Visita al museo de la ciencia de Tarrasa

La visita fue realizada con los alumnos de 1º de bachillerato el día 6 de Abril.

El museo antiguamente fue una fábrica textil, y en la parte guiada se realiza el recorrido completo de todo el proceso que seguía la producción, desde la llegada del carbón y la materia prima (lana), la máquina de vapor que movía toda la maquinaria (telares principalmente) y las condiciones de trabajo y vida de los obreros.

Como complemento a la visita, antes del viaje se podría entregar a los alumnos un trabajo como el siguiente:

Trabajo de investigación previo a la visita.
La visita guiada por el museo nos lleva en un recorrido completo por una antigua fábrica textil del siglo XIX. Investigar usando diferentes fuentes alguno de los temas siguientes:

• Describe el proceso de fabricación textil, desde la llegada de la lana hasta la confección final de la tela.
• Fuentes de energía que se usaban durante el siglo XIX.
• El proceso de electrificación de las ciudades.
• ¿Cuáles eran las condiciones de vida y los derechos laborales de los trabajadores durante la Revolución Industrial del siglo XIX? 

Ejercicios para realizar durante /después de la visita.

• Tipos de carbon existentes. ¿que tipo de carbón se usaba en la fábrica?
• ¿Cuáles son los factores a considerar en el diseño de una chimenea industrial? 
• Describe la indumentaria de los trabajadores, tanto hombres como mujeres.
• Describe la máquina de vapor y sus partes. ¿que potencia máxima tenía? 
• Procesos previos a los que se somete la lana antes de la fabricación de hilo.
• Describe los dos métodos de fabricación de hilo a partir de la lana. ¿que diferencias de calidad conllevan?
• Durante la visita se muestran diferentes modelos de telares. ¿que elementos especiales y que ventajas tenían los modelos más avanzados?
• Haz una lista con los diferentes tipos de tejidos que se muestran al final de la visita y clasificalos según sean de origen natural o artificial.

¿en qué consistía una máquina de vapor en el siglo XIX?
Antes de la generalización de la electricidad, lá única forma de producir energía mecánica para mover maquinaria era, o la fuerza animal (mulas o bueyes que movían ruedas, que a su vez desplazaban molinos u otros tipos de maquinaria, como fuelles para forjas) o, una vez que James Watt inventó la máquina de vapor, usando una de estas máquinas.

Esta es la máquina de vapor que hay montada en exposición hoy en día en la fábrica. No es la original, pero debió ser muy parecida. Lo que se ve en la imagen es el enorme volante de inercia, que, mediante una correa, transmite su giro a otra rueda, en la parte superior, que a su vez, mediante ejes y más correas, transmite el movimiento de giro a todas las máquinas de la fábrica.

¿cómo funciona una máquina de vapor?
Es muy similar al movimiento que realiza el motor de un coche. Veamos la siguiente animación:

Máquina de vapor en acción. Fuente: Wikipedia

El horno de carbón produce vapor a presión en la caldera, y a través de tuberías, se transmite al cilindro:

El cilindro, con el pistón en el extremo izquierdo, y en la parte superior, las dos tuberías de entrada de vapor.

En este momento el pistón está en un extremo del cilindro, preparado para la admisión de vapor. La válvula de entrada está abierta, por lo que el vapor entra en el cilindro, empujando el pistón.

La valvula ha abierto el paso del vapor por la tubería de la izquierda, por lo que el vapor entra por la parte izquierda del pistón.

La presión del vapor que ha entrado en el cilindro provoca una fuerza sobre el pistón, que le hace desplazarse. Este movimiento, mediante un sistema biela-manivela, se transmite al volante de inercia. Como este volante es muy pesado (tiene mucha inercia) al principio costará mucho trabajo que empiece a girar, pero eso es bueno para evitar aceleraciones demasiado bruscas. El volante de inercia almacenar energía cinética de rotación:

Siendo I el momento de inercia, que para un cilindro vale:

De forma que si conseguimos radios interno y externo muy grandes y una gran masa, conseguimos una inercia muy grande, de forma que puede almacenar mucha energía. Cuando se conectan muchas máquinas al sistema, la rueda cede energía al sistema, sin que la velocidad de giro disminuya demasiado. Lo mismo ocurre cuando se desconectan al final de la jornada; el volante absorbe la energía extra para que las máquinas aún conectadas no sufran una aceleración repentina.

La presión del vapor empuja al pistón, biela, manivela y volante. El pistón ya está a mitad de recorrido. La válvula sigue abierta.

En esa imagen podemos ver que la admisión permanece abierta durante todo este tiempo, para permitir la entrada de más vapor. Hasta que llega al final del recorrido, en ese punto se cierra la admisión de vapor y se abre la expulsión (no representada).

La válvula en la parte superior cierra la entrada de vapor por la parte izquierda cuando el pistón llega al final de su recorrido.

Inmediatamente se abre la admisión en el otro lado de la valvula. Exacto, este cilindro permite introducir vapor por ambos lados del pistón, de forma que puede impulsar el volante de inercia hacia ambos sentidos.

Ahora la entrada del vapor se produce por la derecha del pistón.

El proceso sigue hasta que el pistón vuelve a la situación inicial, y el proceso se repite. La apertura de válvulas está controlada por otro sistema biela-manivela unido al sistema principal, de forma que el movimiento de vaiven de apertura-cierre está sincronizado con el movimiento del propio pistón.

Finalmente, merece la pena fijarse en un elemento más del sistema, el regulador de Watt o regulador centrífugo. Eso que parece simplemente unas bolas que giran encima del pistón, tiene una gran importancia para regular el sistema.

El mecanismo de Watt, unido mediante un cable a una válvula de regulación en la tubería de entrada principal.

Ya he explicado que el sistema acelera lentamente desde el reposo. Pero tienen que alcanzar una velocidad de giro de trabajo, específica de la máquina y de las máquinas que va a mover. La velocidad máxima que puede alcanzar el motor depende de la presión del vapor, a mayor presión, mayor velocidad. Además, depende también de la carga que deba arrastrar, es decir, el número de máquinas y la potencia que necesiten. Para que la velocidad se mantenga constante, además de la presencia del volante de inercia, hace falta que la potencia suministrada coincida con la potencia demandada.

Así que a primera vista no es nada facil regular el sistema, a menos que tengamos un operario contínuamente pendiente de la velocidad de giro y de la válvula de admisión de vapor. El regulador de Watt automatiza esto, mediante un sencillo feedback.

Regulador de Watt (licencia CC-BY-SA)

Al aumentar la velocidad de giro, la energía cinética de las esferas aumenta. Debido a su disposición, la fuerza centrífuga hace que se eleven, de forma que los enlaces inferiores tiran del mecanismo que cierra la válvula de admisión de vapor. Este ingenioso mecanismo no fue inventado por Watt, aunque él fue el primero en aplicarlo a una máquina de vapor. Ya se utilizaba desde el siglo XVII para regular la presión de las piedras en molinos de viento.