SIGLO DE LA RAZÓN La Máquina de Vapor

SIGLO DE LA RAZÓN

La Máquina de Vapor 

A finales del siglo XVII la conversión de la leña al carbón ya estaba en pleno vuelo. Pero la extracción del carbón no resultó ser tan fácil. A medida que se excavaba, la mina se profundizaba más y más, y entre más profunda, más se inundaba y se hizo necesario bombear el agua fuera de las minas y se iniciaron los esfuerzos por utilizar el vapor de agua para lograr el cometido.
Como precursor, se conoce que Heron de Alejandría realizó el primer intento de usar el vapor en forma práctica. Es famoso por concebir mecanismos asombrosos como abrir las puertas de un templo.
Además, desde la antigüedad se conocía la bomba para extraer agua, que al crear vacío, la naturaleza, según Aristóteles, se apresuraba a llenar ya que no podía existir. Lo que no podía explicar era por qué no podía elevar agua más de 10 metros, problema que resolvió, en 1644, Evangelista Torricelli con la asistencia de Vicenio Viviani, quienes trabajaban con Galileo.
Sus experimentos demostraron que el aire pesa y fuerza al agua a subir (para llenar el cilindro de la bomba). El peso del aire es insuficiente para levantar el agua más de los 10 metros.

Así que extraer el agua de las minas inundadas era imposible con los métodos tradicionales debido a la profundidad de las minas. En 1698 Thomas Savery
(ver diagramas) (1650? – 1715) construyó una bomba de vapor práctica haciendo que el vapor llenara un recipiente grande. Luego se cierra la válvula del vapor y luego se enfría el recipiente de metal con agua fría. El vapor se condensa. Esto produce un vacío parcial y el agua se succiona desde la mina de carbón al recipiente. La válvula del vapor se abre una vez más, el agua sube (más) debido al vapor y de nuevo se llena el recipiente. En 1698 Savery patentó su máquina a la que llamó “amiga del minero” para “extraer agua con fuego”.
Debido a la baja presión del vapor, la bomba de Savery no era eficiente y tenía sus límites. La caldera, los tubos y los recipientes de la época estaban soldados con estaño y no podía soportar la alta presión necesaria para resolver el problema. A pesar de los esfuerzos por mejorarla, la bomba se usó poco y pronto se abandonó.

Thomas Newcomen (1663 – 1729) (ver animación) se ingenió cómo mover el pistón dentro del cilindro por presión atmosférica gracias al vacío parcial creado al condensar el vapor. Su máquina tuvo éxito. Después de 10 años de experimentos, debido a la patente de Savery, tuvo que asociarse con el para producir su “máquina atmosférica” que tenía un pistón conectado a una gran viga. El otro extremo estaba conectado a un pistón muy pesado. En 1725, la máquina de Newcomen se empleó con éxito en muchas minas de carbón pero también se utilizó para llevar agua a los molinos de agua.
La máquina era lenta e ineficiente. Cada inyección de agua enfriaba el cilindro y el vapor se gastaba en recalentar el cilindro para el siguiente paso. La eficiencia térmica de la máquina era del orden de 1%, i.e., por cada 100 Kg. de carbón solo 1 Kg. se empleaba en bombear agua. A pesar de esta grave deficiencia, la máquina de Newcomen trabajó sin rival por más de 60 años y se empezó a emplear fuera de Inglaterra.

En 1757 James Watt (1736 – 1819) (ver animación) se enroló en la Universidad de Glasgow, Escocia, como fabricante de instrumentos. Ahí adquirió su interés de toda la vida por las máquinas de vapor. Se familiarizó con la máquina de Newcommen cuando reparaba el modelo que poseía la universidad. Después de cuidadoso análisis, Watt comprendió que el exceso de vapor que usaba la máquina de Newcomen se debía a tener que recalentar el cilindro después de cada inyección de agua fría.
Watt escribió: “…la idea me vino a la mente, que, siendo el vapor un cuerpo elástico, llenará el vacío, y, si se establece comunicación entre el cilindro y un recipiente desocupado, el vapor pasará a él, y podrá condensar ahí sin enfriar el cilindro”.
Watt construyó el primer modelo y decidió que el vapor fuera al cilindro por encima del pistón. En 1769 patentó su invento como “nuevo método para reducir el consumo de vapor y de combustible en máquinas de vapor”. Watt se asoció con un gran industrial de Birmingham, Matthew Boulton, para construir sus máquinas.En 1776 Watt construyó una versión mejorada, al poder perforar el cilindro con una precisión nunca antes vista. Su versión final estaba lista en 1778.
En 1782 construyó una máquina de doble acción. Con esta mejora, la máquina tenía doble poder con el mismo desplazamiento.
Watt nunca empleo vapor a alta presión, ya que temía que ni la caldera ni la máquina eran lo suficientemente resistentes para tal presión con el hierro y la tecnología de la época.

Para 1800, Boulton había vendido 289 de las nuevas máquinas en Inglaterra y en Europa. El siglo XIX vería la expansión de la revolución industrial por Europa que producirá cambios no solo en la manufactura y metalurgia sino en el transporte, en la política económica y en la estructura social.
Visite el Museo Metropolitano de Arte