máquina de vapor marina

La máquina de palanca lateral fue el primer tipo de máquina de vapor ampliamente adoptada para uso marítimo en Europa . ^{[ 5 ] [ 6 ]} En los primeros años de la navegación a vapor (desde c. 1815), la máquina de palanca lateral fue el tipo de máquina marina más común para el servicio de vías navegables interiores y costeras en Europa, y siguió siendo durante muchos años la máquina preferida para el servicio oceánico a ambos lados del Atlántico . ^{[ 7 ]}

La palanca lateral era una adaptación de la forma más antigua de máquina de vapor, la máquina de balancín . La máquina típica de palanca lateral tenía un par de pesadas vigas horizontales de hierro, conocidas como palancas laterales, cada una fijada en el centro por un pasador cerca de la base de la máquina, lo que permitía que las palancas pivotaran en un arco limitado. El cilindro de la máquina se encontraba verticalmente entre este par de palancas en un extremo, con la biela unida a una cruceta horizontal en la parte superior, desde cada extremo de la cual una varilla vertical, conocida como biela lateral, se extendía hacia abajo a cada lado del cilindro para conectarse al extremo de la palanca lateral del mismo lado. Los extremos opuestos de las dos palancas laterales estaban conectados entre sí por una cola transversal horizontal, de la cual se extendía una única biela común que accionaba el cigüeñal a medida que las palancas oscilaban hacia arriba y hacia abajo alrededor del pasador central. ^{[ 5 ]}

La principal desventaja del motor de palanca lateral era su gran tamaño y peso. ^{[ 6 ]} Para el servicio en vías navegables interiores y costeras, pronto fue reemplazado por diseños más ligeros y eficientes. Sin embargo, siguió siendo el tipo de motor dominante para el servicio oceánico durante gran parte de la primera mitad del siglo XIX, debido a su centro de gravedad relativamente bajo , que proporcionaba a los barcos mayor estabilidad en mares agitados. ^{[ 7 ]} También fue un tipo de motor común en los primeros buques de guerra, ^{[ 8 ]} ya que su altura relativamente baja lo hacía menos susceptible a los 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 mayoría con motores de palanca lateral, utilizando calderas ajustadas a una presión máxima de 4 psi. ^{[ 8 ]} Las bajas presiones de vapor determinaron los grandes tamaños de los cilindros para los motores de palanca lateral, aunque la presión efectiva sobre el pistón era la diferencia entre la presión de la caldera y el vacío en el condensador.

El motor de palanca lateral era un motor de rueda de paletas y no era adecuado para accionar hélices . El último barco construido para el servicio transatlántico que tenía un motor de palanca lateral fue el vapor de paletas RMS Scotia de la Cunard Line , considerado un anacronismo cuando entró en servicio en 1862. ^{[ 9 ]} 

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  Motor de palanca lateral del SS Pacific (1849)  
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  Máquina de palanca lateral del RMS Persia (1855)
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  Maqueta de los dos motores de palanca lateral del barco de vapor Ruby, construido en 1836 en el río Támesis .
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  Motor Napier de palanca lateral de principios de siglo procedente de PS Leven , expuesto en Dumbarton , Escocia.

El motor de palanca media o de saltamontes ^{[ 10 ]} era una variante del motor de palanca lateral. El motor de saltamontes se diferencia del motor de palanca lateral convencional en que la ubicación del pivote de la palanca y la biela están 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. ^{[ 11 ]}

Las principales ventajas del motor saltamontes eran su 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 de la manivela. Sin embargo, al igual que el motor convencional de palanca lateral, los motores saltamontes presentaban la desventaja de su peso y tamaño. Se utilizaban principalmente en embarcaciones pequeñas, como barcos fluviales y remolcadores . ^{[ 11 ]}

La máquina de cruceta, también conocida como máquina cuadrada , de aserradero o de bastidor en A , era un tipo de máquina de ruedas de paletas utilizada en los Estados Unidos. Fue el tipo de máquina más común en los primeros años de la navegación a vapor estadounidense. ^{[ 12 ]}

El motor de cruceta se describe como un motor con un cilindro vertical sobre el cigüeñal, con la biela fijada a una cruceta horizontal, de cuyos extremos, en lados opuestos del cilindro, se extendía una biela que hacía girar su propio cigüeñal independiente. ^{[ 13 ]} La cruceta se movía dentro de guías verticales de modo que el conjunto mantenía la trayectoria correcta durante su movimiento. ^{[ 14 ]} El nombre alternativo del motor —«de bastidor en A»— probablemente deriva de la forma de los bastidores que sostenían estas guías. Algunos motores de cruceta tenían más de un cilindro, en cuyo caso las bielas solían estar todas conectadas a la misma cruceta.

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 consideró inadecuado para el servicio en alta mar. ^{[ 15 ]} Esto lo limitó en gran medida a embarcaciones construidas para vías navegables interiores. ^{[ 13 ]} A medida que los motores marinos se hicieron cada vez más grandes y pesados ​​durante el siglo XIX, el alto centro de gravedad de los motores de cruceta cuadrada se volvió cada vez más impráctico, y para la década de 1840, los constructores navales los abandonaron en favor del motor de balancín. ^{[ 16 ]}

El nombre de este motor puede generar confusión, ya que «crosshead» también es un nombre alternativo para el motor de torre (ver más abajo). Por ello, muchas fuentes prefieren referirse a él por su nombre informal de motor «cuadrado» para evitar confusiones. Además, el motor marino de cruceta o cuadrado descrito en esta sección no debe confundirse con el término « motor cuadrado » aplicado a los motores de combustión interna , que en este último caso se refiere a un motor cuyo diámetro es igual a su carrera .

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  Modelo de un motor de cruceta o "cuadrado", que muestra la ubicación del cilindro del motor sobre el cigüeñal; también se muestran la biela, la cruceta, las bielas y las ruedas de paletas.
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  Diagrama de una máquina de vapor de cruceta típica de un barco de vapor del río Hudson (vista lateral).
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  El vapor de paletas New York de 1836. Entre las ruedas de paletas se encuentra el alto motor cuadrado o de "estructura en A", dentro del cual se puede ver la larga biela del pistón, cerca del punto más alto de su carrera, formando una "T" con la cruceta horizontal.
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  El barco de vapor Norwich , mostrando su máquina de vapor de cruceta en funcionamiento.

La viga oscilante, técnicamente conocida como viga vertical o viga superior , y a veces simplemente denominada "viga", fue otra adaptación temprana de la máquina de balancín, pero su uso se limitó casi exclusivamente a los Estados Unidos. ^{[ 17 ]} Tras su introducción, la viga oscilante se convirtió rápidamente en el tipo de máquina más popular en aguas estadounidenses para el servicio costero y de vías navegables interiores, llegando finalmente también a los buques de vapor transoceánicos estadounidenses. Este tipo demostró tener una notable longevidad, y las máquinas de balancín todavía se fabricaban ocasionalmente hasta la década de 1940. En aplicaciones marinas, la viga en sí generalmente se reforzaba con puntales de hierro que le daban una característica forma de diamante, aunque los soportes sobre los que descansaba la viga a menudo se construían de madera. Se cree que el adjetivo "oscilante" se originó a partir de una corrupción del término técnico "viga de trabajo".

Los motores de balancín eran un tipo de motor de rueda de paletas y rara vez se utilizaban para impulsar hélices. Se empleaban principalmente en barcos y embarcaciones que navegaban por ríos, lagos y a lo largo de la costa, pero eran una opción menos popular para buques de alta mar debido a que la gran altura del motor hacía que la embarcación fuera menos estable en mares agitados. ^{[ 18 ]} Su uso militar también era limitado, ya que el motor estaba expuesto al fuego enemigo y, por lo tanto, podía ser fácilmente inutilizado. Su popularidad en Estados Unidos se debía principalmente a que el motor de balancín era muy adecuado para las embarcaciones de poco calado que operaban en las vías fluviales costeras e interiores poco profundas de Estados Unidos. ^{[ 17 ]}

Las máquinas de balancín siguieron siendo populares entre las navieras y las empresas de excursiones estadounidenses hasta principios del siglo XX. Aunque técnicamente estaban obsoletas a finales del siglo XIX, seguían siendo populares entre los pasajeros de los barcos de excursión, que esperaban verlas en movimiento. También existían razones técnicas para mantenerlas en Estados Unidos, ya que eran más fáciles de construir y requerían menos precisión. La madera podía utilizarse para la estructura principal, a un coste mucho menor que el de las piezas de hierro fundido, habituales en los diseños de motores más modernos. El combustible también era mucho más barato en Estados Unidos que en Europa, por lo que la menor eficiencia de la máquina de balancín no suponía un gran problema. El constructor naval de Filadelfia , Charles H. Cramp, atribuyó la falta de competitividad general de Estados Unidos frente a la industria naval británica a mediados y finales del siglo XIX al conservadurismo de los constructores navales y armadores estadounidenses , que se aferraron obstinadamente a tecnologías anticuadas como el balancín y su rueda de paletas asociada, mucho después de que hubieran sido abandonadas en otras partes del mundo. ^{[ 19 ]}

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  Diagrama básico de una máquina de balancín
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  USS Delaware (1861)   . La viga de mando en forma de diamante del buque se puede ver claramente en el centro del barco.

La máquina de aguja, a veces denominada máquina de "cruceta", fue un intento temprano de romper con el concepto de balancín común tanto a los tipos de balancín oscilante como de palanca lateral, y lograr un diseño más pequeño, ligero y eficiente. En una máquina de aguja, la oscilación vertical del pistón no se convierte en un movimiento de balanceo horizontal como en una máquina de balancín, sino que se utiliza para mover un conjunto, compuesto por una cruceta y dos bielas, a través de una guía vertical en la parte superior de la máquina, que a su vez acciona la biela del cigüeñal que se encuentra debajo. ^{[ 20 ]} En los primeros ejemplos de este tipo, el conjunto de la cruceta tenía forma rectangular, pero con el tiempo se perfeccionó hasta convertirse en un triángulo alargado. El conjunto triangular sobre el cilindro de la máquina le da a la máquina su característica forma de "aguja", de ahí su nombre.

Las máquinas de vapor de tipo "steeple" eran altas como las máquinas de vapor de balancín, pero mucho más estrechas lateralmente, lo que ahorraba espacio y peso. Debido a su altura y centro de gravedad elevado, al igual que las de balancín, se consideraban menos apropiadas para la navegación oceánica, pero siguieron siendo muy populares durante varias décadas, especialmente en Europa, para embarcaciones costeras y de vías navegables interiores. ^{[ 21 ]}

Las máquinas de vapor de tipo "steeple" comenzaron a aparecer en los barcos de vapor en la década de 1830 y el tipo fue perfeccionado a principios de la década de 1840 por el constructor naval escocés David Napier . ^{[ 22 ]} La máquina de vapor de tipo "steeple" fue reemplazada gradualmente por los diversos tipos de máquinas de acción directa.

El motor siamés, también conocido como motor de "doble cilindro" o "bicilíndrico", fue otra alternativa temprana al motor de balancín o de palanca lateral. Este tipo de motor tenía dos cilindros verticales idénticos dispuestos uno al lado del otro, cuyos vástagos de pistón estaban unidos a una cruceta común en forma de T. El brazo vertical de la cruceta se extendía hacia abajo entre los dos cilindros y estaba unido en la parte inferior tanto a la biela del cigüeñal como a un bloque guía que se deslizaba entre los lados verticales de los cilindros, lo que permitía que el conjunto mantuviera la trayectoria correcta durante su movimiento. ^{[ 23 ]}

El motor siamés fue inventado por el ingeniero británico Joseph Maudslay (hijo de Henry ), pero aunque lo inventó después de su motor oscilante (ver más abajo), no logró la misma aceptación generalizada, ya que era solo marginalmente más pequeño y ligero que los motores de palanca lateral que estaba diseñado para reemplazar. ^{[ 24 ]} Sin embargo, se utilizó en varios buques de guerra de mediados de siglo, incluido el primer buque de guerra equipado con una hélice, el HMS Rattler  .

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  Diagrama básico de un motor siamés
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  Diagrama de un motor anular (véase más abajo) con mecanismo de conexión siamesa.
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  Máquina siamesa del HMS Retribution (1844)

En la literatura del siglo XIX se encuentran dos definiciones de máquina de acción directa. La primera aplica el término «acción directa» a cualquier tipo de máquina que no sea de balancín (es decir, de balancín oscilante, de palanca lateral o de balancín). La segunda definición solo utiliza el término para máquinas que transmiten la potencia directamente al cigüeñal mediante la biela o el vástago del pistón. ^{[ 25 ]} Salvo que se indique lo contrario, este artículo utiliza la segunda definición.

A diferencia de los motores de palanca lateral o de balancín, un motor de acción directa podía adaptarse fácilmente para accionar ruedas de paletas o una hélice. Además de ofrecer un perfil más bajo, los motores de acción directa tenían la ventaja de ser más pequeños y pesar considerablemente menos que los motores de balancín o de palanca lateral. La Marina Real descubrió que, en promedio, un motor de acción directa (según la definición inicial) pesaba un 40 % menos y requería una sala de máquinas de solo dos tercios del tamaño de la de un motor de palanca lateral de potencia equivalente. Una desventaja de estos motores era que eran más propensos al desgaste y, por lo tanto, requerían más mantenimiento. ^{[ 24 ]}

Un motor oscilante era un tipo de motor de acción directa diseñado para lograr mayores reducciones en el tamaño y el peso del motor. Los motores oscilantes tenían las bielas conectadas directamente al cigüeñal, eliminando la necesidad de bielas de conexión. Para lograr esto, los cilindros del motor no eran fijos como en la mayoría de los motores, sino que estaban asegurados en el centro por muñones que permitían que los cilindros pivotaran hacia adelante y hacia atrás a medida que giraba el cigüeñal; de ahí el término " oscilante" . ^{[ 26 ]} El vapor se suministraba y se expulsaba a través de los muñones. El movimiento oscilante del cilindro se utilizaba generalmente para alinear los orificios en los muñones y dirigir la alimentación y la salida de vapor al cilindro en los momentos precisos. Sin embargo, a menudo se proporcionaban válvulas separadas, controladas por el movimiento oscilante. Esto permitía variar la sincronización para permitir un funcionamiento más amplio (como en el motor del barco de paletas PD Krippen ). Esto proporciona simplicidad sin perder las ventajas de la compacidad.

El primer motor oscilante patentado fue construido por Joseph Maudslay en 1827, pero se considera que John Penn perfeccionó este tipo de motor . Los motores oscilantes siguieron siendo un tipo popular de motor marino durante gran parte del siglo XIX. ^{[ 26 ]}

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  Modelo de un motor oscilante Maudslay
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  Motores de paletas oscilantes del HMS Black Eagle . Los motores oscilantes podían utilizarse para accionar tanto las paletas como las hélices.
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  Motor oscilante construido en 1853 por J. & A. Blyth de Londres para el vapor de paletas austriaco Orsova.

El motor de compuerta, otro tipo de motor de acción directa, se desarrolló originalmente para reducir la altura del motor manteniendo una carrera larga . (En aquella época, una carrera larga se consideraba importante porque reducía la tensión en los componentes).

En un motor de tipo "tacón", la biela se encuentra dentro de un pistón hueco de gran diámetro. Este "tacón" prácticamente no soporta carga. Su interior está abierto al aire exterior y es lo suficientemente ancho como para permitir el movimiento lateral de la biela, que conecta un bulón en la cabeza del pistón con un cigüeñal externo.

Las paredes del tronco estaban atornilladas al pistón o fundidas en una sola pieza con él, y se movían hacia adelante y hacia atrás con él. La parte funcional del cilindro es anular o en forma de anillo, con el tronco atravesando el centro del propio cilindro. ^{[ 27 ] [ 28 ]}

Los primeros modelos de motores de quilla tenían cilindros verticales. Sin embargo, los constructores navales pronto se dieron cuenta de que este tipo era lo suficientemente compacto como para colocarlo horizontalmente sobre la quilla . En esta configuración, resultó muy útil para las armadas, ya que su perfil era lo suficientemente bajo como para quedar completamente por debajo de la línea de flotación del barco , lo que lo protegía lo máximo posible del fuego enemigo. Este tipo de motor fue fabricado generalmente para uso militar por John Penn.

Los motores de tronera eran comunes en los buques de guerra de mediados del siglo XIX. ^{[ 28 ]} También impulsaban buques mercantes, donde, si bien se valoraban por su tamaño compacto y su bajo centro de gravedad, su funcionamiento resultaba costoso. Sin embargo, los motores de tronera no funcionaban bien con las presiones de caldera más altas que se generalizaron en la segunda mitad del siglo XIX debido a la dificultad de mantener un sello de vapor alrededor de la tronera, por lo que los constructores los abandonaron en favor de otras soluciones. ^{[ 28 ]}

Los motores de trompa solían ser grandes, pero para la Guerra de Crimea se fabricó una versión pequeña, de producción en masa, de altas revoluciones y alta presión. Debido a su eficacia, este tipo se mantuvo en cañoneras posteriores. ^{[ 29 ]} Un motor de trompa original del tipo de cañonera se conserva en el Museo de Australia Occidental en Fremantle . Tras hundirse en 1872, fue recuperado en 1985 del SS Xantho  y ahora puede girarse manualmente. ^{[ 30 ]} El modo de funcionamiento del motor, que ilustra su naturaleza compacta, puede consultarse en el sitio web del proyecto Xantho . ^{[ 31 ]}

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  Ilustración del motor del maletero
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  Vista en sección del motor del baúl del HMS Bellerophon  , que muestra (a la izquierda) el cilindro del motor, el pistón anular y el conjunto del baúl, y la biela dentro del baúl.
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  Vista desde arriba del motor del HMS Warrior (1860)   . Se puede ver la biela saliendo del motor por la derecha.

El motor de palanca vibratoria, o motor de media caja , fue un desarrollo del motor de caja convencional concebido por el ingeniero sueco - estadounidense John Ericsson . Ericsson necesitaba un motor pequeño y de bajo perfil como el motor de caja para propulsar los monitores del gobierno federal de los Estados Unidos , un tipo de buque de guerra desarrollado durante la Guerra Civil Estadounidense que tenía muy poco espacio para una planta motriz convencional. ^{[ 32 ]} Sin embargo, el motor de caja en sí no era adecuado para este propósito, porque la mayor parte del peso estaba en el lado del motor que contenía el cilindro y la caja, un problema que los diseñadores no pudieron compensar en los pequeños buques de guerra monitores.

Ericsson resolvió este problema colocando dos cilindros horizontales espalda con espalda en el centro del motor, que accionaban dos "palancas vibratorias", una a cada lado, las cuales, mediante ejes y palancas adicionales, hacían girar un cigüeñal situado en el centro. ^{[ 32 ]} Los motores de palancas vibratorias se utilizaron posteriormente en algunos otros buques de guerra y mercantes, pero su uso se limitó a los barcos construidos en los Estados Unidos y en Suecia, país natal de Ericsson, ^{[ 33 ]} y, como tenían pocas ventajas sobre los motores más convencionales, pronto fueron sustituidos por otros tipos.

El motor de acción inversa, también conocido como motor de biela de retorno , era otro motor diseñado para tener un perfil muy bajo. El motor de acción inversa era, en efecto, un motor de torre modificado, colocado horizontalmente sobre la quilla de un barco en lugar de estar verticalmente sobre ella. ^{[ 33 ]} Sin embargo, en lugar del conjunto de cruceta triangular que se encuentra en un motor de torre típico, el motor de acción inversa generalmente utilizaba un conjunto de dos o más bielas paralelas y alargadas que terminaban en una cruceta para realizar la misma función. El término "acción inversa" o "biela de retorno" deriva del hecho de que la biela "regresa" o vuelve desde el lado del motor opuesto al cilindro para hacer girar un cigüeñal ubicado centralmente. ^{[ 34 ]}

Los motores de retroceso fueron otro tipo de motor popular tanto en buques de guerra como en buques mercantes a mediados del siglo XIX, pero, al igual que muchos otros tipos de motores en esta era de rápida evolución tecnológica, finalmente fueron abandonados en favor de otras soluciones. Solo se conoce un motor de retroceso que aún se conserva: el del TV Emery Rice (anteriormente USS Ranger  ), que ahora es la pieza central de una exposición en el Museo de la Marina Mercante Estadounidense . ^{[ 35 ] [ 36 ]}

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  Diagrama del motor de reacción inversa del USS Ranger 
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  Motor de biela de retorno del HMS Agincourt (1865)

A medida que los buques de vapor aumentaron de tamaño y tonelaje a lo largo del siglo XIX, la necesidad de motores de perfil bajo y centro de gravedad bajo disminuyó. Liberados cada vez más de estas limitaciones de diseño, los ingenieros pudieron recurrir a diseños más simples, eficientes y de más fácil mantenimiento. El resultado fue el creciente predominio del llamado motor "vertical" ^{[ 25 ]} (conocido más correctamente como motor vertical invertido de acción directa ).

En este tipo de motor, los cilindros se ubican directamente encima del cigüeñal, con los conjuntos de biela y pistón formando una línea más o menos recta entre ambos. ^{[ 25 ]} La configuración es similar a la de un motor de combustión interna moderno (una diferencia notable es que el motor de vapor es de doble efecto, véase más adelante, mientras que casi todos los motores de combustión interna generan potencia solo en la carrera descendente). Los motores verticales a veces se denominan motores de "martillo", "martillo de forja" o "martillo de vapor", debido a su apariencia similar a otra tecnología de vapor común del siglo XIX, el martillo de vapor . ^{[ 37 ]}

Los motores verticales llegaron a reemplazar a casi todos los demás tipos de máquinas de vapor marinas hacia finales del siglo XIX. ^{[ 25 ] [ 37 ]} Debido a su gran popularidad, los motores verticales no suelen denominarse como tales, sino que se les conoce según su tecnología de cilindros, es decir, de expansión compuesta, triple expansión, cuádruple expansión, etc. El término «vertical» para este tipo de motor es impreciso, ya que técnicamente cualquier máquina de vapor es «vertical» si el cilindro está orientado verticalmente. Un motor que alguien describe como «vertical» podría no ser del tipo vertical invertido de acción directa, a menos que utilice el término «vertical» sin ninguna especificación.

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  Diagrama de un motor de "martillo" simple
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  Motor vertical de triple expansión del USS Wisconsin (BB-9)   . En esta foto se puede apreciar claramente la disposición típica del motor vertical: cilindro, vástago del pistón, biela y cigüeñal.

Un motor de expansión simple es un motor de vapor que expande el vapor en una sola etapa; es decir, todos sus cilindros funcionan a la misma presión. Dado que este era, con mucho, el tipo de motor más común en los inicios del desarrollo de los motores marinos, el término "expansión simple" rara vez se encuentra. Por lo tanto, en la literatura de ese período, generalmente se puede asumir que un motor es de expansión simple a menos que se indique lo contrario.

Los motores compuestos fueron un método para mejorar la eficiencia. Hasta el desarrollo de los motores compuestos, las máquinas de vapor utilizaban el vapor solo una vez antes de que se reciclara de nuevo a la caldera. Un motor compuesto primero recicla el vapor en uno o más cilindros secundarios más grandes y de menor presión, para aprovechar mejor su energía térmica. Los motores compuestos podían configurarse para aumentar la economía o la velocidad de un barco. En términos generales, un motor compuesto puede referirse a una máquina de vapor con cualquier número de cilindros de diferente presión; sin embargo, el término suele referirse a motores que expanden el vapor en solo dos etapas, es decir, aquellos que operan los cilindros a solo dos presiones diferentes (o motores de "doble expansión"). ^{[ 38 ]}

Cabe señalar que un motor compuesto (incluidos los motores de expansión múltiple, véase más abajo) puede tener más de un conjunto de cilindros de presión variable. Por ejemplo, un motor podría tener dos cilindros que funcionan a presión x y dos que funcionan a presión y, o un cilindro que funciona a presión x y tres que funcionan a presión y. Lo que lo convierte en un motor compuesto (o de doble expansión) en lugar de uno de expansión múltiple es que solo hay dos presiones , x e y. ^{[ 39 ]}

Se cree que el primer motor compuesto instalado en un barco fue el que el ingeniero estadounidense James P. Allaire colocó en el Henry Eckford en 1824. Sin embargo, muchas fuentes atribuyen la «invención» del motor compuesto marino a John Elder, de Glasgow , en la década de 1850. Elder introdujo mejoras en el motor compuesto que lo hicieron seguro y económico para los viajes transoceánicos por primera vez. ^{[ 40 ] [ 41 ]}

Para aprovechar al máximo sus beneficios, los motores marinos de doble expansión requerían presiones de caldera superiores al límite impuesto por la Junta de Comercio del Reino Unido , que solo permitía 25 libras por pulgada cuadrada (170 kPa) . El armador e ingeniero Alfred Holt logró obtener la autorización para presiones de caldera más altas, botando el SS Agamemnon en 1865, con calderas que funcionaban a 60 psi (410 kPa) . La combinación de presiones de caldera más altas y un motor de doble expansión produjo un aumento significativo en la eficiencia del combustible , lo que permitió a los barcos de vapor superar a los veleros en la ruta del Reino Unido a China, incluso antes de la apertura del Canal de Suez en 1869. ^{[ 42 ]}    

Un motor de triple expansión es un motor compuesto que expande el vapor en tres etapas, por ejemplo, un motor con tres cilindros a tres presiones diferentes. Un motor de cuádruple expansión expande el vapor en cuatro etapas. ^{[ 39 ]} Sin embargo, como se explicó anteriormente, el número de etapas de expansión define el motor, no el número de cilindros, por ejemplo, el RMS Titanic  tenía motores de triple expansión de cuatro cilindros. ^{[ 43 ]} El primer uso comercial exitoso fue un motor construido en Govan en Escocia por Alexander C. Kirk para el SS Aberdeen  en 1881. ^{[ 44 ]} Un experimento anterior con un motor casi idéntico en el SS Propontis en 1874 tuvo problemas con las calderas. La instalación inicial, que funcionaba a 150 psi (1000 kPa), tuvo que ser reemplazada por un diseño diferente que operaba a solo 90 psi (620 kPa) . Esto fue insuficiente para aprovechar plenamente los beneficios económicos de la triple expansión. El Aberdeen estaba equipado con dos calderas de acero tipo escocés de doble extremo , que funcionaban a 125 psi (860 kPa) . Estas calderas contaban con hornos corrugados patentados que superaban los problemas contrapuestos de transferencia de calor y resistencia suficiente para soportar la presión de la caldera. Esto proporcionó la solución técnica que garantizó que prácticamente todos los buques de vapor transoceánicos de nueva construcción estuvieran equipados con motores de triple expansión pocos años después de la entrada en servicio del Aberdeen . ^{[ 45 ] : 106–111}      

La fabricación de motores de expansión múltiple continuó hasta bien entrado el siglo XX. Los 2700 buques Liberty construidos por Estados Unidos durante la Segunda Guerra Mundial estaban propulsados ​​por motores de triple expansión, ya que la capacidad de Estados Unidos para fabricar turbinas de vapor marinas se destinaba por completo a la construcción de buques de guerra. El mayor fabricante de motores de triple expansión durante la guerra fue Joshua Hendy Iron Works . Hacia el final de la guerra, se fabricaron cada vez más buques Victory propulsados ​​por turbinas . ^{[ 46 ]}

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  Un motor de triple expansión Joshua Hendy
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  Vista superior de un motor de triple expansión en el remolcador oceánico Hércules de 1907.
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  Motor vertical de triple expansión de 140 toneladas ( también descrito como de 135 toneladas ), del tipo utilizado para propulsar los buques Liberty de la Segunda Guerra Mundial , ensamblado para pruebas antes de su entrega. El motor mide 6,4 metros de largo y 5,8 metros de alto, y fue diseñado para funcionar a 76 rpm e impulsar un buque Liberty a unos 11 nudos ( 20 km/h) .   

Un motor anular es un tipo inusual de motor que tiene un cilindro anular (en forma de anillo). ^{[ 47 ]} Algunos de los primeros motores compuestos del ingeniero pionero estadounidense James P. Allaire eran del tipo anular, con un cilindro más pequeño de alta presión colocado en el centro de un cilindro más grande en forma de anillo de baja presión. ^{[ 48 ]} Los motores de tronco eran otro tipo de motor anular. Un tercer tipo de motor marino anular utilizaba el mecanismo de conexión del motor siamés, pero en lugar de dos cilindros separados, tenía un solo cilindro de forma anular que envolvía el brazo vertical del cabezal (véase el diagrama en "Siamés" más arriba). ^{[ 49 ]}

Un motor simple es aquel que funciona con una sola expansión de vapor, independientemente del número de cilindros que tenga. Hasta mediados del siglo XIX, la mayoría de los barcos tenían motores de un solo cilindro, aunque algunos contaban con motores simples de varios cilindros o incluso con más de un motor.

Un motor de doble efecto es aquel en el que el vapor se aplica a ambos lados del pistón. Los primeros motores de vapor aplicaban el vapor en una sola dirección, permitiendo que el impulso o la gravedad devolvieran el pistón a su posición inicial, pero un motor de doble efecto utiliza el vapor para impulsar el pistón en ambas direcciones, aumentando así la velocidad de rotación y la potencia. ^{[ 50 ]} Al igual que el término «motor simple», el término «doble efecto» se encuentra con menos frecuencia en la literatura, ya que casi todos los motores marinos eran de este tipo.

Estos términos se refieren a la orientación del cilindro del motor. En un cilindro vertical, el pistón se mueve en el plano vertical, con la biela emergiendo de la parte superior del cilindro para hacer girar un cigüeñal situado encima. En un motor vertical invertido , el pistón también se mueve en el plano vertical, pero con la biela emergiendo de la parte inferior para hacer girar un cigüeñal situado debajo. En un tipo inclinado u horizontal, el cilindro y el pistón se encuentran en una posición inclinada u horizontal. Un cilindro inclinado invertido es un cilindro que funciona con una inclinación hacia abajo. Estos términos se utilizan generalmente junto con los tipos de motor mencionados anteriormente. Así, se puede tener un motor de cilindro horizontal, un motor compuesto inclinado, etc.

Los cilindros inclinados y horizontales podrían ser muy útiles en buques de guerra, ya que su orientación mantenía el perfil del motor lo más bajo posible y, por lo tanto, menos susceptible a daños. ^{[ 51 ]} También podrían utilizarse en buques de perfil bajo o para mantener el centro de gravedad de un buque más bajo. Además, los cilindros inclinados u horizontales tenían la ventaja de reducir la cantidad de vibración en comparación con un cilindro vertical.

Un motor con engranajes o "hélice con engranajes" hace girar la hélice a una velocidad diferente a la del motor. Los primeros motores de hélice marinos tenían engranajes ascendentes, es decir, la hélice giraba a una velocidad mayor que la del propio motor. ^{[ 52 ] [ 53 ]} A medida que los motores se volvieron más rápidos y potentes durante la última parte del siglo XIX, los engranajes se eliminaron casi universalmente y la hélice giraba a la misma velocidad que el motor. Esta disposición de transmisión directa es mecánicamente la más eficiente, y las máquinas de vapor alternativas son muy adecuadas para la velocidad de rotación más eficiente para las hélices.