward, p. 60. La cruceta se desplazaba dentro de unas guías verticales para que el mecanismo mantuviera la trayectoria correcta mientras se movía.Laxton, p. 334. El nombre alternativo del motor, "bastidor en A", probablemente derivó de la forma de los soportes que servían de guías. Algunos motores de cruceta tenían más de un cilindro, en cuyo caso las varillas del pistón generalmente estaban conectadas a la misma cruceta. Una característica inusual de los primeros ejemplos de este tipo de motor fue la instalación de volantes de inercia, orientados a los cigüeñales, que se consideraron necesarios para garantizar un funcionamiento sin problemas. Estos engranajes a menudo eran ruidosos en funcionamiento.
Debido a que el cilindro estaba por encima del cigüeñal en este tipo de motor, tenía un centro de gravedad alto y, por lo tanto, se consideraba inadecuado para el servicio oceánico.Adams, p. 202. Esto lo limitó en gran medida a embarcaciones construidas para vías navegables interiores.Ward, p. 60. A medida que los motores marinos se hicieron cada vez más grandes y pesados a lo largo del , el alto centro de gravedad de los motores de cruceta cuadrada se volvió cada vez menos práctico, y en la década de 1840, los constructores de barcos los abandonaron en favor del motor de viga andante.Harvey, p. 55.
El nombre de este motor puede causar confusión, ya que "cruceta" también es un nombre alternativo para el motor de campanario (que se describe a continuación). Por lo tanto, muchas fuentes prefieren referirse a él por su nombre informal de motor "cuadrado" para evitar confusiones. Además, la cruceta marina o el motor cuadrado descritos en esta sección no deben confundirse con el término "motor cuadrado" tal como se aplica a los motores de combustión interna, que en este último caso se refiere a un motor cuyo diámetro es igual a su carrera.
Viga andante La viga andante, también conocida como "viga vertical", "viga aérea", o simplemente "viga", fue otra adaptación temprana del motor de balancín, pero su uso se limitó casi por completo a los Estados Unidos.Thurston, p. 379. Después de su introducción, la viga andante se convirtió rápidamente en el tipo de motor más popular en Estados Unidos para el servicio de vías navegables y costeras, y el tipo demostró tener una longevidad notable, ya que estos motores todavía se fabricaron ocasionalmente hasta la década de 1940. En aplicaciones marinas, la viga en sí misma generalmente estaba reforzada con puntales de hierro que le daban una forma de diamante característica, aunque los soportes sobre los que descansaba a menudo estaban construidos de madera. El adjetivo "andante" se le aplicó porque la viga, que se elevaba muy por encima de la cubierta del barco, se podía ver operando, y su movimiento de balanceo recordaba (con algo de imaginación) al movimiento producido al caminar.