Motor de vapor de la industrialización
Durante siglos, el hombre ha intentado aprovechar la fuerza mecánica del calor y el agua. Ya en el año 200 a.C., Héroe de Alejandría describió un dispositivo llamado eolípilo, considerado la primera máquina de vapor de la que se tiene constancia. Una bola que contenía agua se montaba sobre un caldero y, al calentarse, dos tubos doblados que sobresalían disparaban chorros de vapor, haciendo girar la bola. En los siglos siguientes se concibieron muchos dispositivos de este tipo a medida que los científicos estudiaban los principios de la hidráulica, la neumática y las propiedades de los gases, pero estos dispositivos no realizaban un trabajo real. No fue hasta el siglo XVIII en Gran Bretaña cuando la máquina de vapor empezó a cambiar no sólo la cara de la industria, sino la relación de la humanidad con el trabajo y la sociedad.
Cómo funciona una máquina NewcomenSe hierve agua para crear vapor que empuja hacia arriba un pistón en un cilindro. El vástago del pistón está unido a un travesaño y, a medida que el pistón sube, el peso de una barra de bombeo colgada en el extremo opuesto del travesaño tira hacia abajo. Cuando el pistón llega a la parte superior del cilindro, se inyecta un chorro de agua en el cilindro del pistón que hace que el vapor se condense, aspirando el pistón de nuevo hacia abajo. El agua de refrigeración se drena y el ciclo se repite indefinidamente.
Primera máquina de vapor comercial
James Watt no inventó la máquina de vapor, pero sí creó la primera moderna del mundo y desarrolló los medios para medir su potencia. En la década de 1760, el inventor escocés empezó a retocar una versión anterior del motor diseñada por Thomas Newcomen. El diseño de Newcomen requería un enfriamiento y recalentamiento constantes, lo que suponía un gran gasto de energía. La innovación de Watt consistió en añadir un condensador independiente, lo que mejoró enormemente la eficiencia del motor. Watt, que era un hábil vendedor, sabía que necesitaba una forma de comercializar su nuevo producto. Calculó la potencia que podía producir un solo caballo trabajando en un molino durante un periodo de tiempo (aunque muchos científicos creen ahora que sus estimaciones eran demasiado elevadas), una cifra que bautizó como “caballo de vapor”. A partir de esta unidad de medida, elaboró una cifra que indicaba cuántos caballos podía sustituir uno de sus motores. La táctica de venta funcionó -todavía hoy utilizamos el término “caballo de vapor”- y sus máquinas pronto se convirtieron en el estándar de la industria, lo que condujo directamente a la invención de la primera locomotora de vapor en 1804. La primera locomotora de vapor de Estados Unidos perdió una carrera contra un caballo.
Máquina de vapor moderna
La primera máquina de vapor rudimentaria de la que se tiene constancia fue el eolípilo, mencionado por Vitruvio entre el 30 y el 15 a.C. y descrito por Herón de Alejandría en el Egipto romano del siglo I.[1] Más tarde se experimentaron o propusieron varios dispositivos accionados por vapor, como el gato de vapor de Taqi al-Din, una turbina de vapor en el Egipto otomano del siglo XVI y la bomba de vapor de Thomas Savery en la Inglaterra del siglo XVII. En 1712, la máquina atmosférica de Thomas Newcomen se convirtió en el primer motor de éxito comercial que utilizaba el principio del pistón y el cilindro, que fue el tipo fundamental de máquina de vapor utilizado hasta principios del siglo XX. La máquina de vapor se utilizaba para bombear agua de las minas de carbón.
Durante la Revolución Industrial, las máquinas de vapor empezaron a sustituir a la energía hidráulica y eólica, y acabaron convirtiéndose en la fuente de energía dominante a finales del siglo XIX y permaneciendo así hasta las primeras décadas del siglo XX, cuando la turbina de vapor, más eficiente, y el motor de combustión interna provocaron la rápida sustitución de las máquinas de vapor. La turbina de vapor se ha convertido en el método más común de accionamiento de los generadores de energía eléctrica[2]. Se está investigando la posibilidad de revivir la máquina de vapor alternativo como base de la nueva ola de tecnología de vapor avanzada.
Máquina de vapor Heron
La invención de la máquina de vapor durante la Revolución Industrial es quizá uno de los acontecimientos más significativos de este periodo. La primera máquina de vapor fue inventada por Thomas Newcomen, en 1712. Newcomen trabajaba como ferretero en Devon (Inglaterra) y fabricaba artículos mineros para los propietarios de las minas de estaño y carbón de Cornualles, que a menudo se quejaban de que tenían problemas con las inundaciones en sus minas. Los métodos tradicionales para eliminar el agua de las minas eran lentos y suponían un duro trabajo. Newcomen se dio cuenta de que podía ayudar a los propietarios de las minas de estaño, así que desarrolló un motor de bomba que utilizaba un pistón en un cilindro; fue el primero de su clase. Por lo tanto, el primer uso principal de la máquina de vapor en la Revolución Industrial fue para extraer el agua de las minas de una manera más eficiente para permitir una extracción más rápida de los minerales importantes.
La máquina de vapor fue mejorada posteriormente por el inventor británico James Watt. En 1764, Watt recibió una máquina de vapor Newcomen para reparar. Empezó a trabajar en ella y pronto se dio cuenta de que era ineficiente. Por ello, Watt quiso mejorar el diseño. Tuvo éxito y encontró la manera de evitar que el vapor se escapara de la máquina añadiendo una cámara de condensación separada. Watt patentó su nuevo diseño de máquina de vapor y preparó el camino para otros trabajos de diseño mecánico. Con las mejoras de Watt, las máquinas de vapor pronto se utilizaron en muchas industrias diferentes y para muchos propósitos. Fueron adquiridas por los propietarios de minas, fábricas de algodón y fábricas de agua y, como resultado, las máquinas de vapor ayudaron a impulsar la Revolución Industrial, permitiendo que el trabajo, antes muy manual, fuera sustituido por motores.