Motor de disco nutante

En la década de 1820, los propietarios de molinos Edward y James Dakeyne de Darley Dale , Derbyshire , diseñaron y construyeron un motor hidráulico (un motor de agua ) conocido como "El León Travieso", basado en los mismos principios, para aprovechar el agua a alta presión disponible cerca de su molino. Poco se sabe de su motor, aparte de la descripción algo imprecisa que acompañaba a la patente, que se concedió en 1830. Sus principales piezas fundidas se fabricaron en la fundición de Morley Park, cerca de Heage , y pesaba 7 toneladas y generaba 35 caballos de fuerza a una altura de 96 pies de agua. Frank Nixon, en su libro "La arqueología industrial de Derbyshire" (1969), comentó que "la característica más llamativa de esta ingeniosa máquina es quizás la dificultad que experimentan quienes intentan describirla; los titulares de la patente y Stephen Glover solo lograron producir descripciones de una incomprensibilidad monumental". ^{[ 11 ]}

Se construyó un modelo de mayor tamaño para drenar las minas de plomo de Alport , cerca de Youlgreave , y posteriormente otras personas construyeron muchas versiones a vapor.

Los primeros en desarrollar máquinas de vapor de disco basadas en el diseño de los Dakeyne fueron George Davies y Henry Taylor, quienes patentaron su máquina en 1836. Esta incorporaba válvulas para controlar la entrada de vapor y se diferenciaba de la versión de los Dakeyne en que el eje de la máquina era horizontal y la carcasa giraba alrededor del disco, al contrario que en el diseño original. Durante los siguientes ocho años se registraron más patentes, principalmente para introducir mecanismos de expansión y mejorar el sellado de la máquina.

En 1836, Davies y Taylor cedieron los derechos de fabricación del motor a Fardon y Gossage, propietarios de una salina. Al mismo tiempo, Davies trabajaba en un remolcador de canal con un motor de disco que accionaba una rueda de paletas en la popa. Para 1838, un  motor de 5 CV ya se utilizaba en la salina para bombear salmuera.

En 1839, Davies, Taylor, Fardon y Gossage cedieron los derechos de fabricación del motor a la compañía Birmingham Patent Disc Engine. Como superintendente de la compañía, Henry Davies era responsable de todo el diseño y la fabricación, mientras que Gossage era director. En febrero de 1841, la junta directiva informó que se habían completado 26 motores, que otros motores con una potencia total de 260 caballos de fuerza estaban en proceso y que había un total de 500 caballos de fuerza encargados. Podían fabricar motores de entre 5 y 30 caballos de fuerza y ​​en ese momento estaban fabricando motores para un vagón de ferrocarril. Un artículo en una revista francesa de 1841 informaba que un  motor de 12 hp había estado en uso durante seis meses como máquina de extracción en la mina Corbyn's Hall, Dudley , que podía levantar una carga de 1 tonelada a 180  pies en 1 minuto. Los motores de disco costaban desde 96 libras esterlinas para una  máquina de 8 hp hasta 300 libras esterlinas para un  modelo de 30 hp.

La empresa Ransomes de Ipswich (que más tarde se convertiría en la conocida firma de ingenieros agrícolas Ransomes y Sims ) exhibió una máquina de vapor portátil en la Exposición Real de Liverpool de 1841, impulsada por un  motor de disco BPDE de 5 CV.

Hacia 1840, una barcaza, llamada The Experiment , propulsada por un motor Davies, se utilizaba para probar hélices, y en 1842 Davies instaló un motor y una bomba de disco en una barcaza de canal, demostrando su funcionamiento al vaciar media milla del canal de Stourbridge . Ese mismo año,  se instaló un motor de 5 hp en una de las pinazas del HMS Geyser . Sin embargo, las pruebas realizadas en el Támesis y para los directores del canal Grand Junction no lograron convencer ni al Almirantazgo ni a los propietarios del canal.

Sin embargo, había un creciente interés en utilizar la energía de vapor en los canales, y la pequeña manga de las barcazas favorecía enormemente los motores de disco. Davies vio su oportunidad y construyó un remolcador de canal con casco de hierro y un  motor BPDE de 16 hp en 1843. Para minimizar la estela, instaló cuatro hélices espaciadas a lo largo de un eje que abarcaba toda la longitud de la barcaza y que estaban encerradas en un tubo bajo la línea de flotación. Había dos de estas unidades de propulsión una al lado de la otra, para un total de ocho hélices. Funcionó lo suficientemente bien como para convencer a los directores del Canal de la Unión de Birmingham y Liverpool de que encargaran seis remolcadores que podían remolcar hasta dieciséis barcazas al día a una velocidad razonable. En funcionamiento, un tren de seis a ocho barcazas salía diariamente de Ellesmere Port y Wolverhampton, transportando un promedio de 100 toneladas. Desafortunadamente, nadie había considerado cómo el tren de barcazas iba a transitar por las esclusas y los bajíos del canal. Cada obstáculo obligaba a desacoplar el tren y a mover las barcazas individualmente, ya sea manualmente o a caballo, para que el tren pudiera volver a unirse al otro lado. Esto anulaba las ventajas del remolcador y el tren, y en 1845 los directores del canal retiraron los remolcadores del servicio.

En 1844, la BPDE quebró. ^{[ 12 ]} El equipo del taller, varios motores terminados y cantidades de trabajo en curso se ofrecieron a la venta. Durante los procedimientos legales de 1851, tras la quiebra de dos de los principales inversores de la BPDE, se dijo que el motor de disco no había generado ganancias y que haber confiado en él como un activo realizable "era absurdo".

Un competidor de Davies y Taylor fue el ex maquinista George Daniell Bishopp , quien encargó a Donkin & Co la construcción de su primera locomotora en 1840, y obtuvo una patente en 1845. Los socios Barnard William Farey y Bryan Donkin Jr. patentaron mejoras al diseño básico; Donkin había trabajado con Bishopp en su locomotora original, mientras que Farey era empleado de Donkins.

El motor de Bishopp recibió cierto escepticismo por parte de la prensa especializada cuando se lanzó al mercado. Sin embargo, Bishopp había optado por retomar el diseño original de Dakeynes, que contaba con una horquilla que absorbía la mayor parte de las fuerzas dinámicas y reducía considerablemente la carga sobre los cojinetes y las juntas. En caso de fugas, las juntas eran ajustables. Además, Bishopp encargó la fabricación de sus motores a empresas con reconocida capacidad de ingeniería, en lugar de fabricarlos él mismo; además de los de Donkin, algunos de sus primeros motores fueron construidos por Joseph Whitworth & Co. de Manchester. Otra empresa de ingeniería con una excelente reputación fue G. Rennie and Son de Londres, quienes estaban tan convencidos del potencial del motor que en 1849 contrataron a Bishopp como jefe de taller, con responsabilidad específica sobre el motor de disco.

En 1849 ya se habían vendido varios motores Bishopp, uno de los cuales se utilizó con gran éxito para accionar las imprentas del periódico Times , mientras que otro, fabricado por G. Rennie and Son, se empleó para propulsar la cañonera de hierro HMS Minx . El motor del Times había sido construido por Whitworth y se exhibió en la Gran Exposición de 1851, donde funcionó con suavidad y silencio, impresionando a todos los que lo vieron.

En 1853  se compró a Rennie un motor de disco de 13 pulgadas de diámetro para propulsar una  cañonera rusa de 55 pies, lo que hizo a una velocidad de 7 nudos (13 km/h; 8,1 mph) . ^{[ 13 ]}  

En ese momento, las ventajas del motor de disco fueron enumeradas en 1855 por The Mechanics' Magazine como: ^{[ 13 ]}

• Pesaba hasta la mitad que una máquina de vapor convencional de potencia equivalente.
• Tenía las ventajas de las máquinas de vapor rotativas sin sus inconvenientes.
• Fue más económico en términos de combustible: hasta un 18%.
• Era capaz de alcanzar mayores revoluciones por minuto sin necesidad de engranajes.
• Era apto para uso a alta presión.

Las máquinas de discos acabaron cayendo en desuso debido a la competencia de las modernas máquinas de vapor de alta velocidad, que eran pequeñas y ligeras y ofrecían características como la combustión compuesta. Además, las máquinas convencionales no requerían la misma precisión de fabricación que las de discos y las fugas de vapor no suponían un problema.

El medidor de disco nutante, que utiliza la misma geometría y concepto que el motor original de Dakeyne, ^{[ 14 ] [ 15 ]} es probablemente el medidor de flujo más utilizado en el mundo, y se afirma que más de la mitad de los medidores de agua instalados en viviendas en los EE. UU. y Europa son de este tipo. Utilizado durante 150 años, es esencialmente un motor de disco Dakeyne y fue desarrollado muy probablemente por Farey y Donkin, quienes mencionaron un "medidor de fluidos" en su patente de motor de disco de 1850, otorgada en 1850. Para 1859, eran fabricados por la Buffalo Meter Company de Buffalo, Nueva York .