Cómo funciona la máquina de vapor
La historia de la máquina de vapor se remonta al siglo I d.C., cuando Hero de Alejandría describió por primera vez el «eolípilo». Más de 1.500 años después, las formas primitivas de turbinas accionadas por la fuerza del vapor fueron explicadas por Taqi al-Din en 1551, así como por Giovanni Branca en 1629. Se trataba de pequeños gatos de vapor o de dispositivos de escape. Fueron utilizados principalmente por los inventores para demostrar que la ingeniería de la fuerza del vapor no debía ser subestimada.
Los mineros se enfrentaron a un importante reto industrial durante el siglo XVIII, relacionado con la extracción de agua de las minas profundas. En esta época se demostró el verdadero poder del vapor, ya que la energía se utilizaba para bombear el agua desde las profundidades de las minas. Con ello, se descubrió el poder potencial del vapor, lo que llevó a la invención de una máquina de vapor completa.
Las centrales eléctricas de vapor del mundo moderno llegaron más tarde. El principio básico sobre el que funcionaban las primeras máquinas de vapor era la «condensación del vapor de agua para crear un vacío». Más tarde, pasaría a depender de la potencia de expansión del vapor para impulsar los pistones en ambas direcciones.
Vape de la máquina de vapor
Una máquina de vapor es un motor térmico que realiza trabajo mecánico utilizando vapor como fluido de trabajo. La máquina de vapor utiliza la fuerza producida por la presión del vapor para empujar un pistón hacia adelante y hacia atrás dentro de un cilindro. Esta fuerza de empuje puede transformarse, mediante una biela y una manivela, en fuerza de rotación para realizar trabajo. El término «máquina de vapor» se aplica generalmente sólo a las máquinas recíprocas que acabamos de describir, no a la turbina de vapor. Las máquinas de vapor son motores de combustión externa,[1] en los que el fluido de trabajo está separado de los productos de la combustión. El ciclo termodinámico ideal utilizado para analizar este proceso se denomina ciclo Rankine. En el uso general, el término máquina de vapor puede referirse a plantas de vapor completas (incluyendo calderas, etc.), como las locomotoras de vapor de los ferrocarriles y las máquinas portátiles, o puede referirse a la maquinaria de pistón o turbina sola, como en la máquina de viga y la máquina de vapor estacionaria.
Aunque los dispositivos accionados por vapor ya se conocían en el siglo I d.C., con algunos otros usos registrados en el siglo XVI, en 1606 Jerónimo de Ayanz y Beaumont patentó su invención de la primera bomba de agua accionada por vapor para el drenaje de minas. Thomas Savery es considerado el inventor del primer dispositivo accionado por vapor utilizado comercialmente, una bomba de vapor que utilizaba la presión del vapor operando directamente sobre el agua. El primer motor comercialmente exitoso que podía transmitir potencia continua a una máquina fue desarrollado en 1712 por Thomas Newcomen. James Watt introdujo una mejora fundamental en 1764, al trasladar el vapor gastado a un recipiente separado para su condensación, lo que mejoró en gran medida la cantidad de trabajo obtenida por unidad de combustible consumido. En el siglo XIX, las máquinas de vapor fijas impulsaban las fábricas de la Revolución Industrial. Las máquinas de vapor sustituyeron a las velas de los barcos de vapor de paletas, y las locomotoras de vapor funcionaron en los ferrocarriles.
Máquina de vapor Newcomen
El descubrimiento de que el vapor podía aprovecharse y hacerse funcionar no se atribuye a James Watt (1736-1819), ya que las máquinas de vapor que se utilizaban para bombear el agua de las minas en Inglaterra ya existían cuando nació Watt. No sabemos exactamente quién hizo ese descubrimiento, pero sí sabemos que los antiguos griegos disponían de toscas máquinas de vapor. Sin embargo, a Watt se le atribuye la invención del primer motor práctico. Por ello, la historia de la máquina de vapor «moderna» suele comenzar con él.
En 1763, cuando tenía veintiocho años y trabajaba como constructor de instrumentos matemáticos en la Universidad de Glasgow, le llevaron a su taller un modelo de la máquina de bombeo de vapor de Thomas Newcomen (1663-1729) para repararlo. Watt siempre se interesó por los instrumentos mecánicos y científicos, en particular por los relacionados con el vapor. La máquina de Newcomen debió de entusiasmarle.
Watt montó el modelo y lo observó en funcionamiento. Observó cómo el calentamiento y el enfriamiento alternados de su cilindro desperdiciaban energía. Tras semanas de experimentación, llegó a la conclusión de que, para que el motor fuera práctico, el cilindro debía mantenerse tan caliente como el vapor que entraba en él. Sin embargo, para condensar el vapor, debía producirse un enfriamiento. Ese fue el reto al que se enfrentó el inventor.
Qui va inventar la máquina de vapor
La invención de la máquina de vapor no se puede atribuir a una sola persona, ya que fue el resultado de una serie de innovaciones. A menudo, se menciona a Thomas Newcomen como uno de los primeros en desarrollar una máquina de vapor efectiva en el siglo XVIII. Sin embargo, es James Watt quien es más reconocido por sus mejoras significativas que hicieron la máquina de vapor más eficiente y práctica para el uso industrial.
En resumen, aunque Thomas Savery y Thomas Newcomen realizaron contribuciones importantes, muchas personas se preguntan: ¿qui va inventar la máquina de vapor? La respuesta es que fue un proceso colaborativo que involucró a varios inventores a lo largo de los años. Desde los experimentos iniciales de Hero de Alejandría hasta las innovaciones de Watt, la máquina de vapor evolucionó gracias a las aportaciones de muchos.
Máquina de vapor de triple expansión
Las máquinas de vapor encontraron muchos usos en una variedad de industrias, sobre todo en la minería y el transporte, pero su popularización dio forma a casi todos los aspectos de la sociedad industrial, incluyendo dónde podía vivir, trabajar y viajar la gente; cómo se producían, comercializaban y vendían los bienes; y qué innovaciones tecnológicas siguieron.
Una de las primeras empresas británicas de ingeniería y fabricación que se dedicaba a diseñar y fabricar máquinas de vapor marinas y estacionarias fue fundada en 1775 en las West Midlands inglesas, en torno a Birmingham, como sociedad entre el fabricante inglés Matthew Boulton y el ingeniero escocés James Watt. La empresa desempeñó un papel importante en la Revolución Industrial y se convirtió en uno de los principales productores de máquinas de vapor en el siglo XIX.
Es un tipo de máquina de vapor en la que se utiliza una viga superior pivotante para aplicar la fuerza de un pistón vertical a una biela vertical. Esta configuración, en la que el motor acciona directamente una bomba, fue utilizada por primera vez por Thomas Newcomen hacia 1705 para extraer agua de las minas de Cornualles.