Diseño e implementación del sistema del regulador de potencia de la máquina de vapor de la ETSIIM. Construcción de una maqueta mediante impresión en 3D

Abstract

La máquina de vapor que hoy se exhibe en la entrada de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales tiene una historia que merece ser contada. Son muchos los alumnos, profesores e incluso turistas que cada día se cruzan con la popularmente conocida como “La Máquina”. Su belleza y características especiales han propiciado que hoy nos refiramos a esta parte de la Escuela como “Sala de la Máquina”. Pero su ubicación privilegiada no garantiza que se conozca su pasado.
Este proyecto busca dar a conocer la historia y funcionamiento de esta gran obra de ingeniería y está orientado a alcanzar un objetivo último en un futuro próximo: conseguir el movimiento de La Máquina.
Para ello, es imprescindible dividir en partes la obra necesaria para alcanzar la meta. Este trabajo constituye la segunda de ellas, que continúa con la labor desarrollada en el proyecto anterior. En esa primera parte, se realizó un esfuerzo importante de investigación y se diseñaron mediante el software CATIA todas las piezas hoy presentes en La Máquina. Este diseño se realizó a través de mediciones manuales puesto que no fue posible encontrar ningún tipo de plano de la citada máquina.
El presente proyecto, continúa con la búsqueda de información a través de la comunicación con instituciones y asociaciones tanto públicas como privadas. Nuevamente no ha sido posible encontrar archivos en los que se recoja plano alguno de La Máquina. Durante semanas, se acude al Archivo Histórico Nacional en busca de esos planos y a pesar de no hallarlos, se encuentran algunas cartas en las que se informa sobre problemas en el funcionamiento de esta máquina, las cuales se incluyen en este trabajo.
Paralelamente a la tarea de investigación, también se realiza el diseño del regulador de potencia, más conocido como Regulador de Watt. Con el transcurso de los años, el sistema de barras que antaño proporcionaría su movimiento ha desaparecido. Hoy solo podemos apreciar la parte superior que soporta las dos masas esféricas que caracterizan el sistema. Sin embargo, para poder ponerlas en movimiento, es necesario un sistema de conexión con el resto de la máquina.
Para el diseño de este sistema de barras, al no disponer de planos, se realiza una tarea de investigación en el propio chasis de La Máquina. Se localizan marcas y evidencias que aportan pistas a la hora de realizar el diseño CAD. Con estas pistas localizadas y acudiendo a otros modelos de reguladores de la época similares, pero ninguno idéntico, se elabora un modelo funcional.
El sistema diseñado, no deja de ser una conjetura de cómo podría haber sido en realidad el regulador ideado por James Watt en el siglo XIX. Sin embargo, el objetivo no es replicar de manera exacta el modelo original, pues con la ausencia de planos se torna casi imposible, sino elaborar un modelo que permita regular la velocidad de La Máquina, función principal de este dispositivo.
Con el diseño creado, a partir de consideraciones geométricas, se realiza el cálculo del rango de velocidades en el cual actúa el regulador. Acudiendo a escritos sobre máquinas de vapor de la época y conociendo que la potencia de La Máquina es de 25 caballos, se calcula el número de revoluciones de su eje de potencia principal.
Estando en disposición de todas las piezas de La Máquina creadas en CAD, se inicia el proceso para conseguir el principal objetivo de este trabajo: la construcción de una maqueta a escala 1:10 mediante impresión 3D.
Para ello es necesaria una labor de reajuste de las dimensiones de muchas de las piezas, además del consiguiente escalado, para encajarlas todas en el mecanismo. Esta labor se realiza mediante el software SolidWorks, cuyas características y posibilidades se analizan.
Con las piezas modeladas y el sistema ensamblado, se procede a la impresión. Se hace uso del programa Simplify3D para la conversión de los modelos CAD en modelos inteligibles por la impresora TRONXY X5SA empleada. La maqueta no se imprime como un único bloque, sino que se imprimen las piezas una a una de forma que tengan un cierto juego entre ellas que permita el movimiento.
Tras ejecutar todos los pasos mencionados anteriormente, se llega al final de este proyecto, que no es otro que la obtención de la maqueta completa de la máquina de vapor de la ETSII.