La máquina de vapor pertenece a la categoría de los motores de combustión externa y transforma la energía térmica del vapor de agua en energía mecánica.
El vapor se genera en una caldera que contiene agua y mediante la aplicación de calor se transforma en vapor. Este vapor es conducido hacia el cilindro empujando el émbolo y mediante un mecanismo de biela y manivela se transforma el movimiento rectilíneo en movimiento circular. Posee además un volante de inercia para dar uniformidad al movimiento y evitar diferencias en la velocidad de giro.
Todas las máquinas de vapor poseen un sistema de válvulas que distribuyen la circulación del vapor, cuya apertura y cierre están sicronizadas mediente unas excéntricas circulares que giran solidariamente al eje del volante de inercia. El extremo del eje es roscado y en él va acoplada, además de las excéntricas, la manivela que recibe la fuerza motriz de la expansión del vapor a través de la biela y esta por el movimiento alternativo del vástago del émbolo.
Mediante la mayor o menor apertura de la válvula principal del vapor, podemos regular la cantidad de vapor que entra en el cilindro y por tanto la velocidad de giro. Incluso accionando la válvula en sentido opuesto, podemos dar marcha atrás.
En realidad el proceso de trabajo en el cilindro tiene lugar por la expansión de un gas sometido a presión que es liberado, la fuerza expansiva de este gas actúa sobre la cara del embolo más próxima a la entrada del gas, desplazando el émbolo hacia el extremo opuesto transmitiendo esta fuerza, a través del vástago del embolo al mecanismo de biela y manivela, y de esta al eje que, como hemos dicho, es solidario al volante de inercia y lleva acoplado en su extremo, excéntrica y manivela.
Desde un punto de vista funcional cualquier gas bajo presión al inyectarse en un recipiente a presión inferior a la del propio gas experimentará una expansión, hasta que ambas presiones queden igualadas, cuya fuerza dependerá de la presión y temperatura del mismo. Si la única posibilidad de expansión pasa por desplazar un émbolo agrandando el espacio disponible, en el extremo del vástago del émbolo recogeremos un movimiento lineal de fuerza proporcional a la expansión del gas.
Después de analizar con cierta profundidad la forma de alimentar la máquina de vapor, tras un estudio comparativo de las posibilidades disponibles en el mercado y su facilidad de adquisición, nos hemos decantado por el vapor vivo, en primer lugar por mantenernos fieles al origen, y en segundo lugar por una cuestión puramente operativa.
Hemos descartado el sistema de alimentar la máquina de vapor mediente la inyección de aire comprimido procedente de un compresor. Tamaño, peso y requerimiento eléctrico hacen inviable esta opción, teniendo en cuenta las dimensiones resultantes de aplicar la escala 1:100 a las medidas del barco real.
También hemos descartado los cartuchos de CO2 por su corta autonomía. Aunque esta solución tiene propiedades muy atractivas como es la ausencia de calor y la facilidad de reposición.
La otra opción con más posibilidades, era alimentar la máquina mediante una botella de aire comprimido, provista de un mano reductor para mantener un flujo de salida constante de 2 atmósferas o kilos por centímetro cuadrado que podríamos recargar mediante un compresor, que sí disponemos.
Encontramos una botella en muy buen estado procedente de un extintor de coche. Su sello indica que la presión de prueba es de 25 kilos y su capacidad de 600 milílitros o lo que es lo mismo 0,6 litros que a la presión de 12 kilos nos daría un volumen de aire de 12 x 0,6 = 7,2 litros.
No disponemos de características de la máquina, por tanto la mayoría de datos se han obtenido de forma experimental o por medición directa. Sí hemos podido confirmar las medidas de los cilindros de la máquina, -es una bicilíndrica- y por tanto su cubicaje. Para obtener las rpm (revoluciones por minuto) hemos alimentado la máquina con aire comprimido procedente de un compresor a una presión constante de 2 kilos por centímetro cuadrado. En el volante de inercia hemos pegado, equidistante, dos trozos de etiqueta autoadhesiva a modo de marcas de control y mediante un tacómetro hemos obtenido una lectura que dividida por dos (las dos marcas), nos ha dado la lectura de las rpm.
Así, pues, con estos datos exponemos nuestro estudio, sin entrar en demasiados detalles de dudoso interés para la mayoría de aficionados.
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