maquina de vapor

  Vamos a estudiar la máquina de vapor haciendo un recorrido por las diferentes máquinas que trabajaban a vapor hasta llegar a la que se considera la primer maquina de vapor.

   Maquina de Vapor

   Una máquina de vapor es una máquina que utiliza el vapor producido en un fluido (agua) al calentarlo para producir trabajo.

   A lo largo de la historia el hombre a utilizado el vapor producido al calentar el agua. Varios inventos funcionaban con este vapor, pero no fué hasta 1972 cuando Newcomen inventó una máquina que realmente realizaba un trabajo para el hombre, bombeando el agua que se producía en el interior de la minas.

   Veamos la historia de las Máquinas de Vapor.

   La Primeras Máquinas de Vapor

   Hay escritos que datan de la época de los egipcios, en los cuales se dice que Herón (quien residía en la ciudad de Alejandría), habló alguna vez sobre las máquinas de vapor En estos manuscritos, se describe, existen otros personajes que habrían desarrollado este tipo de   máquinas, aparte de los ensayos realizados por el mismo Herón. Nada de esto está muy claro. 

   La máquina que vemos más abajo es la inventada por Heron de Alejandría. Calentaba agua dentro de una esfera de metal y el vapor de agua salía por los orificios "d" en extremos opuestos, produciendo un giro en la bola. 





   Dentro de las estructuras que habrían utilizado una máquina de vapor, se cuentan algunas puertas en templos, las cuales se abrían o cerraban bajo la influencia de esta máquina.  Asimismo, una máquina de vapor, sería la causante del movimiento de ciertas figuras en algunos altares de importancia de aquella época.

   Inicios de la Máquina de Vapor Actual

   Pero el inicio de la era de las máquinas de vapor empezó con Eduard Somerst (marqués de Worcester, Inglaterra) en 1663. Basándose en el principio de que si en una botella de agua de plástico metemos vapor de agua y la ceramos, cuando enfriamos el vapor, al condensarse, la botella se aplastaría. Es decir el vapor de agua al enfriarse disminuye la presión. Si la boca de la botella estuviera abierta y en contacto con agua de un recipiente, el agua del recipiente entraría en la botella ascendiendo. Esta disminución de la presión del vapor de agua al enfriarse dio lugar a que Somerst pensará en una máquina capaz de subir agua en los pisos de la construcción. En 1663 presentó su libro "Un siglo de invenciones",donde ya plantea los principios de su máquina a vapor que elevaba volúmenes de agua.

   El problema es que Somerst no encontró capital suficiente para vender y producir su máquina. Ni siquiera la patento, lo que hace que la mayoría de la gente no le considere el inventor de la máquina. Podríamos considerar a Somerst como el ideólogo (el que tuvo la idea) de la primera máquina de vapor.

   En aquella época había en Inglaterra un gran problema. El agua que inundaba las minas. Tuvo que llegarThomas Savery (1650-1715, mecánico inglés) que mejoró la máquina de Somerst y la patentó. Esto hace que se le considere el verdadero inventor de la máquina de vapor, ya que su máquina si se comercializó e incluso fue evolucionando. En su época constituyó un gran avance en la industria minera, resolviendo el problema del agua en las minas. Pero ¿Cómo funcionaba su máquina? .




   Funcionamiento de la Máquina de Savery

   La máquina de Savery utilizaba el vació que hacia el vapor de agua al condensarse para extraer el agua del fondo de las minas de la siguiente manera (ver ilustración de abajo). Calentamos el agua el en deposito 1 y se convierte en vapor. Abrimos la válvula 3 y metemos el vapor en el deposito 2. Como en este momento la Ve (válvula de entrada) está cerrada y la Vs (válvula de salida) está abierta, el vapor empuja el agua del depósito 2 hacia arriba saliendo por 5 (Esto podría ser el primer ciclo de la máquina). Ahora cerramos 3 y el vapor como está en contacto con el agua líquida se enfría y hace el vació, succionando el agua del fondo de la mina 4, y subiendo al depósito 2 (este podría ser el 2º ciclo tiempo). En este momento volvemos abrir la válvula 3 y se repite el proceso.

   Pero su máquina tenia 2 graves problemas: Trabajaba con altas presiones (riesgo de explosión) y la caldera formaba parte de la máquina (estaba todo junto), lo que hacia que tenía que estar la caldera en el interior de la mina. Esto causaba un enorme riesgo para los mineros si explotaba la caldera. Murió por la explosión de la caldera de una de sus propias máquinas.

   Thomas Newcomen Herrero, inventor y socio de Thomas Savery , nació en Darthmouth, Inglaterra. En 1705 desarrolló la llamada por su inventor, máquina de vapor atmosférica. Newcomen resolvió los 2 problemas de Savery, construyendo una máquina en la que incorporaba un cilindro con un pistón fuera de la mina que se movía con el vapor producido por una caldera. Ese movimiento lo transmitía al otro extremo de un balancín moviendo una barra (hacia arriba y abajo) que accionaba una bomba de extracción colocada en el interior de la mina.



   Esta máquina trabajaba con presiones más bajas y además la caldera estaba situada en el exterior de la mina (separada de la bomba). Problemas resueltos. ¿Cómo funcionaba su máquina?.

   El Verdadero Inventor de la Máquina de Vapor

   En la máquina de Newcomen vemos como utiliza el cilindro con un pistón en su interior. El vapor mueve el cilindro hacia arriba y cuando esta en la parte superior se echa agua fría, procedente del pequeño deposito de agua y lo condensa haciendo el vació en el interior del cilindro y haciendo que este baje. También se ve el balancín que separaba la caldera de la bomba que estaría en el otro extremo del balancín haciendo el vació con el movimiento de arriba-abajo y sacando el agua de la mina (la bomba no se ve en el dibujo). Para mi, y según la humilde opinión del que escribe este artículo, considero que Newcomen fue el verdadero inventor de la máquina de vapor.

   Pero eso no lo resolvió todo, su máquina tenia otros problemas que tuvo que resolver James Watt.
 
   La máquina de Newcomen enfriaba el vapor de agua en el propio cilindro echando agua, esto hacia que la máquina tuviera grandes pérdidas por el enfriamiento del cilindro. James Watt invento el condensador o cámara de condensación que lo que hacia era condensar el vapor fuera del cilindro con un mayor rendimiento ya que el cilindro se mantenía siempre caliente. Esto fue un gran avance, pero además de esto la máquina de Newcomen solo se movía hacia arriba y hacia abajo con el balancín, Watt invento un mecanismo que convertia este movimiento rectilineo en giratorio. 

   Esto hizo que a partir de ahora se podía utilizar la máquina de Watt para motores, locomotoras, bombas, máquinas-herramientas, etc. A James Watt se le considera el creador e inventor de la verdadera máquina de vapor que revolucionara el mundo y diera origen a la Revolución Industrial (Si quieres saber más sobre la Revolución Industrial vete al enlace anterior).

   ¿Cómo funcionaba la máquina de Watt? (Ver imagen de abajo)

   Podemos apreciar como el vapor entra por los dos lados del pistón. En la carrera ascendente entra el vapor por A y empuja el pistón hacia arriba. Una vez arriba entra el vapor por C y lo empuja hacia abajo, haciendo que el vapor anterior pase al condensador por D enfriándolo fuera del cilindro. Cuando metemos de nuevo vapor por debajo (por A) sube empujando el vapor de la parte superior hacia el condensador ya que C está cerrada y B abierta. Esto hace que empuje el agua que hay dentro del condensador por D de nuevo hacia la caldera. También se aprecia el mecanismo de biela-manivela para transformar el movimiento rectilíneo en circular. 






La mejor forma de entender el funcionamiento es viendo el siguiente video:
 


   La falsa idea de considerar a Watt como el verdadero inventor de la máquina de vapor se debe al gran número de aportaciones que hizo para su desarrollo. Inventó el regulador centrífugo ó de bolas en 1788 para controlar la presión de la caldera, inventó la unidad de caballos de vapor y la unidad eléctrica de potencia el vatio (watt) que recibió el nombre en su honor.