La transición de Cooper del vapor al gas.

La empresa C. & G. Cooper, fundada en 1833, fabricó aproximadamente 15 000 máquinas de vapor a lo largo de su historia hasta principios del siglo XX. Era un fabricante líder de grandes máquinas de vapor Corliss, pero Cooper se encontraba ante una encrucijada, ya que las turbinas de vapor parecían destinadas a destronarlas. Con el éxito de los grandes motores de gas natural en la floreciente industria siderúrgica y las prometedoras aplicaciones de la compresión de gas natural en gasoductos, la empresa decidió evolucionar hacia la producción de motores de combustión interna alternativos de gas natural.

Aunque Cooper había fabricado varios compresores de gas de gran tamaño para la Snow Steam Pump Works, no introdujo un compresor de gas horizontal integral de diseño propio hasta 1909. En 1911, Cooper construyó tres compresores de gas de doble efecto en tándem de un solo tiro, con una potencia de 305 hp (227 kW), 125 rpm, un diámetro de 21 pulgadas (533 mm) y una carrera de 24 pulgadas (610 mm). En el período de cuatro años comprendido entre 1912 y 1915, se desarrollaron más configuraciones horizontales y se produjeron 44 unidades adicionales. Los más grandes eran los compresores de motor doble en tándem de 965 hp (720 kW), 107 rpm, 21,5 pulg. (546 mm) de diámetro x 42 pulg. (1067 mm) de carrera y 1300 hp (969 kW), 94 rpm, 24 pulg. (610 mm) x 48 pulg. (1219 mm). Los primeros compresores de motor de gas horizontales de 19 pulg. (483 mm) de diámetro x 24 pulg. (610 mm) de carrera y 21,5 pulg. (546 mm) de diámetro x 36 pulg. (914 mm) de carrera, predecesores de los Tipos 19 y 22, respectivamente, se construyeron en 1913. Estos dos modelos serían populares durante las siguientes tres décadas. Antes de 1913, los compresores de motor Cooper estaban equipados con cilindros de compresor de otros fabricantes. Pero Cooper pronto desarrolló su propia línea de cilindros para compresores, que se convirtieron en el estándar para aplicaciones en oleoductos, e incluso se utilizaron en los motores de gas de la competencia.

El diseño de cilindro de potencia horizontal de doble efecto y cuatro tiempos del motor-compresor de gas de Cooper fue una evolución lógica de su amplia experiencia en máquinas de vapor para aplicaciones industriales. Muchos elementos del diseño de las máquinas de vapor, como el bastidor principal, los cigüeñales, los volantes y las crucetas, se incorporaron prácticamente sin cambios al motor de gas horizontal. El tipo de motor que se convertiría en predominante fue el motor horizontal tándem de cuatro tiempos y doble efecto. Los cilindros de doble efecto suministraban potencia a ambos lados del pistón en un solo cilindro. Al conectar los cilindros de potencia de doble efecto extremo con extremo mediante una pieza de separación intermedia, era posible disponer de cuatro extremos de potencia por manivela. El extremo exterior estaba soportado por una guía de cola. Y al ubicar una unidad gemela simétrica en el otro lado del volante, se disponía de un total de ocho extremos de potencia para accionar dos cilindros compresores en el extremo opuesto de los bastidores. Estos dos lados estaban unidos por un cigüeñal con una manivela en ambos lados, con el volante soportado en el centro del cigüeñal, como se puede observar en las unidades de la Fig. 1.

Motor de gasolina original Cooper Tipo 22 con compresor, excéntricas y varillas de empuje, 1922.

Cuando se requería una unidad de potencia más pequeña, el usuario solicitaba un motor tándem simple. Este constaba de dos cilindros de potencia montados sobre un bastidor, volante y cigüeñal comunes, con una sola manivela. El extremo exterior del cigüeñal estaba soportado por un cojinete de soporte de gran tamaño.

En ocasiones, un usuario compraba un motor tándem individual y posteriormente lo convertía en un motor tándem doble añadiéndole el otro lado y un nuevo cigüeñal.

En la práctica de las máquinas de vapor, era habitual accionar el compresor desde la cruceta de la biela de cola, que soportaba el extremo exterior del vástago del pistón de potencia, y algunos compresores de gas de las primeras máquinas de vapor Cooper se construyeron con este diseño. Sin embargo, en las máquinas de gas, era más común colocar el compresor en el extremo del cigüeñal, como se muestra en la figura 2, tomada de un catálogo de 1920. Esto requería una extensión del bastidor principal para proporcionar una cruceta adicional y un conjunto de tirantes para accionar directamente esta cruceta, que a su vez impulsaba el vástago del pistón del compresor. Si bien esto incrementaba el costo de la máquina, proporcionaba un diseño más limpio de la estación, ya que permitía ubicar todas las líneas de succión y descarga de gas en un lado del edificio y las tuberías de admisión y escape de aire de la máquina en el otro.

Una diferencia radical con respecto al diseño de las máquinas de vapor fue la necesidad de refrigerar no solo las paredes de los cilindros, sino también de disipar el calor de los pistones y las bielas. Esto se logró perforando un conducto central del mismo largo que la biela del pistón y fundiendo pistones huecos para crear cámaras de refrigeración internas. El agua de refrigeración se introducía en el cabezal central mediante una junta telescópica, donde fluía a través de cada pistón y biela, para luego salir por el cabezal delantero y el soporte de la biela trasera hacia un canal en la fundición.

Los extremos del compresor de una línea para cinco compresores de motor de gas horizontales Cooper, 1919.

Evidentemente, los primeros diseños de motores gemelos en tándem con carreras de 42 y 48 pulgadas (1067 y 1219 mm) resultaron bastante difíciles de transportar e instalar en ubicaciones remotas, ya que las unidades posteriores a 1917 se fabricaron con carreras de 24 y 36 pulgadas (610 y 914 mm). En 1917, Cooper presentó su famoso Tipo 22, una máquina de motores gemelos en tándem con una carrera de 36 pulgadas (914 mm) con una potencia nominal inicial de 970 hp (723 kW) y posteriormente de 1100 hp (820 kW). A principios de la década de 1920, se había convertido en el motor-compresor de gas preferido para la mayoría de los gasoductos.

Tras la Primera Guerra Mundial, Hewitt A. Gehres se unió a Cooper como ingeniero jefe, cargo que ocupó hasta 1956. La empresa tenía dificultades para producir de forma rentable los grandes motores horizontales, por lo que Gehres se dedicó a rediseñar por completo el motor-compresor de gas Tipo 22. Los primeros motores de gas Cooper copiaban muchas características de un diseño europeo. Por ejemplo, las válvulas de admisión y escape se accionaban mediante un eje horizontal que recorría toda la longitud del motor. Los motores originales tenían grandes excéntricas con dos varillas de empuje, como se muestra en el motor-compresor de alrededor de 1922 en la Figura 3. Estas fueron reemplazadas por árboles de levas y levas de rodillos, como se muestra en la Figura 4, que permitían una apertura y cierre más rápidos de las válvulas, aumentando la potencia del motor de 125 rpm a 1000 hp (746 kW). Cabe mencionar que las máquinas Tipo 22 de principios de la década de 1920, que se muestran en las Figuras 3 y 4, funcionaron de forma fiable hasta 2013 en la estación de almacenamiento de gas de Columbia Gas en Rockport, Virginia Occidental.

Motor de gasolina original Cooper Tipo 22 con compresor, excéntricas y varillas de empuje, 1922.

Gehres redujo tanto el costo de los motores que nadie más pudo competir con el Cooper Tipo 22. En los años siguientes, los compresores-motores dobles en tándem Tipo 22 fueron los preferidos para el servicio de gasoductos por compañías como Ohio Fuel Supply, United Fuel Gas, Magnolia Gas y Columbia Gas & Electric. La Figura 1 muestra una fila de diez compresores-motores de gas horizontales Tipo 22 que proporcionaban 22 000 hp (16 412 kW) de compresión en una instalación de transmisión de gasoductos a finales de la década de 1920.

La historia de los compresores de motor de gas horizontales de Cooper concluirá en el próximo número.

Motor de gas Cooper Tipo 22 mejorado, con compresor, árboles de levas y rodillos, 1924.