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COMO CONSTRUIR UNA TURBINA TESLA |
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| He aquí un gran motor que se ha relegado al olvido:
La turbina Tesla. Constituye un trabajo muy sencillo para el modelista,
pues no requiere tolerancias. Y funciona con aire o vapor |
| Por Walter E. Burton |
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| Click en la imagen para ver más grande y claro |
PARECE PERSEGUIRNOS el fantasma de Nikola Tesla.
El año pasado describimos aquí cómo construir un modelo
de la bobina de alta frecuencia de ese gran inventor (septiembre de 1964).
Ahora he aquí su famosa turbina de vapor, la cual siempre se menciona,
aunque rara vez puede verse. Estos dos modelos tienen varias cosas en común:
A pesar de que son para fines de diversión y experimentación,
están basados en originales que (1) fueron construidos por razones
prácticas; (2) introdujeron principios revolucionarios; y (3) nunca
se produjeron para fines comerciales.
La vista seccional a la izquierda muestra cómo funcionó en
realidad un prototipo, construido para una compañía de fuerza
eléctrica. Tenía 25 discos con un espesor de 0.8 milímetros
y, a pesar de que apenas medía 61 x 91 centímetros y que tenía
una altura de sólo 61 centímetros, logró producir una
potencia de 200 caballos a una velocidad de 16,000 rpm con un chorro de
vapor a una presión de 8.8 kilogramos por centímetro cuadrado.
La trayectoria espiral del vapor llegó a ser de casi 5 metros, y
la presión del vapor de escape alcanzó apenas 0.07 kilogramo
por centímetro cuadrado-prueba de la extraordinaria eficiencia de
la turbina. |
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La otra característica que
dio origen a un revuelo en aquel entonces (antes de la Primera Guerra Mundial)
fue la facilidad con que el motor podía invertirse. Simplemente se
hacía fluir el vapor a una tobera en el lado opuesto del eje del
rotor. Las turbinas de norma en aquellos tiempos sólo se podían
invertir mediante un complicado y engorroso procedimiento.
La turbina de Tesla nunca llegó a producirse comercialmente. Es posible
que fuera demasiado adelantada para sus tiempos. Ahora están corriendo
rumores de que ha vuelto a nacer el interés en ella; el Departamento
de Marina, por ejemplo, de los Estados Unidos la está sometiendo
a serias consideraciones. Es posible que todavía se convierta en
una importante unidad de fuerza; posiblemente en relación con las
plantas atómicas de vapor.
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| La manera en que funciona la turbina se muestra en este esquema
basado en informes de ingeniería de 1911 sobre el motor que Tesla
construyó para una compañía de fuerza eléctrica
de Nueva York. Cuando el vapor proveniente de la tobera a la derecha describe
una trayectoria espiral entre los discos, éstos comienzan a girar |
| El principio de funcionamiento que estimuló
todo este interés en 1911 puede demostrarse en nuestro modelo. El
rotor Tesla consiste en discos montados en posición paralela sobre
un eje y espaciados entre sí a una distancia equivalente a su espesor
o ligeramente mayor. En la turbina de Tesla, estos discos eran de acero
endurecido; pero como usted hará funcionar el modelo con presiones
pequeñas solamente, puede utilizar aluminio, el cual es fácil
de labrar. |
Un chorro de aire (o vapor) aplicado
contra el borde de este conjunto de rotor describe una trayectoria espiral
por los espacios entre los discos, a fin de encontrar las lumbreras de escape
en el centro. El arrastre del gas contra las superficies de los discos hace
que todo el rotor gire.
Nuestro modelo de 35 onzas (922.25 g) de peso y 3 1/2" (8.89 cm) de
altura se halla montado sobre una plataforma de madera terciada de 3/4"
(19.05 mm) que mide 5 x 8" (1.27 x 20.32 cm). Si va a funcionar con
aire, puede construir la turbina de casi cualquier metal, utilizando una
lata vacía para la caja (C) y acero laminado en frío para
el eje (S). Pero si proyecta utilizar vapor, la caja debe ser de aluminio
y el eje de acero inoxidable. Todo el labrado para un modelo de este tamaño
se puede realizar con una herramienta para trabajos de metal, tal como la
Unimat que se muestra en las fotos acompañantes.
La caja cilíndrica para nuestro modelo se cortó de un viejo
extinguidor de fuego hecho de latón. Si el cilindro que escoge usted
tiene un tamaño excesivo y tiene que quitarle un segmento -o si tiene
usted que construir un cilindro de lámina plana-una los extremos
con una tira de metal remachada a través de la junta y sellada con
soldadura. Si construye usted la caja de aluminio, el armado se puede efectuar
mediante soportes remachados, en vez de soldadura. De todos modos, conviene
que una de las placas de extremo pueda desmontarse, a fin de poder ajustar
el rotor más adelante.
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| El eje se labra en tres pasos. En la foto de arriba, la varilla
de 3/8" ya se ha torneado en un extremo para luego invertirse por completo
con objeto de tornear el otro extremo; el extremo derecho del centro de
espesor mayor se rosca después. Foto abajo, se cortan círculos
en una cortadora de los discos de aluminio del rotor |
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| Los extremos de la caja (izquierda) y los discos del rotor
(derecha) se rectifican al diámetro exacto con una fresa partidora.
N átese que el diámetro exterior mayor de los extremo exige
pivotar el cabezal para dejar el claro necesario. Los bordes de los discos
se redondean con una lima plana y luego se pulen con tela abrasiva de grano
fino. A pesar de que los extremos pueden montarse en el mandril, el agujero
central de los discos es demasiado pequeño; por lo tanto, es necesario
hacer un árbol de soporte (centro) con el extremo roscado para dar
cabida a un perno |
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| Las lumbreras de escape (izquierda) se perforan can una broca
de 1/4", luego se escarían a un diámetro de 3/8".
Una sencilla guía ubica todos los agujeros a la misma distancia del
centro (el espaciamiento de 120 grados no es crítico). Las ranuras
para el chorro de aire se cortaron (centro) perforando una serie de agujeros
con una broca de guía y luego utilizando la broca como fresadora
para eliminar el metal entre los agujeros. Nótese la abrazadera de
ángulo de hierro para asegurar la caja. A la derecha, puede verse
cómo se labran tapas de cojinetes de varillas de latón |
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El conjunto de la tobera se monta en la base
con una abrazadera en forma de U. Consiste en (foto abajo) un tubo sobre
el cual se desliza el tubo de caucho del suministro de aire; una T para
el tubo de cobre que se suelda a un par de grifos; y las toberas que se
sueldan en otros codos de tubo. Las ranuras para las toberas en las cajas
de aire y la del motor se liman a ancho suficiente para dar cabida a la
unidad de éstas |
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La caja se suspende entre dos montantes (parte U) que también
sostienen los cojinetes del rotor. Los montantes deben hacerse de material
bastante rígido, tal como latón de calibre 18 (0.0403").
Se utilizan cuatro cortos tornillos de 2-56 para fijar cada montante a la
placa de extremo. En nuestro modelo, estas piezas se han pulido con una
varilla de caucho abrasivo asegurada en un taladro de banco. La canal entre
el montante y la placa permite la salida del escape.
Se utilizaron cojinetes de bolas Fafnir No. 33K5 en el modelo que se muestra;
estos cojinetes tienen un diámetro exterior de 1/2" (1.27 cm),
un ancho de 5/32" (3.97 mm) y una perforación de 3/16"
(4.76 mm). Si no hay disponibles cojinetes similares, tendrá usted
que alterar las dimensiones afectadas-o labrar cojinetes de buje de tipo
sólido, empleando varilla de bronce de 3/4" (19.05 mm) para
cojinetes.
Sea cual sea el tipo de cojinetes que escoja usted, fíjelos a los
montantes con un par de tornillos de 2-56 introducidos a través de
un aro de retén y dentro de agujeros roscados en los montantes. Las
arandelas de presión en el interior evitan que los tornillos se aflojen
a causa de las vibraciones. Note en la vista seccional de la página
72 que los aros de retención se hallan rebajados para dar cabida
a las tapas de los cojinetes, pero que no se hallan ajustados apretadamente
contra los montantes.
La ubicación de los cojinetes en relación con el eje del rotor
se muestra en la foto inferior derecha de la página 75. Después
de montar los cojinetes en los montantes (centrados sobre los agujeros de
5/16" (7.94 mm) , coloque el rotor en la caja, tal como se muestra,
instale en su lugar la placa de extremo que se ha quitado y suspenda el
eje entre los cojinetes para ubicar los agujeros de montaje en las placas
de extremo. Si el eje no gira libremente cuando se termina el armado, cambie
la alineación de los cojinetes, aflojando o apretando los tornillos
del aro de retención o insertando cuñas entre los montantes
y las placas de extremo.
Recuerde también que los discos y arandelas deben ser planos; una
manera de aplanarlos consiste en insertar cada uno de ellos entre placas
de acero, antes del armado, y golpear la placa superior con un martillo.
Las cajas de aire que se muestran arriba se hicieron de tubo de latón
de 1/8" (3.17 mm) para lámparas eléctricas. El extremo
se amuescó, se martilló hacia adentro para formar una cúpula
cerrada y luego se selló con soldadura. Puede usted ahorrarse este
paso si encuentra trozos de tubo de 2" (5.08 cm) con un extremo cerrado.
La lumbrera de descarga debe consistir en una ranura con un largo de aproximadamente
l 1/8" (2.86 cm) y un ancho de 1/32" (0,75 mm) -o puede ser una
serie de agujeros de 1/32" espaciados a corta distancia entre sí.
A continuación, sobre cada lumbrera de descarga suelde una tobera
que se forma atornillando y soldando placas entre sí con cuñas
para formar una ranura, tal como se muestra en el esquema. |
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Las ranuras en la caja (C) que dan
cabida a estas toberas se deben cortar después de terminar el armado
de las toberas. Se hallan ubicadas en las posiciones de las 10 y las 2 horas
(imagine Que las placas de extremo son esferas de reloj). La dirección
de la rotación depende de la tobera que se halla conectada, por lo
que se sueldan grifos en las líneas de suministro. Para simplificar
la unidad, puede usted construir una sola tobera para un funcionamiento
en una sola dirección. Esta se puede soldar directamente a la ranura
de la caja.
Este modelo no es para funcionar a altas velocidades con aire o vapor a
alta presión. Al someterse a tales tensiones se producirían
problemas con la resistencia de los discos del rotor y de otras piezas.
Pero el modelo que se muestra ha funcionado eficientemente durante meses
enteros al conectarse directamente a un compresor de aire de 1/4 caballo
de fuerza; a una presión comparable, funcionará de manera
similar con vapor. |
| Es fácil doblar los montantes si se tienen bloques
de acero de tamaño adecuado. Antes de doblarlos, se perforan agujeros
para fijarlos a la base ya la caja y para montar los cojinetes |
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| El rotor se centra en la caja con cuñas de cartón
y luego se colocan los montantes, con los cojinetes ya montados, contra
las piezas de extremo y se les marcan los agujeros de montaje |
| LISTA DE MATERIALES |
| PIEZA |
CLAVE |
CANTIDAD |
DESCRIPCION |
| Montantes |
U |
2* |
Latón de calibre 18, de 2 7/8" x 3" |
| Caja |
C |
1* |
Cilindro de 2 3/4" D.I. x 1 3/4"; o latón
de calibre 18 de 1 3/4" x 8 3/4" para formar cilindro |
| Extremos de caja |
E |
2* |
Latón de calibre 18, de 3" x 3" |
| Aro de soldadura; abrazadera de fleje de "te" de
aire |
|
1 |
Latón de calibre 18, de 1/4" X 12" para
los dos |
| Eje |
S |
1 |
Varilla de acero laminado en frío de 3/8" x 4"
(o una aleacion de acero inoxidable) |
| Discos de rotor |
D |
18** |
Discos de aluminio de calibre 18, diámetro de 2 1/2" |
| Arandelas de rotor |
W |
20** |
Discos de aluminio de calibre 18, D.E. de 1/2" |
| Tuerca |
|
1 |
Hexagonal, de latón 1/4"-28 |
| Tapas de cojinetes |
BC |
2 |
Varilla de latón de 3/4" con longitud de 1"
para los dos |
| Aro de retención de cojinete |
R |
2 |
Discos de latón de calibre 18 (o más grueso)
con D.E. de 1 1/8" |
| Cojinetes de bolas |
BB |
2 |
Fafnir 33K5 o equivalente |
| Remaches |
|
12 |
Pasadores pequeños de latón para placas o equivalentes |
| Tornillos |
|
8
6 |
Tornillos de máq. de latón, con cabeza red.
de 2-56 x 1/4"; cuatro tuercas correspondientes No. 3 x 1/2 para tornillos
de madera de cabeza redonda |
| Mangas |
T-1 |
4 |
Tubo de cobre con D.E. de 1/4", escariado con broca
espiral No. 12 |
|
| Cajas de aire |
|
2 |
Tubo de latón 1/8", longitud de 4 1/4" |
| Placas de toberas de aire |
|
4* |
Pieza de latón de calibre 18 de aproximadamente 1
1/2" X 1 1/2" |
| Arandelas espaciadoras |
|
4 |
Material de bronce para cuñas de 0.003" x 1/4"
x 1" |
| Tubo |
|
14" |
Cobre de 1/4" |
| Te |
|
1 |
Para dar cabida a tubo anterior; o haga una "T"
o "Y" soldando piezas de tubo entre sí |
| Grifos |
|
2 |
Pequeños, de latón, tal como se muestra en
las fotos |
| Mangas para unir grifos y tubo |
|
|
Tubo de cobre de aproximadamente 3/4" con D.I. de 1/4" |
| Base |
|
1 |
Madera natural o madera terciada de 3/4" x 5" x
8" |
| |
|
2 |
Bloques de madera de 1/2" x 1/2" x 2 1/2" |
| olea pequeña de latón o aluminio |
|
1 |
Perforación de 3/16" |
|
| Notas: |
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| * Tamaño total de lámina de latón
para piezas C, E, U, etc.: 5 1/2" x 12" |
| **Tamaño total de lámina de aluminio
para discos, arandelas: 11 1/2" x 14" |
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| Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen
37 - Diciembre 1965 - Número 6 |
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