Ciencias de la Ingeniería

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PP-7-CI La ciencia en la locomotora de vapor.

Asesor: ROSALIA ORNELAS ENRÍQUEZ

Autor: Angel Alexix Guarneros Perez

Resumen

En este proyecto podrán encontrar como es que funciona una máquina de vapor.
También hablaremos de que partes está conformada una máquina de vapor.
La máquina de vapor, se sabe que fue el motor inicial de la Revolución Industrial.

La locomotora de vapor es un tipo de locomotora impulsada por la acción del vapor de agua. Las locomotoras de vapor fueron la forma dominante de tracción en los ferrocarriles hasta que a mediados del siglo XX fueron reemplazadas por las locomotoras diésel y eléctricas.

Los primeros ferrocarriles empleaban caballerías para arrastrar carros sobre rieles. Cuando se desarrollaron las máquinas de vapor, se trató de aplicarlas al ferrocarril. Los primeros intentos tuvieron lugar en Gran Bretaña; así, por ejemplo, Richard construyó una locomotora en 1804, 22 años antes de la máquina de George Stephenson.

A través del invento de la máquina de vapor se inició una transición que acabaría con siglos de una mano de obra basada en el trabajo manual y el uso de la tracción animal, siendo estos sustituidos por maquinaria para la fabricación industrial y para el transporte de mercancías y pasajeros, la introducción de la máquina de vapor de Watt, fue el paso definitivo para el éxito de la revolución industrial, pues su uso significó un aumento espectacular en la capacidad de producción.

Pregunta de Investigación

¿Cuál es el funcionamiento y mecanismo de las máquinas de vapor? ¿Cuándo existieron las primeras locomotoras de vapor, actualmente siguen funcionado?

Planteamiento del Problema

Las máquinas de vapor tuvieron gran importancia a lo largo del siglo XVII en los sectores tecnológicos, económicos y sociales ayudaron en las actividades pesadas que se realizaban en las minas y fueron útiles al sustituir a los medios de transporte como lo eran el animal de tiro y el caballo lo cual permitió a las personas poder llegar a las personas más lejos en un menor lapso de tiempo.

Después de la invención de la máquina de vapor se identificó el problema de las pérdidas debido al propio cilindro, a la práctica de enfriar el vapor para lograr el vacío necesario para mover la máquina y a la presión residual del vapor. En sus experimentos posteriores, verdaderos trabajos científicos, llegó a la conclusión de que el cilindro debía mantenerse a la misma.

Como el vapor es un cuerpo elástico se precipitará en el vacío, y, si se comunicara el cilindro con un depósito exhausto, se precipitaría en su interior donde podría condensarse sin enfriar el cilindro. John Roebuck accedió a financiar sus experimentos de Watt, así como de la explotación comercial de la máquina. En 1768 Watt construyo un modelo que operaba de manera satisfactoria.

Antecedentes

Los primeros ferrocarriles empleaban caballerías para arrastrar carros sobre rieles. Cuando se desarrollaron las máquinas de vapor, se trató de aplicarlas al ferrocarril, los primeros intentos tuvieron lugar en Gran Bretaña.

En 1804 Richard construyó una locomotora que tenía un solo cilindro, disponía de un volante de inercia y la transmisión de fuerza a las ruedas se realizaba por engranajes.

La locomotora de Richard no fue incorporada al ferrocarril debido a que los raíles de hierro fundido no soportaron el peso de la máquina y se dañaron en los tres viajes de prueba realizados entre las minas. Se continuó utilizando la fuerza animal para el arrastre de los vagones, hasta que la escasez de caballos y sus altos costos a consecuencia de las guerras napoleónicas obligó a volver la mirada otra vez hacia las locomotoras.

En 1811 Jhon patentó el sistema de cremallera para locomotora. Finalmente, en 1812 Watt diseñó y construyó la locomotora Salamanca en los talleres Feton, Murray and Wood.

La locomotora disponía por primera vez de dos cilindros y montaba el sistema de cremallera patentado por John solucionando el problema de peso de la máquina.

En 1826 se inició la construcción de la primera línea férrea del mundo entre dos ciudades: el Ferrocarril de Liverpool y Manchester. El proyecto de la línea se le encargó a George ya que tenía experiencia en el diseño de ferrocarriles de minas.

En 1829 todavía no se había decidido el tipo de tracción de los vagones. Las locomotoras empleadas en las minas eran lentas y poco fiables, con frecuentes explosiones. Esa fue la razón de que inicialmente se propusiera el proyecto de disponer de 30 máquinas fijas repartidas a lo largo del recorrido, una por cada kilómetro, que por medio de sogas arrastrarían los vagones.

El 6 de octubre de 1829 finalmente existió la primera locomotora moderna de vapor que introdujo varias innovaciones, que luego fueron empleadas en casi todas las locomotoras construidas desde entonces. La cual empleaba una caldera multitubular, mucho más eficaz para transferir el calor de los gases de la combustión al agua.

Objetivo

Aprender que es una locomotora de vapor, sus antecedentes y como se utilizan en la actualidad. Además, su funcionamiento interno de las locomotoras para poder explicar y compartir con los demás todo lo investigado.

Justificación

Decidí realizar la investigación del funcionamiento de la locomotora de vapor igual que su historia ya que se me hace muy interesante imaginar cómo eran utilizadas en el pasado realizando trabajo dentro de las minas y que hace que estas máquinas puedan moverse dentro de los rieles de un lugar a otro. También me gustaría saber en qué son ocupadas actualmente este transporte.

Hipótesis

Una maquina de vapor puede convertir energía térmica en energía mecánica y si esto sucede entonces como son aplicadas estas energías en la maquina de vapor.

Método (materiales y procedimiento)

A continuación, explicare brevemente el funcionamiento de la máquina de vapor. Una máquina de vapor convierte la energía térmica (calor) en energía mecánica (trabajo) a través de los siguientes procesos:

1.-Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente.
2.-Tras calentarse por un fuego alimentado por diversos combustibles como madera, carbón, petróleo esta hierve.
3.-El vapor generado se concentra generando una alta presión y en ese estado se dirige a la cámara de vapor.
4.-Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente y por la expansión del volumen producida se mueve un pistón.
5.-A través de un mecanismo de biela-manivela el movimiento circular se convierte en un movimiento de translación o rotación. Cuando sucede este procedimiento el tren puede girar sus ruedas.
6.-Al finalizar el ciclo el embolo vuelve a su lugar en donde comenzó todo y el vapor se expulsa con inercia aplicando la energía cinética para poder detenerse el tren.

Hoy en la actualidad en México las locomotoras son del tipo diésel-eléctricas. El combustible se usa, sobre todo, por la gran potencia requerida para el funcionamiento de los equipos. Se siguen utilizando para el transporte de productos de otros países y transportando productos a donde se necesita.

Galería Método

Resultados

Se realizaron unos cuestionarios sobre la información más relevante de este tema estos se anexan al final del trabajo los cuales fueron realizados a gente que se encontraba cerca del museo antes de que entraran al mismo. Los resultados que obtuve al comparar las respuestas que las personas contestaron con las correctas fueron:
El 80% de los encuestadores si sabe quién invento la primera locomotora, también este mismo porcentaje conoce que la energía térmica puede ser transformada en energía mecánica y que el vapor hacia funcionar a los primeros motores que se crearon, así como los beneficios que se obtuvieron al inventar la locomotora.
El 90% de los encuestados sabe sobre los combustibles que utilizan las locomotoras de vapor y los problemas que estos generan en el medio ambiente. El 100% reconoce que la máquina de vapor impulso la revolución industrial. Sin embargo, al realizar este análisis me percate que solo el 40% conoce el siglo en que las máquinas de vapor tuvieron una gran importancia, pero un 60% no sabe.
Que solo el 20% sabe para qué fueron utilizadas las primeras locomotoras de vapor y el otro 80% lo desconoce y lo más importante solo el 10% conoce le funcionamiento interno de la locomotora el 90% no lo conoce.
https://drive.google.com/file/d/1_fDJ6GOk17auDCzkvspjUFE-CrjwBxkm/view?usp=sharing

Galería Resultados

Discusión

De acuerdo con los resultados obtenidos considero de gran relevancia este proyecto de ciencias debido a que su finalidad es el poder ampliar la información que ya conocen las personas, pero también lo más importante es poder tener la oportunidad de explicarles y enseñarles cómo funciona el mecanismo interno de la locomotora con el objetivo de que las personas conozcan lo que por ahora desconocen. Ya que este invento permitió la creación de la Revolución Industrial y permitió un gran auge en la economía del país.

Conclusiones

Los avances tecnológicos e innovadores que se dieron en la revolución industrial, existiendo la relación entre el hombre con el manejo de la energía térmica. Se reconoce a James Watt como el principal inventor de la máquina de vapor, pero para ello fue necesario realizar varios procesos científicos para que este invento tuviera un gran auge en la revolución industrial.

Lo que le ayudo a que este invento tuviera tal auge fue la aparición del petróleo ya que esto facilito la adaptación del motor a explosión como mecanismo innovador de la época. La locomotora de vapor fue un invento que permitió acortar distancias entre las ciudades, desarrollo el contacto comercial y económico entre los países del mundo, sobre todo permitió que surgiera el capitalismo.

Bibliografía

Título: De la máquina de vapor al cero absoluto.
Autor: Leopoldo García Colin
Año de edición: 2003 3ra. Edición
Editorial: Fondo de Cultura Económica
País: México
Número de páginas: 149

Título: Los ferrocarriles en México.
Autor: Navarro Leal
Año de edición: 2015
Editorial: Pali brío
País: México
Número de páginas: 220

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography