mini|300px|Una máquina de vapor Corliss: el engranaje de la válvula está a la derecha del bloque de cilindros, a la izquierda de la imagen Una máquina de vapor Corliss (o motor Corliss) es un tipo de máquina de vapor equipada con válvulas rotativas y de sincronización variable, patentada en 1849. Fue inventada por el ingeniero estadounidense George Henry Corliss de Providence, Rhode Island.
Los motores equipados con sistemas de válvulas Corliss ofrecían una mejor eficiencia térmica que cualquier otro tipo de máquina de vapor estacionaria, hasta que aparecieron las máquinas de vapor de flujo unidireccional y las turbinas de vapor, ya en el . Los motores Corliss eran generalmente un 30 por ciento más eficientes en combustible que las máquinas de vapor convencionales con corte fijo. Esta mayor eficiencia hizo que la energía del vapor fuera más económica que la energía hidráulica, permitiendo el desarrollo industrial lejos de los cursos de agua.
Los motores Corliss se usaban típicamente como motores estacionarios para proporcionar potencia mecánica a un eje lineal en fábricas y talleres, y para impulsar dinamos que generaban electricidad. Muchas de estas máquinas eran bastante grandes, tenían muchos metros de altura y desarrollaban varios cientos de caballos de potencia, aunque a baja velocidad, girando enormes volantes que pesaban varias toneladas a aproximadamente 100 revoluciones por minuto. Algunos de estos motores han mantenido cometidos inusuales como sistemas mecánicos heredados, y debido a su relativamente alta eficiencia y bajos requisitos de mantenimiento, han permanecido en servicio hasta principios del , como por ejemplo, los motores en la cervecería Hook Norton y la Distillerie Dillon (véase la lista de motores operativos).
Mecanismos del motor Corliss Los motores Corliss tienen cuatro válvulas para cada cilindro, con válvulas de vapor y escape ubicadas en cada extremo. Incorporan distintos refinamientos tanto en las válvulas como en los mecanismos de distribución que las accionan, es decir, en el sistema de enlaces que las controlan.
El uso de válvulas separadas para la admisión y el escape del vapor significa que ni las válvulas ni los pasos de vapor entre los cilindros y las válvulas necesitan cambiar la temperatura durante el ciclo de empuje y escape, y significa que la sincronización de las válvulas de admisión y escape se puede controlar de forma independiente. Por el contrario, las máquinas de vapor convencionales tienen una válvula deslizante o válvula de pistón por donde se alimenta y descarga alternativamente el cilindro a través de los conductos situados en cada extremo. Estos pasos están expuestos a grandes oscilaciones de temperatura durante el funcionamiento del motor, y se presentan elevados gradientes de temperatura dentro del mecanismo de la válvula.
Clark (1891) comentó que el engranaje Corliss "es esencialmente una combinación de elementos previamente conocidos y utilizados por separado, que afectan al cilindro y al accionamiento de las válvulas". Los orígenes del sistema Corliss con respecto al sistema de la válvula de vapor anterior fueron rastreados por Inglis (1868).
Mecanismo de las válvula Corliss derecha|mini| "Equipo de válvulas Corliss mejorado por Gordon", vista detallada. En la placa central se articulan las barras que guían cada una de las cuatro válvulas
George Corliss recibió la para su accionamiento de válvulas el 10 de marzo de 1849. Esta patente cubría el uso de una muñequera para transmitir el movimiento de las válvulas mediante una sola excéntrica a las cuatro válvulas del motor, y cubría el uso de válvulas de disparo con corte variable bajo el regulador de control que caracterizaba a los motores Corliss. A diferencia de los motores posteriores, la mayoría de los cuales eran horizontales, esta patente describe un motor vertical, y utilizaba válvulas deslizantes individuales para la admisión y el escape en cada extremo del cilindro.
Las válvulas de entrada se abren con un trinquete excéntrico; cuando se dispara el trinquete, el cierre rápido se amortigua con una lengüeta. En muchos motores, esta lengüeta funciona como un resorte de vacío para cerrar las válvulas, pero los primeros motores de Corliss fueron lo suficientemente lentos como para que el peso del pistón y la varilla cerraran la válvula.
La velocidad de un motor Corliss se controlaba variando el corte de vapor durante cada ciclo de potencia, mientras se dejaba el acelerador completamente abierto en todo momento. Para lograr esto, el regulador centrífugo estaba conectado a un par de levas, una para cada válvula de admisión. Estas levas determinaban el punto durante la carrera del pistón que liberaraba el trinquete, permitiendo que la válvula se cerrara.
Al igual que con todas las máquinas de vapor donde se puede regular el corte, la virtud de hacerlo radica en el hecho de que la mayor parte de la carrera de potencia es impulsada por la expansión de vapor en el cilindro después de que la válvula de admisión se ha cerrado. Esto se acerca mucho más al ciclo de Carnot ideal de lo que es posible con un motor donde la válvula de admisión está abierta durante la carrera de potencia y la velocidad está regulada por una válvula de mariposa.
El engranaje de la válvula Corliss permitió una velocidad más uniforme y una mejor respuesta a los cambios de carga, lo que lo hacía adecuado para aplicaciones como trenes de laminación e hilatura, y expandió enormemente su uso en las fábricas.
Válvulas de Corliss mini| Cilindro seccionado, que muestra las válvulas giratorias mini| Detalle de un engranaje de válvula tipo Corliss y una sección transversal del cilindro que muestra la trayectoria del vapor a alta presión (en rojo) y el vapor a baja presión (en azul). Con cada carrera, las cuatro válvulas alternan la apertura y el cierre, impulsando el pistón hacia adelante y hacia atrás Las válvulas Corliss se abren directamente en el cilindro, y permiten separar las cámaras de vapor y de escape. Inicialmente, Corliss usó válvulas de corredera con actuadores lineales, pero en 1851, había cambiado a actuadores de válvula semi-rotativos, como se documenta en la patente de EE. UU. 8253. En este motor, la placa excéntrica se movió al centro del lado del cilindro, como en los motores Corliss posteriores. Sin embargo, todavía era un motor de balancín, y los actuadores de válvula semi-rotativa operaban válvulas de deslizamiento lineales dentro de los cuatro cofres de válvulas del motor.
Las válvulas Corliss tienen la forma de un segmento circular menor, que gira dentro de una cara cilíndrica de la válvula. Su mecanismo de accionamiento está desactivado a lo largo del eje de la válvula, por lo que tienen poco "espacio muerto", como el vástago de una válvula de asiento, y toda la zona de inserción se puede utilizar de manera eficiente para el flujo del vapor.
Como el área de una válvula Corliss es pequeña en comparación con el área del puerto, los efectos del flujo de gas generan un par relativamente pequeño en el eje de la válvula en comparación con otros tipos de válvulas. Estas ventajas han llevado a que la forma de las válvulas Corliss se use en otras funciones, aparte de las máquinas de vapor con equipo Corliss.
El motor aerodinámico Rolls-Royce Merlin utilizaba una válvula de mariposa rectangular como acelerador. Las fuerzas de flujo de gas que actúan de manera asimétrica en esta mariposa podrían conducir a un control deficiente de la potencia en algunas circunstancias. Los últimos modelos, del 134, utilizaron una válvula de mariposa Corliss para evitar este problema.
Desligado del volante de inercia Una característica común de los motores Corliss grandes es uno o dos juegos de dientes de engranaje estrechos en el borde del volante de inercia. Estos dientes permiten que el volante de inercia quede excluido, es decir, se podía desligar con la ayuda de una barra de hierro.The crowbar for barring the engines is visible in this photo from the Saraya Sugar Factory Esto puede ser necesario durante el mantenimiento del motor, por ejemplo, para ajustar el corte y la sincronización de la válvula de admisión, y puede ser necesario durante el arranque del motor.
La necesidad de bloquear el motor durante el arranque es más evidente en los motores de un solo cilindro, donde un operador descuidado del motor podría detener el motor con el pistón en el punto muerto o cerca de él. Una vez parado en este estado, el motor no puede arrancarse por su propia potencia, por lo que debe estar en una posición más favorable para arrancar.
Los motores Corliss grandes no pueden arrancarse en frío de manera eficaz, por lo que era común suministrar vapor a baja presión a ambos lados del cilindro para calentar las piezas metálicas. Girar el motor lentamente durante este proceso facilita que se caliente uniformemente y garantiza que el aceite se distribuya uniformemente a través del mecanismo antes de aplicar el vapor al máximo. See section More about the stationary engines, subsection Single Cylinder MILL Engine, Instructions To Start Engine by Sidney J. Frazer. Nuevamente, se puede usar la restricción para hacer esto, aunque los operadores a veces lo hacen mediante una manipulación manual cuidadosa de la válvula.Valve manipulation is shown in this photo from the New England Wireless & Steam Museum
Para motores grandes, la fuerza de los brazos puede no ser suficientemente para ajustar la máquina Corliss, por lo que frecuentemente se instalaban motores de restricción.Walter S. Hutton, The Practical Engineer's Handbook, Crosby, Lockwood and Son, London, 1892, pages 408 and 410 Eran motores pequeños, con dientes de engranaje cortados para acoplarse con los dientes del volante. En general, los engranajes impulsores del motor de restricción estaban diseñados para desconectarse automáticamente si el motor comenzaba a funcionar por su propia potencia mientras los engranajes de restricción estaban activados.
Historia de la compañía The Corliss Steam Engine Company fue originalmente conocida como Fairbanks, Clark & Co. en la década de 1830. En 1843 pasó a llamarse Fairbanks, Bancroft & Co., cuando Edward Bancroft se unió a la compañía. En 1846 pasó a llamarse Bancroft, Nightingale & Co., cuando George H. Corliss se unió a la compañía, y en 1847 pasó a llamarse Corliss, Nightingale & Co. En 1848, la compañía se mudó a Charles Street Railroad Crossing en Providence, Rhode Island. derecha|mini| Engranaje de válvula típico de motores desarrollados por competidores de Corliss. La disposición horizontal de los salpicaderos y la falta de una placa para la muñeca evitaron reclamaciones debidas a las patentes de Corliss. En 1857, la compañía cambió de nombre por última vez, pasando a llamarse Corliss Steam Engine Company. En 1864, Corliss compró los derechos de sus socios y era el único propietario de la empresa. En 1900, la Corliss Steam Engine Company fue comprada por la International Power Company, y en 1905 pasó a formar parte de la American and British Manufacturing Company. En 1925, la compañía se fusionó con Franklin Machine Company. Para entonces, Franklin Machine Company ya era propiedad de la William A. Harris Steam Engine Company.
Para 1859, todas las características clave de lo que ahora conocemos como el motor Corliss ya estaban fijadas. Las patentes otorgadas a Corliss y a otros incorporaron válvulas rotativas y cigüeñales en línea con los cilindros. Véase, por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 24.618 de Corliss, otorgada el 5 de julio de 1859. Los inventores competidores trabajaron arduamente para inventar alternativas a los mecanismos de Corliss; generalmente evitaron el uso que había hecho Corlis de una placa excéntrica y adoptaron mecanismos de liberación alternativos para las válvulas de vapor, como en la Patente de Estados Unidos 19.640 de Jamieson, otorgada el 16 de marzo de 1858.