Máquina de vapor de cilindro oscilante

Una máquina de vapor de cilindro oscilante (también conocida como wobbler en EE. UU.) es un diseño sencillo de máquina de vapor (propuesto por William Murdoch a finales del siglo XVIII) que no requiere mecanismo de válvulas . En su lugar, el cilindro oscila a medida que la manivela mueve el pistón, que pivota en el muñón de montaje , de modo que los orificios del cilindro se alinean alternativamente con los orificios de una cara de orificio fija para dirigir el vapor hacia dentro o hacia fuera del cilindro.

Actualmente, las máquinas de vapor de cilindro oscilante se utilizan principalmente en juguetes y maquetas, pero en el pasado se empleaban en motores reales, sobre todo en barcos y pequeños motores estacionarios . Su principal ventaja reside en su simplicidad y, por consiguiente, en sus bajos costes de fabricación. Además, suelen ser más compactas que otros tipos de cilindros de la misma cilindrada, lo que las hace ventajosas para su uso en barcos.

El vapor debe introducirse en el extremo del cilindro en el momento preciso del ciclo para empujar el pistón en la dirección correcta. En la otra dirección, el vapor debe poder escapar del cilindro. A medida que el cigüeñal gira, la biela se mueve hacia arriba y hacia abajo (o de lado a lado en el caso de un cilindro vertical), así como hacia adentro y hacia afuera. Debido a que la biela es rígida y el pistón es largo en relación con su diámetro, esto provoca que el cilindro se balancee u "oscile" sobre su soporte especial ( muñón ). En el diseño que se suele encontrar en un motor de juguete o modelo, un orificio en el lateral del cilindro (uno en cada extremo para un cilindro de doble efecto ) y un par de orificios en el bloque de lumbreras están dispuestos de manera que este movimiento de balanceo alinee los orificios en los momentos correctos, permitiendo que el vapor entre en el cilindro en una dirección y escape a la atmósfera o al condensador en la otra. ^{[ 1 ]}

En los motores de tamaño completo, los puertos de vapor y escape suelen estar integrados en el pivote ( muñón ). Sin embargo, se pueden proporcionar válvulas separadas, controladas por el movimiento oscilante. Esto permite variar el tiempo de corte para posibilitar el funcionamiento expansivo. Alternativamente, el funcionamiento expansivo también puede proporcionarse mediante la expansión compuesta de Woolf , de forma igualmente compacta si las dos etapas de expansión se disponen a ambos lados de un solo pistón dentro de un solo cilindro, todo dispuesto como un motor de tronco (sin embargo, un motor de cilindro oscilante no se beneficia de la ventaja de compacidad que proporcionaría un motor de tronco, ya que la posee de antemano por sus propias características de diseño). Cada enfoque para el funcionamiento expansivo compromete la ventaja de la simplicidad, pero aún conserva la ventaja de la compacidad. ^{[ 2 ]}

Un motor de cilindro oscilante no puede invertirse mediante el mecanismo de válvulas (como en un motor de cilindro fijo convencional) porque carece de él. La inversión del sentido de giro se logra invirtiendo las conexiones de vapor entre la entrada y el escape o, en el caso de motores pequeños, desplazando el punto de pivote del muñón de modo que el orificio del cilindro coincida con un par diferente de orificios en la cara del orificio. En este último caso, la cara del orificio fijo suele tener tres orificios: el central para la alimentación de vapor y los dos exteriores para el escape, de los cuales solo uno está en uso en cada momento, según el sentido de giro deseado.

Las primeras propuestas para el uso marítimo de la máquina de vapor oscilante se realizaron ya a finales del siglo XVIII. En 1822 se completó el primer barco de vapor de hierro, el Aaron Manby , que utilizaba máquinas oscilantes de 80 hp. En 1827, Joseph Maudslay patentó una máquina de vapor oscilante marina de desarrollo propio, con un mecanismo de válvulas mejorado. El ingeniero inglés John Penn realizó más mejoras , seguidas por la introducción de la versión de 3 cilindros por el escocés John Scott Russell en 1853. ^{[ 3 ]}

En sus inicios, los constructores navales consideraban peligrosos los componentes móviles del motor oscilante dentro de los reducidos espacios de un barco. Sin embargo, posteriormente, la popularidad de este tipo de motor aumentó y se construyeron barcos de vapor de paletas con motores de este tipo hasta bien entrada la década de 1860, algunos de los cuales alcanzaron una potencia superior a los 1600 CV. ^{[ 3 ]}

• Motor de codo : otro motor con lumbreras en los cilindros, que no requiere válvulas adicionales.
• Ferrocarril de alfombra : las locomotoras de juguete 'Birmingham Dribbler' utilizaban este tipo de motor.