Movimiento paralelo - Parallel motion
El movimiento paralelo es un enlace mecánico inventado por el ingeniero escocés James Watt en 1784 para la máquina de vapor Watt de doble efecto . Permite que una barra se mueva prácticamente hacia arriba y hacia abajo para transmitir el movimiento a una viga que se mueve en un arco, sin ejercer una tensión lateral significativa sobre la barra.
Descripción
En motores anteriores construidos por Newcomen y Watt, el pistón tiraba de un extremo de la viga móvil hacia abajo durante la carrera de potencia usando una cadena , y el peso de la bomba tiraba del otro extremo de la viga hacia abajo durante la carrera de recuperación usando una segunda cadena, las fuerzas alternas que producen el movimiento oscilante de la viga. En el nuevo motor de doble acción de Watt, el pistón producía potencia tanto en los movimientos ascendentes como descendentes, por lo que no se podía usar una cadena para transmitir la fuerza a la viga. Watt diseñó el movimiento paralelo para transmitir la fuerza en ambas direcciones manteniendo el vástago del pistón muy cerca de la vertical. Lo llamó "movimiento paralelo" porque se requería que tanto el pistón como la varilla de la bomba se movieran verticalmente, paralelos entre sí.
En una carta a su hijo en 1808 describiendo cómo llegó al diseño, James Watt escribió: "Estoy más orgulloso del movimiento paralelo que de cualquier otro invento que haya hecho". El boceto que incluyó en realidad muestra lo que ahora se conoce como enlace de Watt, que era un enlace descrito en la patente de Watt de 1784, pero fue inmediatamente reemplazado por el movimiento paralelo.
El movimiento paralelo se diferenciaba del varillaje de Watt por tener un varillaje de pantógrafo adicional incorporado en el diseño. Esto no afectó el principio fundamental, pero permitió que la sala de máquinas fuera más pequeña porque el enlace era más compacto.
El pistón del motor Newcomen fue impulsado hacia abajo por la presión atmosférica y elevado por vapor vivo. El dispositivo de Watt permitió que se utilizara vapor vivo para trabajo directo en ambos lados del pistón, casi duplicando la potencia y también entregando la potencia de manera más uniforme a lo largo del ciclo, una ventaja al convertir el movimiento alternativo en movimiento giratorio (ya sea a través de una manivela oa través de un sistema de engranajes planetarios y solares ).
Principio de funcionamiento
Vea el diagrama de la derecha. Una es la revista (cojinete) del balancín KAC , que se balancea hacia arriba y hacia abajo sobre una . H es el pistón, que debe moverse verticalmente pero no horizontalmente. El corazón del diseño es el varillaje de cuatro barras que consta de AB , BE y EG y el eslabón base es AG , ambas uniones en la estructura del motor. A medida que la viga se balancea, el punto F (que se dibuja para ayudar a esta explicación, pero no es un punto marcado en la máquina en sí) describe una figura de ocho alargada (más precisamente, una lemniscata de Bernoulli ) en el aire. Dado que el movimiento del rayo móvil está restringido a un ángulo pequeño, F describe solo una pequeña sección de la figura de ocho, que está bastante cerca de una línea recta vertical. La figura de ocho es simétrica siempre que los brazos AB y EG tengan la misma longitud, y más recta cuando la relación de BF a FE coincide con la de AB a EG . Si la longitud de la carrera (es decir, la carrera máxima de F ) es S , entonces la sección recta es más largo cuando BE es de alrededor de 2/3 S y AB es 1,5 S .
Habría sido posible conectar F directamente al vástago del pistón (el diseño de "varillaje de Watt"), pero esto habría hecho que la máquina tuviera una forma incómoda, con G muy lejos del extremo de la viga móvil. Para evitar esto, Watt agregó el enlace de paralelogramo BCDE para formar un pantógrafo . Esto garantiza que F siempre se encuentra en una línea recta entre A y D , y por lo tanto que el movimiento de D es una versión ampliada del movimiento de F . Por tanto, D es el punto en el que se fija el vástago DH . La adición del pantógrafo también acortó el mecanismo y, por lo tanto, el edificio que contiene el motor podría ser más pequeño.
Como ya se señaló, la trayectoria de F no es una línea recta perfecta, sino simplemente una aproximación. El diseño de Watt produjo una desviación de aproximadamente una parte en 4000 de una línea recta. Más tarde, en el siglo XIX, se inventaron los vínculos perfectos en línea recta, comenzando con el vínculo Peaucellier-Lipkin de 1864.
Ver también
- Enlace de Watt
- Enlace Peaucellier-Lipkin
- Enlace Sarrus : un movimiento paralelo exacto en tres dimensiones
Referencias
- General
- Artículo Linkages en Encyclopædia Britannica, 1958.
- Artículo de movimiento paralelo en Encyclopædia Britannica, 1911.
- Robert Stuart, Una historia descriptiva de la máquina de vapor , Londres, J. Knight y H. Lacey, 1824.
Otras lecturas
- ¿Qué tan redondo es tu círculo? (Bryant y Sangwin, 2008) contiene un capítulo sobre el mecanismo de movimiento paralelo de James Watt