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Jul 11, 2023

Boiler Up: restauración de una máquina de vapor Purdue original de 1915

Al crecer en una granja en las afueras de Logansport, Indiana, Bill se estaba volviendo

Al crecer en una granja en las afueras de Logansport, Indiana, Bill torneaba llaves inglesas desde temprana edad. "Siempre fui el niño que desgarraba las cosas para ver cómo funcionaban", dice. "También me interesaban las antigüedades, ya que mis padres coleccionaban tractores y motores antiguos".

La decisión de asistir a la cercana Universidad de Purdue fue fácil, incluso si las clases no lo hicieron. "Fue muy desafiante", admite. "Muchos estudiantes llegan a Purdue sin saber muy bien lo que quieren hacer, y yo no fui diferente. Elegí ingeniería mecánica porque tenía inclinaciones mecánicas. ¡Pero tuve que trabajar muchas noches para aprobar esas clases!"

Prefería las clases de cinemática, especialmente las que impartían Farshid Sadeghi y Chuck Krousgrill. Y se unió al equipo Grand Prix de ASME, que lo mantuvo haciendo llaves los fines de semana.

También continuó persiguiendo su amor por las antigüedades, asistiendo a espectáculos y ventas en todo Indiana. En una venta de bienes, estaba mirando a través de un granero lleno de tractores y equipos oxidados, cuando se encontró con algo interesante. "No se anunciaba como una máquina de vapor, pero la reconocí de inmediato", dice. "No se había tocado en décadas. El propietario mencionó que pensaba que era de Purdue. Dije: '¡Tengo que ser dueño de eso seguro!'".

Cuando la máquina de vapor salió a subasta, Bill presentó la oferta ganadora. "Yo todavía era un estudiante de tercer año en Purdue cuando lo compré", recuerda Bill. "No fue muy costoso, ¡pero tuve que obtener un préstamo estudiantil un poco más grande ese año!"

El motor no tenía documentación ni procedencia. Lo identificó como un modelo Baker Uniflow, patentado en 1915 y fabricado en Swanton, Ohio. Para confirmar la conexión con Purdue, buscó catálogos de cursos de Purdue desde 1920 que incluían un Baker Uniflow entre el inventario de su Steam Engine Laboratory. Otras dos pistas llevaron a Bill a creer que tenía el artículo genuino. "Encontré un número de serie, PU21970, estampado en el volante", dice. "También tenía soportes para instrumentos científicos específicos, que no estarían allí si el motor estuviera en una fábrica o una granja".

Bill finalmente tuvo que presionar el botón de pausa en su investigación de Steam. Después de graduarse de Purdue en 1990, comenzó a trabajar para una empresa en Elkhart, Indiana, que diseñaba asientos para automóviles. Sus habilidades en el diseño de mecanismos lo llevaron al área de Detroit, donde pasó las últimas dos décadas diseñando asientos, cinturones de seguridad, bolsas de aire y componentes estructurales para automóviles. Actualmente es ingeniero líder de STRATTEC, diseñando actuadores de cierre automático de puertas.

Pero en su tiempo libre, nunca dejó de pensar en Baker Uniflow y su papel en la historia de Purdue.

La historia de la Universidad de Purdue está indisolublemente ligada a la energía de vapor. En septiembre de 1891, Purdue se arriesgó a gastar $8,000 en una locomotora de vapor, Schenectady No. 1, para su escuela de ingeniería. Se convirtió en la primera locomotora jamás estudiada en condiciones de laboratorio y llegó a definir la joven universidad.

La energía de vapor era el pináculo de la tecnología en ese momento, y Purdue se había convertido en su Silicon Valley. Funcionarios ferroviarios de todo el mundo visitaron, estupefactos al ver el Schenectady resoplando poderosamente en su lugar hasta 80 millas por hora en un dinamómetro. Los motores de demostración llenaron el Heavilon Hall original (predecesor del edificio de Ingeniería Mecánica), donde los investigadores midieron cada aspecto de su funcionamiento. Incluso los jugadores de fútbol fueron acusados ​​de reclutar a "herreros fornidos" para su equipo, un simbolismo que Purdue abraza hasta el día de hoy.

Sin embargo, los motores de combustión interna pronto superaron a los motores de vapor en eficiencia y potencia. En la década de 1930, la investigación en ingeniería de vapor estaba en pleno declive. Purdue vendió su locomotora de vapor final como chatarra para apoyar el esfuerzo de guerra. La mayoría de los demás equipos se donaron a museos o se descartaron por completo.

Lo que nos lleva de vuelta al garaje de Bill Champ y al Baker Uniflow. Tiene aproximadamente el tamaño de un automóvil compacto y pesa lo mismo. Décadas de estar sentado en un granero le han dado a cada componente una gruesa pátina de óxido. Bill da un tirón al volante masivo, lo que hace que el pistón único de 6 pulgadas de diámetro se mueva lentamente hacia adelante y hacia atrás. "¡Esta es probablemente la primera vez que se opera en cien años!" él ríe.

Bill describe cómo habría funcionado esta enorme máquina. El vapor canalizado desde una planta generadora pasaría primero a través de un gobernador, que consiste en esferas de hierro giratorias sobre resortes de acero. Si en algún momento giraba demasiado rápido, el gobernador cerraría la válvula principal para detener el flujo.

Luego, el vapor entraría en una válvula junto al pistón principal, lo que permitiría que el vapor entrara en una parte del cilindro para mover el pistón y luego alternar al otro lado para enviar el pistón hacia atrás. Una bomba de aceite mecánica mantuvo el cilindro lubricado. El pistón bombeaba 200 veces por minuto, generando hasta 20 caballos de fuerza. A través de un sistema de correas y poleas conectadas a un volante, esto podría impulsar un laboratorio completo. En la configuración de Bill, un cinturón de algodón grueso conecta el motor a una dínamo eléctrica antigua, generando 3000 vatios de electricidad a 125 voltios.

Esa es la teoría, al menos. Si bien Bill sueña con restaurar el motor para que funcione, admite que le quedan años de trabajo por delante para alcanzar ese objetivo. "El primer paso es desarmar todo y pulirlo con arena", dice. "Muchas piezas deben volver a mecanizarse o reemplazarse. Y, por supuesto, todavía necesito una caldera para suministrar una fuente de vapor. Me encantaría algún día poner esto en un remolque y llevarlo a las escuelas, para mostrar a los estudiantes cómo nuestro mundo fue alimentado hace 100 años".

Con ese fin, Bill también ha acumulado una gran colección de instrumentos científicos y otra parafernalia que los investigadores de Purdue habrían utilizado para estudiar el funcionamiento del motor. Por ejemplo, un instrumento registra la presión del vapor por medio de papel y lápiz. La presión del vapor empuja el lápiz hacia arriba y hacia abajo, mientras que una cuerda conectada al cigüeñal hace girar el tambor de papel. El gráfico resultante se puede analizar con otro instrumento analógico, un planímetro, para obtener mediciones del funcionamiento del motor a lo largo del tiempo.

Ese es solo uno de las docenas de medidores, instrumentos y equipos de calibración que llenan mesas y estantes en el garaje de Bill. Incluso ha acumulado un juego completo de silbatos de vapor, desde un diminuto silbato de una pulgada de diámetro hasta un gigante de 8 pulgadas de diámetro de un barco de vapor, que se puede escuchar a kilómetros de distancia. "Siempre estoy buscando componentes y artefactos de vapor", dice, "especialmente libros de texto que describen cómo funcionan, ¡porque nadie vivo ha operado estas cosas!"

Entonces, ¿por qué abordar este proyecto masivo? "Es parte de nuestra historia", dice Bill. "Purdue es conocida por investigar y crear nuevas tecnologías. Pero todo comenzó con motores como este. No podemos dejar que todo eso desaparezca. Todas las locomotoras se han ido, y esta es probablemente la única máquina de vapor de Purdue que aún existe. Podemos No te olvides de estas cosas, porque nos llevaron a donde estamos hoy".

De la misma manera, los principios que Bill aprendió por primera vez en Purdue aún lo guían en su carrera. "Es mi trabajo diseñar nuevos mecanismos, con motores, sensores y actuadores", dice. "Como estudiante de Purdue, primero aprendí cómo funcionan todos esos mecanismos. También aprendí a pensar y a aplicar lo que aprendí en aplicaciones del mundo real. El aprendizaje práctico, combinado con el aprendizaje en el aula, te convierte en un buen ingeniero. ."

Escritor: Jared Pike, [email protected], 765-496-0374