INTRODUCCIÓN.-

Algunos aficionados y modelistas no conocen a fondo como funciona una distribución de vapor. Como ya se comentó, no es necesario ser un maestro del diseño ya que la mayoría seguimos las indicaciones de unos buenos planos a la hora de construir un modelo. Sin embargo es importante conocer con mas detalle sus fundamentos principales a la hora de ajustar y poner a punto una locomotora y sacarle el mejor partido.

El trabajo de la distribución es mover la válvula (plana o cilíndrica) sobre las lumbreras del cilindro, permitiendo que el vapor entre en el mismo en el momento correcto y durante el tiempo necesario, y luego permitir que escape una vez que haya desarrollado su trabajo. La distribución controla también la distancia y el recorrido de la válvula sobre las lumbreras, así como el tiempo de cierre y apertura de los mismos con respecto a la carrera y posición del pistón.

Esto se refiere a cilindros convencionales con válvulas de concha o de pistón, y no a mecanismos mas sofisticados como los sistemas con válvulas de asiento tipo Caprotti y similares que exigen diseños muy específicos.

CONCEPTOS BÁSICOS.-

Por regla general la válvula abre la lumbrera de admisión (una cualquiera de ellas) para permitir el paso del vapor al cilindro ligeramente antes de que el pistón alcance el final de su carrera, o sea, un poco antes de comenzar su carrera opuesta de expansión.

El instante en el que la válvula cierra la lumbrera y detiene la entrada de vapor se denomina PUNTO DE CORTE. Si dicho corte se realizara cuando el pistón alcanza su punto máximo de recorrido, se denomina punto de corte al 100%. Poniendo otro ejemplo, si el corte fuera al 50% significaría que la válvula cerrará la lumbrera cuando el pistón esté justo a la mitad de su carrera motriz.

La razón para la variación del corte es que después de cerrar la entrada al cilindro el vapor sigue expandiéndose siendo capaz de realizar un trabajo útil por sí mismo sin necesidad de aportar mas vapor desde la caldera, ahorrando con ello en consumo y mejorando el rendimiento del motor.

Las primeras locomotoras del siglo XIX no tenían esta capacidad, por lo que el vapor entraba durante toda la carrera del pistón, aumentando el consumo en unos motores muy poco eficientes.

Las locomotoras tienen habitualmente un punto de corte de al menos un 75% en locomotoras rápidas, y hasta un 85% en aquellas diseñadas para desplegar mayor potencia a menor velocidad, concepto bien aplicable al modelismo. Un punto de corte de menos del 75% comprometería el arranque de la máquina y crearía dificultades al atacar rampas o remolcando pesos importantes. Uno mayor provocaría otros inconvenientes en el rendimiento además de un gran consumo.

Los siguientes diagramas muestran de modo genérico las características de funcionamiento de una válvula de distribución, en este caso por medio de una de concha al ser mas sencilla su visualización. Estos mismos efectos son igualmente aplicables a las cilíndricas o de doble pistón.

SOLAPES (LAP).-

El solape es la distancia que la cara de la válvula de concha se solapa sobre las lumbreras de entrada de vapor cuando está completamente centrada sobre las tres lumbreras (o lo que es lo mismo: en la posición media de su carrera de vaivén).

El solape proporciona un cierre prematuro de la lumbrera de admisión para permitir que el vapor dentro del cilindro complete el trabajo por si mismo sin gasto adicional, aumentando la eficiencia y ahorrando vapor, como ya se comentó. Para terminar de concretar conceptos, repetir que las primitivas locomotoras no disponían de solape alguno, es decir, la cara de cierre de la válvula era igual a la anchura de la lumbrera (ver diagrama inferior). Por ello éstas entradas estaban o bien completamente abiertas o cerradas, impidiendo aprovechar la capacidad expansiva del vapor inyectado en el cilindro. Nos encontramos de nuevo con el repetido concepto de motores poco eficientes y consumos elevados.

SOLAPE NEGATIVO DEL ESCAPE.-

Normalmente la cavidad o bóveda de escape de la válvula tiene la misma anchura que la distancia entre los bordes interiores de las lumbreras de admisión. Si ésta anchura fuera mayor se denominaría solape negativo, es decir, con la válvula en su posición central ambas lumbreras de admisión estarían ligeramente conectadas con la lumbrera central del escape.

La idea sería abrir los escapes con cierta antelación para reducir la presión residual al final de la carrera del pistón una vez cerrada la lumbrera, logrando así una mayor suavidad en el funcionamiento. Realmente esta configuración fue empleada por los primeros fabricantes para paliar los defectos de las primitivas distribuciones, y fue posteriormente descartada al mejorar los diseños.

También es posible lo contrario, es decir solape positivo del escape, donde la distancia de la cavidad o bóveda es menor que la distancia entre los bordes interiores de las lumbreras de admisión. Con ello se lograría retrasar la apertura del escape. Sus ventajas son cuanto menos discutibles. En teoría podría obtenerse una descarga mas veloz en la chimenea e incrementar el tiro, cuando al comenzar el pistón su nueva carrera motriz comprimiera el vapor que ya ha trabajado un instante antes de la apertura del escape iniciando una expulsión mas enérgica.

EL AVANCE (LEAD).-

La mayoría de las distribuciones están diseñadas para abrir las lumbreras de admisión un poco antes de que el pistón alcance el final de su carrera. Salvando las diferencias, el concepto podría compararse con el avance del encendido en un motor de explosión.

Concretando, el avance será la cantidad o distancia de apertura de la concha en el mismo momento en que el pistón alcanza su punto muerto (izquierdo o derecho, es lo mismo). Esta cantidad variará según el tipo y diseño de distribución en cuestión, mas las propias aportaciones y mejoras del diseñador de acuerdo a su experiencia.

En las locomotoras reales éste avance permite que el vapor entre antes de que el pistón complete la carrera, oponiéndose en cierta manera a que la termine, creando así un efecto amortiguador o de colchón en un instante donde en una facción de segundo el pistón deberá parar y cambiar instantáneamente de sentido de marcha, todo lo cual crea una fuerte sacudida en todas las bielas y mecanismos por inercia de las masas, estrés que se irá incrementado conforme aumente la velocidad de la locomotora.

Por tanto la entrada prematura del vapor ayudará a reducir la velocidad del pistón, suavizando la sacudida. Este efecto es muy beneficioso a altas velocidades, pero contraproducente en el caso contrario, en que la entrada del vapor restaría potencia al intentar empujar al pistón en sentido opuesto al de su carrera normal.

Distribuciones como la Walschaerts son denominadas como de avance constante. Es decir, que mantiene automáticamente el avance correcto en todas las posiciones del punto de corte. Fue por ello finalmente adoptada por una gran mayoría de fabricantes por su excelencia y exactitud, todo lo cual optimiza el rendimiento de los motores.

Las distribuciónes Stephenson y similares presentan avances variables, es decir, el avance varía según lo hace el punto de corte. Esta distribución tiene dos variantes: La conocida como OPEN RODS (Bielas excéntricas abiertas), o la CROSSED RODS (bielas excéntricas cruzadas). La primera se usa en locomotoras, mientras que la segunda es el diseño clásico en los tractores de vapor.

Centrándonos en la primera (OPEN RODS) que es la que nos interesa para las locomotoras, concretar que el avance aumenta al disminuir en punto de corte. Esto puede causar inconvenientes ya que el avance puede alcanzar valores excesivos cuando se alcanza un punto de corte ideal para un consumo económico. A fin de evitar el problema la distribución puede ser diseñada para tener menos avance o incluso un avance negativo con la distribución regulada al máximo, y para evitar que éste sea excesivo en regímenes normales del punto de corte.

PRE-ADMISIÓN.-

Hay que tener en cuenta que un avance constante no significa que la válvula haya de abrir la lumbrera exactamente igual en todos los puntos de corte antes de que el pistón alcance el punto muerto.

Si se consulta el diagrama de una distribución Walshcaerts que muestre el punto de apertura de la lumbrera en comparación con la posición del pistón y el punto de corte, se observa que la lumbrera va anticipando su apertura conforme se reduce el punto de corte.

La cantidad de apertura de la lumbrera en el punto muerto del pistón permanece constante, pero el tiempo que permanece abierta antes de dicho punto así como el período de pre-admisión variarán. Por otro lado, el período de pre-admisión se incrementará cuando se reduce el punto de corte.

La distribución Stephenson presenta así mismo la característica de aumentar la pre-admisión cuando se reduce el punto de corte. El motivo para reducir el avance a marcha máxima no es solo para prevenir un exceso en el avance cuando se reduce el punto de corte, sino también para evitar excesiva pre-admisión.

CONCLUSIONES.-

Una buena pregunta sería la de si es necesario todo esto para los modelos de vapor vivo, o si realmente los modelos necesitan del avance, dado que sus masas y velocidades de los pistones son insignificantes si las comparamos con las locomotoras reales. De resultas de éste planteamiento se podría deducir que no será necesario el antes descrito efecto "colchón" para los fines de carrera del pistón

Hay sin embargo buenos diseñadores que abogan por aplicar avances. De hecho prácticamente todos los planos son diseñados para mantener un cierto nivel de avance. Sin embargo, y tras consultar varias fuentes, hay muchos que no quieren seguir la corriente que dice: si todos lo hacen yo también.

La realidad es que muchos modelistas reducen los márgenes del avance en sus locomotoras, aunque lo ideal sería poder hacer pruebas sobre un modelo donde no fuera excesivamente complicado la variación del mismo y ver qué resultados se obtendrían.

El consejo final, dicho con toda la prudencia, es que tras haber luchado construyendo y probando su modelo a lo largo de mas o menos tiempo, el mecánico modelista aprende a conocerlo a fondo, y a saber que tecla hay que tocar o que ajuste variar para lograr un óptimo funcionamiento. Esto, que puede sonar a salida por la tangente, es sin embargo bastante cierto, pues aunque nos ciñamos escrupulosamente a las medidas de unos planos, el buen resultado dependerá también de la habilidad al construirlo, así como el saber manejarlo y conocer sus virtudes y vicios, que como todo mecanismo seguro tendrá.