Rendimiento de las maquinas de vapor

[Joaquin Yarza]

Estoy haciendo el calculo de potencia de una máquina de vapor y me gustaría saber, si un rendimiento del 50% sería mas o menos correcto ya que evidentemente, tendrán un rendimiento muy inferior a las de verdad.

Joaquin

[AXEL_WELLER]

hola joaquin

No entiendo muy bien la pregunta, como haces el calculo?

saludos, Axel

[Joaquin Yarza]

Axel es que tengo un barco que con motor eléctrico que necesita 42 vatios y si quiero hacerle o ponerle una máquina de vapor, tendría que tener una potencia de 84 vatios, si el rendimiento es del 50%, por eso quiero asegurarme mas o menos de que tipo de rendimiento se obtiene en las máquinas de vapor de modelismo.
Formulas para el calculo de máquinas de vapor hay, pero no las tengo ahora a mano. En cuanto las vea te las pongo.

Joaquin

[Joaquin Yarza]

Pongo una formula para hacerlo. Pero esto solo es teoría que seguro que no funciona tal cual en un modelo.

Despues se puede hacer el calculo de la máquina dependiendo del numero de cilindros, su tipo, la presión de la caldera etc, etc,, pero lo mismo de antes, no se si se pueden aplicar en un modelo. Solo para saberlo mas o menos.

Joaquin

[AXEL_WELLER]

Hola Joaquin

Ahora si entendi la pregunta que formulas y vi la formula en formato pdf que mandaste.
Creo que la formula seria valida tambien para un barco a escala de uno verdadero haciendo la conversion correspondiente.
El problema que le veo es el coeficiente "C" que ahi esta dado directamente en una expresion numerica que supongo que sera el desplazamiento.
El peso (generalmente en toneladas) de desplazamiento si no me equivoco es la capacidad del casco de desplazar agua, o sea la cantidad desplazada de agua en un volumen x, esto esta directamente ligado al peso del buque y a la forma del casco.
Tambien tendrias que tener por otra parte en cuenta la revoluciones generadas por el motor y el torque.
Pienso que en el caso del modelismo para no complicarce demaciado lo mejor seria tener una potencia de sobra y usar reducciones antes de la helice, todo depende de lo que quieras lograr si velocidad o pontencia.
Bueno Joaquin te mando un abrazo.

Axel

Joaquin: una pregunta que no tiene nada que ver con el tema: se pueden eliminar del foro los temas abiertos por mi que dicen MOVIDO A..? y dejar solo los que estan numerados por paginas. Si vos lo podes hacer me gustaria que los elimines para que no haya demaciados temas abiertos por mi. desde ya muchas gracias.

[Xavier]

Hola de nuevo:
Joaquin, Axel:
Veo que estáis entrando en el mundo proceloso de la teoría de las máquinas de vapor...Uff... ....Si nos metemos en termodinámica, lo tenemos muy mal. A pesar de que la he tenido que estudiar a fondo, creo que me perderia en cálculos que ya he olvidado (adiabáticas, isotérmicas, entalpías, Rankine, Moll- Monteti...Horrible.... . Trataré de resumir al máximo:
En primer lugar No hay que confundir el concepto de Redimiento, (cual? Térmico, mecánico, teórico? ) de la máquina, con la potencia que puede suministrar,. El Rto. térmico depende de las temperaturas, inicial y final en las que trabaja el ciclo termodinámico (ciclo de Carnot). También es la relación entre la energía suministrada y la producida. El rendimiento o eficiencia es siempre por definición inferior a 1, y cuanto más se aproxime a la unidad más eficiente será la máquina. Pueden existir máquinas con un redimiento muy pobre (locomotoras, maquinillas y cabrestantes, etc.) que tienen gran potencia y poco rendimiento (0,4) y vice versa. El rendimiento de las grandes maquinas tetracilindricas Compound de triple expansión de 30.000 HP no llegaba al 0,85 (Titanic, Olimpic, etc.)
La potencia teórica es el trabajo por unidad de tiempo y por lo tanto la fuerza por el espacio recorrido en un tiempo determinado. En electricidad serian voltios por amperios ( mas otros parámetros que omito) En la practica la potencia teórica y la real son diferentes (pérdidas por rozamientos, calor a la atmósfera etc )
La potencia de una máquina de vapor es función directa de las siguientes variables: Presión media efectiva de vapor de admision, presion de evacuación, atmosférica, Diametro y carrera del cilindro, Simple o doble efecto, Nº de cilindros y revoluciones por minuto, amén de otros. ,
Una fórmula sencilla para determinar la pot, teórica de una monocilindrica de simple efecto sería:
W=pi X D2 X Pm X C X N todo ello dividido por 18000
en la que:
W=Pot. en CV (1CV=736W)
pi=3,1416
D2= Diám del cilindro al cuadrado en m.
Pm= Presión media efectiva
C= Carrera del cilindro en m
N= revoluciones por minuto
Como se puede observar es un verdadero galimatias, que por otra parte en la práctica y en máquinas reales se determina teóricamenta en el diseño ( o mejor, se determinaba),y se comprobaba practicamente en bancos de prueba con frenos de Prony, y en los barcos en navegación con la ayuda de los indicadores de diagramas y mas recientemente con torsiómetros acoplados al eje dando la potencia real.
Por consiguiente, lo mejor olvidarse de todo ello y tomar nota de lo que se usa normalmente en el mundo del modelismo a vapor vivo, naturalmente considerando un estandard de construcción aceptable. De nada nos vale tener un motor eléctrico brushless de 400 W, si nos falla una fase, roza el estátor con el rotor o los rodamientos están agarrotados, el eje fricciona demasiado etc, etc.
Todo ello traducido en una máquina de vapor significa: Fugas por falta de estanqueidad en válvulas, distribuciones y vástagos. Perdidas de calor por falta de aislamiento, rozamientos excesivos en cojinetes, vástagos o desalineaciones en cabeza y pie de bielas, cojinetes de cigüeñal... Además, como se demuestra en la practica, poco vale una maquina perfectamente construida si nuestra planta de vapor no produce lo suficiente.
Por mi experiencia personal y habiendo participado en reuniones i eventos de modelismo naval a vapor puedo dar una guia de referencia en cuanto a motores de vapor para barcos que resumiria:
Barcos o lanchas de 1-1,2 m eslora y hasta 8 kg . de peso:Motor de vapor bicilindrico de doble efecto de hasta 10- 12 mm de diam.
Caldera cilindrica de 80 mm diám x 1120-150 mm largo, horizontal con hogar central de 40 mm y 6-8 tubos cruzados, Quemador de butano tipo soplete (Leroy Merlin o Lidel= 9,9 ¤) y depósito de 250 cc, Presión de trabajo : 4 bares
Con diámetros de piston de 16-18 mm tambien bicilíndricos y presión de 4 kg/cm2, podemos mover remolcadores de hasta 30 kg y 1.6 m de eslora, Naturalmente hay que dimensionar proporcionalmente la planta de vapor. Siempre es recomendable bicilíndricos, calados a 90º para garantizar el arranque en RC.
Los motores o mejor, máquinas de vapor a que me refiero son de tipo tronco con pistón vástago y cruceta para poder admitir presiones de 4 ó más kg/cm2. Los de tipo oscilante si bien son más simples de construcción, por estar acoplados mediante muelle al espejo de distribución, la presión de vapor tiende a separar estas superficies con la fuga consiguiente, que si queremos evitar, hay que aumentar la presión del muelle , produciendo más rozamiento y lo que ganamos por un lado, lo pèrdemos por el otro. De todas formas éstos se emplean en modelismo, aunque no sean mis preferidos.
Si tengo tiempo, y soy capaz de manejar esto de las fotos por internet puedo mostrar una lancha victoriana de 1m y 7 kg cuyo motor bicilíndrico de 9 mm de diámetro la mueve sobradamente. La autonomía es de más de 30 minutos a medio abertura de la valvula de cuello. También un remolcador de paletas de 1,40 m de eslora y 26 kg con una potencia y velocidad impresionantes ( Excesivas para su escala, Hay que cerrar al minimo la válvula.
La gran ventaja del vapor, al contrario que los motores de explosión y eléctricos es su alto y constante par motor (torque) en las primeras revoluciones o inicio del paso de vapor al cilindro, lo que permite hélices de gran diámetro y paso para trabajar a pocas rpm (P.ej, la lancha de vapor de 1 m lleva una helice de 70 X 70 mm; a 400 ó 500 vueltas ya corre demasiado)
La condición sine qua non es que los ajustes han de ser adecuados, las fugas mínimas, el aislamiento bueno y la máxima suavidad de funcionaminto. La prueba del algodón la realizo haciendo funcionar o girar la máquina succionando con la boca desde la evacuacion .
He construido tambien máquinas de tren a vapor vivo a carbon, (La "Mataró" en 5").Como referencia los diametros de los cilindros son de 1" (25,4mm) y 2 " de carrera, La superfície de la parrilla de carbon es de 98 cm2 (No llega a un decimetro cuadrado); trabajando a 6Kg es capaz de transportar, ademas del peso de máquina y ténder(72kg), mas el mío(87kg) y dos personas más) sin problemas y suavidad de funcionamiento sorprendentes.
Quedo a la disposición de cuantos quieran formular alguna pregunta o aclaración al respecto y.... perdón por el rollazo....

Xavier

[AXEL_WELLER]

Quedo a la disposición de cuantos quieran formular alguna pregunta o aclaración al respecto y.... perdón por el rollazo....

Xavier[/quote]

Hola xavi:

Me resultan mas que interesantes Todos tus comentarios.
Con respecto a lo que dice el enunciado te comento que todavia espero tu respuesta de mi ultimo mensaje en el tema de la caldera. Alli tambien te puse las fotos del manometro que me pediste.

Un abrazo.
Axel.

[Joaquin Yarza]

Cuando preguntaba por rendimiento me refería a la potencia efectiva.
Xavier lo que quería es aproximarme lo mas posible a la máquina y caldera del Hidria II http://www.modelismonaval.com/magazine/hidria/ . Al disponer de los planos del barco y del barco me gustaría que fuera lo mas aproximado posible ya que creo que es una oportunidad única para hacer un modelo de un barco que tenemos aquí, que es de vapor y que por sus formas no tiene limitaciones en cuanto a tamaño de máquina, caldera y quemador con bombona de gas incluida.
La escala sería 1/24 ya que tengo el otro barco de la compañía hecho a 1/24, el Roberto (con motor eléctrico)
Las características serían
Eslora 120cm.
Manga 30cm.

El tamaño de la caldera primitiva (que se conserva), según el plano a 1/24 seria de
Diámetro 10,8cm
Largo 10cm

El tamaño de la máquina de triple expansión,según el plano es de:
Largo:8,5cm
Alto: 7,8cm
La potencia es de 290 CV. La presión es en la máquina de 12kg y en la caldera de 15kg

Como resulta evidente estas presiones de funcionamiento no son utilizables en modelismo y me inclino por lo que dices de 4 kg

La primera pregunta es si se puede hacer algo parecido en tamaño y que el barco marche bien o hay que olvidarse de ajustarse a las dimensiones del original.

Joaquin

[Xavier]

Hola, Aquí pongo algunas fotos de una maquinita que funciona de maravilla , y aunque sobrepasa un poco las medidas requeridas una parecida podria valer para tu Hidria. Tiene 17 mmde diasmetro X 17 mm de carrera. Es de doble efecto con cambio Stephenson y funciona soplando con la boca. La construi hace ya 12 años sin planos, por lo cual no los puedo pasar y se la regalé a mi mujer. Si puedo ampliare explicaciones en otro momento,
Tenía ya una respuesta detallada para tí y para Axel, pero como mi habilidad con esto de la informática, es inversamente proporcional a mi afición y habilidades para el modelismo, no se que C :::::: ha pasado pero se me ha borrado todo al final, y renuncio a repetir por el momento.

Joaquin, hace tiempo te mandé (Bueno, a través de la ayuda de un compañero) unas fotos de otra maqu. Compound y de motor de explosion marino, Si puedes recuperarlas te agradeceria las pasaras como ejemplo de construcción.

Gracias y hasta otro momento,

Xavier

[Joaquin Yarza]

Adjunto las fotos de las maquinas construidas por xavier

[Joaquin Yarza]

mas fotos de Xavier

[AXEL_WELLER]

Xavier:

Ahora entiendo porque sabes tanto de vapor, me encanta tu trabajo ojala pudiera construir un motor de este tipo, te felicito de verdad.
Veo que me habias contestado mis preguntas pero lamentablemente se te han borrado las respuestas, y bueno, a mi me paso mas de una vez.
Espero que sigas poniendo mas fotos y si tienes de calderas mucho mejor.

Mi trabajo todavia no lo termino porque empezo la epoca fuerte de mi trabajo pero te comento que creo que descubri porque la caldera no rendia demaciado y el motor se paraba. Era porque en la admision del lado cerrado tenia una soldadura que perdia.

Te mando un saludo a vos y a joaquin

Axel

[Joaquin Yarza]

Xavier, en la caldera recomendada de la que hablas haces referencia a tubos cruzados en el interior del hogar. ¿De que diámetro tienen que ser?

Joaquin

[Xavier]

Joaquin:
Los tubos cruzados serán de cobre de 6X4 mm, o en pulgadas 1/4" X 3/16", dispuestos helicoidalmente y separados unos de otros 6-8 mm.o bien soldados a pares, de forma que ofrezcan la máxima superficie a la incidencia del dardo del quemador y máxima superfície de evaporacion.
Si puedo esta noche pongo fotos de calderas.

Saludos,

Xavier