La máquina de vapor y su evolución histórica

 

 La llegada de la Revolución Industrial allá por el siglo XVIII no se limitó a las manufacturas textiles, a la siderurgia o a la industria química, aunque en estas categorías hubiera avances prodigiosos. Dado el aumento de la producción logrado con dichos avances, era menester una red de comunicaciones todo lo buena que fuese posible, para lo cual debía optimizarse de algún modo el empleo de energía en los medios de locomoción, esto es, incrementarla y aprovecharla en la mayor medida posible. 

La máquina de vapor resolvió los problemas de la limitación de las fuerzas animal y humana y de la indisponibilidad de la energía hidráulica en la mayoría de los escenarios.

 

savory

 

La primera máquina de vapor fue diseñada por Thomas Savery en 1698 para elevar el agua en las minas. Esta idea, ya propuesta antes por Denis Papin en 1690, consistía en lo siguiente: hacia un recipiente de forma oval lleno de agua, se inyectaba el vapor producido en una caldera, con lo que el agua era desalojada hacia arriba. Luego el recipiente se bañaba con agua fría, con lo que el vapor se condensaba ( Presión x Volumen = Constante x Temperatura -ley de Boyle-GayLussac-, que significa que disminución de temperatura implica disminución de volumen y condensación). Quedaba pues al vacío el recipiente, con lo que era absorbida más agua, empezando de nuevo el ciclo. La máquina era poco eficiente, porque cada vez que había que empezar un nuevo ciclo había que enfriar de nuevo el recipiente, para la condensación del vapor. Que ni decir tiene que la altura máxima desde la que se podía elevar el agua venía dada por la misma ley que rige las actuales bombas de vacío. Como una atmósfera equivale al peso de una columna de mercurio de 96 cm, o también al de una columna de agua de 10 metros y medio, es ésta última la mayor profundidad a la que la máquina de Savery surtía efecto.

 

newcomen

 

La siguiente implementación de máquina de vapor fue desarrollada por un herrero llamado Thomas Newcomen, en el año 1705. Para tal desarrollo, Newcomen empleó vapor a la presión atmosférica en un cilindro. Al enfriarse este cilindro se producía el vacío, y entonces  la presión atmosférica movía un pistón, el cual estaba conectado a un balancín que bajaba y subía. En el otro extremo del balancín había una bomba de agua, que era para lo que se empleaba esta máquina de vapor. La potencia se incrementaba como es lógico con el incremento de la superficie del pistón. Las pérdidas de presión debidas al precario ajuste que entonces se podía hacer entre el cilindro y el pistón daba lugar a ineficiencia en la máquina. Aún así, el desarrollo de Newcomen estuvo en vigor durante cierto tiempo, hasta el momento en que se trató de perfeccionar el rendimiento de la máquina. Smeaton introdujo ciertas mejoras en el diseño de las máquinas aquí descritas en base precisamente a su estudio de sus rendimientos.

 

watt

 

Ahora bien, la implementación definitiva corrió a cargo de un escocés llamado James Watt (de cuyo nombre se ha tomado el nombre de la unidad de la Potencia –el Wattio-), y fue patentada allá por el año 1769. Este mecánico se percató de la pérdida de energía producida por los calentamientos y enfriamientos sucesivos del cilindro, había una gran cantidad de calor que se empleaba únicamente para calentar el cilindro, una vez enfriado para producir el vacío en él. Pero entonces se le ocurrió una idea verdaderamente genial: se emplearían dos cilindros, uno que contuviese el pistón y que estuviese siempre caliente, y otro donde se condensaría el vapor por estar siempre frío –estaría sumergido en un tanque de agua-. Este segundo tanque sería lo que se llamaría condensador. El funcionamiento era el que sigue: el vapor hace bajar el pistón por estar la válvula superior del cilindro abierta. También está abierta la válvula que lo comunica con el condensador para que debajo de él haya el vacío necesario. Al llegar el pistón al fondo, las válvulas superior del cilindro y la del condensador se cierran y el vapor entra en el cilindro por la válvula inferior, igualándose la presión en ambas partes del pistón (superior e inferior), con lo que el pistón se eleva gracias al movimiento continuado del balancín, que es arrastrado desde el cigüeñal por un volante de inercia. Esta implementación daba lugar a un gran ahorro de combustible, con el consiguiente mayor rendimiento-. Con otras mejoras posteriores se convirtió en el motor de la mayoría de las máquinas de entonces.

 

Fuente de los datos históricos y de las imágenes de esta entrada:

Historia de la ciencia.    

Carlos Solís, Manuel Sellés.

Editorial Espasa-Calpe.

  

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