Mecanismo de movimiento paralelo

En cinemática , el mecanismo de movimiento paralelo es un mecanismo mecánico de seis barras inventado por el ingeniero escocés James Watt en 1784 para la máquina de vapor de doble efecto Watt . Permite que una biela que se mueve prácticamente en línea recta hacia arriba y hacia abajo transmita movimiento a una viga que se mueve en un arco, sin ejercer una tensión lateral significativa sobre la biela.

En los motores anteriores construidos por Newcomen y Watt, el pistón tiraba de un extremo de la viga oscilante hacia abajo durante la carrera de potencia mediante una cadena , y el peso de la bomba tiraba del otro extremo de la viga hacia abajo durante la carrera de recuperación mediante una segunda cadena; estas fuerzas alternas producían el movimiento oscilante de la viga. En el nuevo motor de doble efecto de Watt, el pistón generaba potencia tanto en la carrera ascendente como en la descendente, por lo que no se podía utilizar una cadena para transmitir la fuerza a la viga. Watt diseñó el movimiento paralelo para transmitir fuerza en ambas direcciones manteniendo la biela del pistón prácticamente vertical. Lo denominó "movimiento paralelo" porque tanto el pistón como la biela de la bomba debían moverse verticalmente, paralelos entre sí.

En una carta a su hijo en 1808, donde describía cómo llegó al diseño, James Watt escribió: «Estoy más orgulloso del movimiento paralelo que de cualquier otro invento que haya hecho». ^{[ 1 ]} El boceto que incluyó muestra lo que ahora se conoce como el mecanismo de Watt , descrito en la patente de Watt de 1784, pero que fue reemplazado inmediatamente por el movimiento paralelo. ^{[ 2 ]}

El movimiento paralelo se diferenciaba del mecanismo de Watt por incorporar un mecanismo de pantógrafo adicional en su diseño. Esto no afectaba el principio fundamental, pero permitía que la sala de máquinas fuera más pequeña debido a que el mecanismo era más compacto. ^{[ 2 ]}

El pistón del motor de Newcomen era impulsado hacia abajo por la presión atmosférica. El dispositivo de Watt permitió utilizar vapor vivo para realizar trabajo directo en ambos lados del pistón, duplicando prácticamente la potencia y distribuyéndola de manera más uniforme a lo largo del ciclo, lo cual representa una ventaja al convertir el movimiento alternativo en movimiento rotatorio (ya sea mediante una manivela o un sistema de engranajes planetarios y solares ).

Consulte el diagrama de la derecha. A es el cojinete de la viga oscilante KAC , que se mueve verticalmente alrededor de A. H es el pistón, que debe moverse verticalmente pero no horizontalmente. El núcleo del diseño es el mecanismo de cuatro barras formado por AB, BE y EG, y la biela base es AG, ambas articulaciones en el bastidor del motor. A medida que la viga oscila , el punto F ( que se dibuja para facilitar esta explicación, pero no es un punto marcado en la máquina) describe un ocho alargado (más precisamente, una lemniscata de Bernoulli ) en el aire. Dado que el movimiento de la viga oscilante está restringido a un ángulo pequeño, F describe solo una sección corta del ocho, que es bastante cercana a una línea recta vertical. El ocho es simétrico siempre que los brazos AB y EG tengan la misma longitud, y es más recto cuando la relación de BF a FE coincide con la de AB a EG . Si la longitud de carrera (es decir, el recorrido máximo de F ) es S , entonces la sección recta es más larga cuando BE es alrededor ^de ⅔ S y AB es 1,5 S. ^{[ 3} ]

Hubiera sido posible conectar F directamente al vástago del pistón (el diseño de "mecanismo de Watt"), pero esto habría dado como resultado una forma incómoda para la máquina, con G muy lejos del extremo de la viga oscilante. Para evitarlo, Watt añadió el mecanismo de paralelogramo ▱BCDE para formar un pantógrafo . Esto garantiza que F siempre se encuentre en línea recta entre A y D , y por lo tanto, que el movimiento de D sea una versión amplificada del movimiento de F. Por consiguiente, D es el punto al que se une el vástago del pistón DH . La adición del pantógrafo acortó el mecanismo y, por lo tanto , el edificio que contenía la máquina pudo ser más pequeño.

Como ya se ha señalado, 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 con respecto a una línea recta. Posteriormente, en el siglo XIX, se inventaron mecanismos de articulación perfectamente rectilínea, comenzando con el mecanismo Peaucellier-Lipkin de 1864.

• Pantógrafo , parte de lo que utiliza el mecanismo de movimiento paralelo.
• Mecanismo de línea recta
• El mecanismo de Watt , la base del funcionamiento del mecanismo de movimiento paralelo.

General

• Artículo sobre enlaces en la Encyclopædia Britannica, 1958.
• Artículo sobre el movimiento paralelo en la Encyclopædia Britannica, 1911.
• Robert Stuart, Historia descriptiva de la máquina de vapor , Londres, J. Knight y H. Lacey, 1824.

• ¿Qué tan redondo es tu círculo? (Bryant y Sangwin, 2008) contiene un capítulo sobre el mecanismo de movimiento paralelo de James Watt.