TÉCNICA – Escapes X: el escape de cilindro (3ª Parte).

Constant Escapement de Girard-Perregaux

Visto el funcionamiento a través de las distintas etapas del escape de cilindro, es interesante hacer una serie de consideraciones acerca de las particularidades de diseño e históricas de éste.

Durante el arco suplementario el extremo del diente de la rueda de escape está bloqueado de manera estacional y en contacto por fricción con el cilindro. Se trata de una mejora sobre el escape de paletas dado que de este modo no existe retroceso y el movimiento del tren de engranajes no invierte su sentido en ningún momento. No obstante, el radio del bloqueo es igual al radio del impulso y, por tanto, las pérdidas por fricción son mayores que en el escape de paletas.

Como ya se comentó al exponer el escape de paletas, el hecho de suministrar energía extra al movimiento de la primera vibración de la oscilación, la que tenía lugar antes de llegar a la línea central, implicaba una disminución del período en dicha vibración. Si se aplica el mismo concepto al escape de cilindro, el hecho de suministrar energía adicional implicará también un aumento de la fricción lo cual aumentará el período de la vibración.

Las primeras ruedas de escape que se utilizaron en los escapes de cilindro tenían los flancos superiores de los dientes en forma recta. La inercia de la rueda de escape en el momento de ser liberada por el cilindro viajando a máxima velocidad, precisaba de un muelle de fuerza muy elevada en el barrilete para poder acelerar estos flancos en contacto con el labio de impulso del cilindro. En estas condiciones la parte frontal de los flancos no era lo suficientemente rápida para poder aplicar un impulso mientras que la última cuarta parte de estas rampas, debido al cambio relativo en el ángulo, era demasiado fuerte. Curvando estas rampas como se muestra en la siguiente figura se mejoró el desarrollo de la acción y, haciendo el ángulo de elevación más uniforme, se consiguió poder utilizar muelles del barrilete a los que se les exigía menos fuerza.

Curvas de impulso en el escape de cilindro:

El uso posterior de las ruedas de escape de acero ayudó aún más a reducir el desgaste en el cilindro, que fue finalmente eliminado por un cilindro cortado en zafiro.

Las proporciones de este tipo de escape fueron mejoradas por Breguet quien ideó su propia forma de cilindro de rubí alrededor de 1794. Desde el punto de vista del cronometraje los primeros escapes de cilindro no eran mucho mejores que los anteriores escapes de paletas, pero podían mantener una tasa de desviación de unos dos minutos por día. En términos de fiabilidad o marcha sin necesidad de servicio (mantenimiento), el escape de paletas era superior y su robustez lo hizo casi indestructible. En manos de Breguet el escape de cilindro fue dotado de las mismas cualidades, y con la ayuda de su curva de compensación de temperatura, su tasa de error mejoró hasta un minuto por día.

Las proporciones esenciales del escape radican en el ratio existente entre el cilindro y la rueda del volante. El ratio del cilindro respecto del diámetro de la rueda de escape está definido por el número de dientes de la rueda que, debido al espacio disponible en el reloj, se determinan entre 13 y 15. Para un tamaño de diente determinado, si el número se incrementara, entonces la rueda sería mayor en diámetro e interceptaría al piñón de la cuarta rueda. Para un tamaño de rueda determinado, si se incrementara el número de dientes entonces se precisaría de un cilindro más pequeño, éste sería más frágil y precisaría de un volante de menos peso con la consecuente pérdida de inercia. Si se redujera el número de dientes entonces el cilindro sería demasiado grande. Si, en este último caso, se redujera el diámetro de la rueda de escape para compensar, el volante también debería hacerse más pequeño para evitar el contacto con el cuarto piñón y, de nuevo, se reduciría la inercia.

Queda claro que la cuarta rueda tiene influencia sobre las proporciones del escape y se define de manera sencilla. La rueda de escape no puede ser mayor que la cuarta rueda menos 1,25 veces el radio del cuarto piñón, y el volante puede ser algo mayor a dos veces el diámetro de la rueda de escape. El ratio del cilindro respecto del diámetro del volante deberá estar entonces entre 12:1 y 15:1, como en la siguiente figura.

Esta disposición fue usada por Breguet en sus mejores relojes con escape de cilindro y proporciona unos resultados muy satisfactorios. El cilindro es lo suficientemente grande en radio como para iniciar un autoarranque desde la posición de reposo, y lo suficientemente pequeño como para evitar quedarse detenido por efecto del rozamiento en las paredes del cilindro si el volante es detenido y liberado para arrancar de nuevo.

Esto no puede conseguirse sin considerar también las proporciones del volante. Si el volante es demasiado pesado precisará de una espiral de constante elevada para poder alcanzar el número necesario de vibraciones. Entonces, la rueda de escape no sería capaz de hacer girar el volante, desde la posición de reposo, contra la resistencia que ofrecería la espiral del volante. En el caso de que el volante fuera demasiado ligero, una espiral de menor constante no sería capaz de hacer girar el volante contra la fuerza de rozamiento ejercida en el desbloqueo y, de nuevo, el escape no arrancaría.

Las dimensiones exactas de los componentes de cualquier tipo de escape dependen del espacio disponible y, por tanto, no sería útil proporcionar consejos o guías acerca de este tema. Los estudios actuales que determinan las mejores proporciones para relojes de diferentes tamaños están realizados en base a construcciones y observaciones prácticas realizadas entre las décadas de 1760 y 1800. Los libros de texto suelen describir el escape de cilindro en términos muy precisos. En ellos los valores que se dan generalmente para los ángulos de bloqueo y liberación son de 10° y 1° respectivamente. El análisis de buenos ejemplos que se han construido indica que estos valores pueden ser mayores.

Tomemos como ejemplo el dibujo de la siguiente figura, correspondiente a una construcción de un escape de cilindro de rubí realizada por Breguet.

El ángulo de liberación es de 1,8° y el de bloqueo de 16° para un ángulo de escape de 51°. Inicialmente parece un sistema ineficiente, pero el volante realiza un giro de 126° para proporcionar un arco suplementario de 75°. El “banking” se produce a los 155° y por tanto la acción no puede ser más enérgica de manera segura. El escape arranca de manera automática y reiniciará su movimiento en el caso de que se detuviera. Es completamente fiable y su última revisión data de hace unos diez años. Su tasa de error se ha mantenido en unos 2 minutos por día a lo largo de estos diez años y no muestra signos de deterioro. Los pivotes del volante tienen un diámetro de 0,1 mm y, aunque no muestran ningún signo de deterioro, existen holguras en los agujeros de los rubís.

El continuo rozamiento de los dientes de la rueda de escape sobre las paredes del cilindro durante el arco suplementario sitúa al escape de cilindro en la categoría de “frictional rest”. La fricción sucede en el mismo radio que el impulso y actúa como freno sobre las superficies del cilindro. Este hecho tiene la curiosa ventaja de mejorar el isocronismo de los escapes de cilindro en acero. Un aumento en la potencia del impulso proporcionará un incremento en el rozamiento en reposo para prevenir el cambio de arco. Este hecho no es tan pronunciado cuando el cilindro es de rubí siendo en este caso la fricción de reposo más reducida.

La parte del impulso que se produce antes de la línea central depende de la profundidad del bloqueo. La mayor parte de este impulso tendrá lugar después de la línea central y el escape atrasará por una disminución del arco suplementario.

La fricción de reposo del bloqueo hace que sea imposible conseguir un ritmo preciso con el escape de cilindro.

En el próximo artículo de este apartado de técnica dedicado a los tipos de escape iniciaremos las exposición del Escape Dúplex.

---