COMO CONSTRUIR UNA TURBINA TESLA
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
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 cuadradoprueba de la extraordinaria eficiencia de la turbina.
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 La manera en que funciona la turbina se muestra en este esquema basado en plantas atómicas de vapor. 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" (19.05El eje se labra en tres pasos. En la foto de arriba, la varilla mm) que mide 5 x 8" (1.27 x 20.32 cm). Si va a de 3/8" ya se ha torneado en un extremo para luego funcionar con aire, puede construir la turbina deinvertirse por completo con objeto de tornear el otro extremo; el extremo derecho del centro de espesor mayor casi cualquier metal, utilizando una lata vacía para se rosca después. Foto abajo, se cortan círculos en una la caja (C) y acero laminado en frío para el eje (S). cortadora de los discos de aluminio del rotor 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.
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
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
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
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. 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 Es fácil doblar los montantes si se tienen bloques de con aire o vapor a alta presión. Al someterse a tales acero de tamaño adecuado. Antes de doblarlos, se tensiones se producirían problemas con la resistencia de perforan agujeros para fijarlos a la base ya la caja y los discos del rotor y de otras piezas. Pero el modelo que para montar los cojinetes 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.
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*
Caja
C
1*
Extremos de caja Aro de soldadura; abrazadera de fleje de "te" de aire
E
2*
Latón de calibre 18, de 2 7/8" x 3" 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 Latón de calibre 18, de 3" x 3"
1
Latón de calibre 18, de 1/4" X 12" para los dos
Eje
S
1
Discos de rotor Arandelas de rotor
D W
18** 20**
Tuerca
Varilla de acero laminado en frío de 3/8" x 4" (o una aleacion de acero inoxidable) Discos de aluminio de calibre 18, diámetro de 2 1/2" Discos de aluminio de calibre 18, D.E. de 1/2"
1
Hexagonal, de latón 1/4"-28
BC
2
Varilla de latón de 3/4" con longitud de 1" para los dos
R
2
Discos de latón de calibre 18 (o más grueso) con D.E. de 1 1/8"
BB
2
Fafnir 33K5 o equivalente
Remaches
12
Pasadores pequeños de latón para placas o equivalentes
Tornillos
8 6
Tapas de cojinetes Aro de retención de cojinete Cojinetes de bolas
Mangas
T-1
4
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 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"
4
Material de bronce para cuñas de 0.003" x 1/4" x 1"
Arandelas espaciadoras 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 Base
olea pequeña de latón o aluminio
Tubo de cobre de aproximadamente 3/4" con D.I. de 1/4" 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"
1
Perforación de 3/16"
Notas: * 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"
Fuente: Revista Mecánica Popular - Volumen 37 - Diciembre 1965 - Número 6
