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Una de las máquinas más sorprendentes desarrolladas por el hombre ha sido sin lugar a dudas la máquina de vapor, la cual transforma el calor en energía mecánica. Esto mantiene a los científicos increíblemente cautivados por como tal sencillo mecanismo puede producir energía. Revolucionó el mundo moderno tal y como lo conocemos, pero ¿Quién inventó la máquina de vapor?
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¿Quién inventó la máquina de vapor?
Decir cuando se inventó la máquina de vapor es algo que requiere de bastante investigación. Porque desde tiempos muy antiguos ya comenzaban a deslumbrarse mecanismos parecidos a lo que hoy conocemos como máquinas de vapor.
La historia de la máquina de vapor es más compleja y antigua de lo que se cree. Empezando por Herón de Alejandría (Siglo I D.C), había construido el primer prototipo por así decirlo de una máquina de vapor que en la Antigua Grecia se le dio el nombre de Eolípila. Este Eolípila consistía en dirigir la fuerza impetuosa de un soplo de vapor o un líquido en ebullición hacia un lugar específico que se quisiera llegar.
Sin embargo, estas máquinas que llevaban una carga de genialidad neumática y aplicación diversa no llegaron a convertirse en propulsores de un verdadero cambio energético mundial.
Las máquinas de vapor, sus creadores y sus aplicaciones en la historia
El herrero e inventor Thomas Newcomen, tiene el título de ser el primer hombre en ser quién inventó la máquina de vapor de uso práctico, esto fue concretamente en 1712, aunque hay expertos en el tema que dicen que fue en el 1705.
¿Para qué sirve la máquina de vapor de Thomas Newcomen?
Thomas Newcomen quería utilizar esta máquina para mejorar el funcionamiento de las bombas de agua en las minas y así poder profundizar en las galerías subterráneas.
¿Cómo funciona la máquina de vapor de Thomas Newcomen?
En el caso de la máquina de vapor de Thomas Newcomen el agua se pone en una caldera para generar vapor. Este vapor se conduce a un cilindro, la presión del mismo hace que comience a elevarse lentamente un pistón dentro del cilindro. Después de un tiempo, se interrumpe el suministro de vapor y en el cilindro se inyecta agua fría.
El vapor se condensa y su volumen disminuye en una proporción bastante considerable. La consecuencia está en que el cilindro se genera baja presión, y el pistón vuelve a su posición original, debido a la presión del aire que actúa desde arriba, el agua acumulada se desagota dentro del cilindro, este proceso se repite una y otra vez.
Durante mucho tiempo la actividad principal que desempeñaban las maquinas de vapor era el funcionamiento de las bombas de agua dentro de las minas de carbón. El increíble ingenio de Thomas Newcomen se hace palpable en el hecho de que esta sencilla máquina de vapor puede ser reproducida en cualquier universidad con un laboratorio neumático o mecánico.
El modelo de la máquina de vapor de Thomas Newcomen no es perfecta, es decir, a veces eran tales los fallos eximidos que eran considerables para la explotación del mineral y veces en que no funcionaba tan bien como se esperaba. Cuando la máquina se detenía bruscamente sin señales o previo aviso, era llevada al taller de James Watt para ser reparada.
¿Cuando se creó la máquina de vapor por James Watt?
James Watt logra crear una máquina de vapor que es mucho más efectiva que la de Thomas Newcomen. Sin embargo, el principio de esta historia en inventiva nos habla de que comienza a encargarse de un mecanismo desconocido para él, el cual era la máquina de vapor y su funcionamiento. Hace un descubrimiento bastante interesante, se da cuenta que la máquina de vapor y su funcionamiento a pesar de ser sencillo no era nada económico.
Es en este momento tan importante de la historia, donde a James Watt se le ocurre una fantástica idea que es tan sencilla y práctica que es difícil que a Thomas Newcomen no se le hubiera ocurrido, colocar dos cilindros en el mecanismo.
La vinculación entre Matthew Boulton y James Watt
Sin embargo, para fabricar una máquina de vapor en ese entonces que pudiera aplicarse en la práctica, James Watt necesita mucho dinero. Un rico propietario de una mina financia las investigación de James Watt sobre las máquinas de vapor y a cambio James Watt le otorga los dos tercios de derecho de la patente y 4 años más tarde. La empresa de este rico propietario quiebra y vende sus derechos de patente a un fabricante llamado Matthew Boulton, este se dio inmediatamente cuenta del enorme potencial que tenía la máquina de vapor de James Watt.
Cuando estos dos personajes se juntan crean la primera fábrica de maquinas de vapor del mundo llama “Boulton y Watt”. Y en tal solo un año comienzan a producir y ya Watt, comienza a trabajar en un proyecto para seguir mejorando la máquina de vapor, quiere mejorarla con la finalidad de llevar sus funciones a otros campos mas allá del bombeo, esa allí cuando crea una máquina de vapor de doble efecto.
¿Cómo funciona la máquina de vapor de James Watt?
Ahora para entender por qué lo hace debemos recordar que al principio el pistón se ubica en la base del cilindro, si se inyecta vapor desde abajo se genera presión sobre el pistón, al igual que en la máquina de vapor de Newcomen, el pistón se eleva debido a la presión del vapor y el peso de los mecanismos de la bomba. Es aquí donde llega el ingenio de James Watt, el cual en este momento del proceso corta el suministro de vapor y en su lugar se abre una tubería que conduce al segundo cilindro, el cual se le conoce como “el condensador”.
Al enfriar el vapor la presión desciende y vuelve a mover al pistón hacia abajo, después de esto, se vuelve a cerrar la conexión con el condensador y vuelve abrir la válvula de vapor, y este proceso puede volver a iniciarse desde el principio sin la necesidad de enfriar el cilindro de vapor. James Watt notó que el agua inyectada en el cilindro para volver a condensar el vapor enfrió considerablemente sus paredes. Su idea de usar un condensador externo resulto en todo un éxito inventivo.
¿Cómo funciona la máquina de vapor de doble efecto?
Esta máquina funciona haciendo fluir el vapor hacia el centro lo cual causa que el pistón se mueva hacia abajo, según el mecanismo de James Watt una vez que el pistón ha llegado abajo la presión del vapor tiene que moverse en dirección opuesta. Para lograrlo, se interrumpe el suministro de vapor de arriba y en su lugar se abre el que está por debajo. Una vez que el vapor ingresa desde el cilindro de abajo impulsando el pistón otra vez hacia arriba.
Para que el vapor que está arriba no impida el movimiento, al cerrar el suministro de vapor se abre al mismo tiempo el camino hacia el condensador, una vez llegado a arriba todo el proceso vuelve a comenzar desde el principio. Se abre el suministro de vapor de arriba, se cierra abajo y al mismo tiempo se libera el pasaje del vapor sobrante hacia el condensador.
Gracias a su ingenio, James Watt, logra aprovechar ambos movimientos del pistón, es decir el ascenso y el descenso lo cual aumenta el rendimiento en casi un 100%. También la maquina puede adecuarse para transformar el movimiento alternativo del pistón en un movimiento rotativo, de este modo la máquina de vapor no solamente puede usarse para extraer agua de las minas, sino que también sirve para impulsar a otras máquinas.
El ingenio de James Watt en las máquinas de vapor
Con tal destreza Watt desarrolla un mecanismo llamado el engranaje planetario, el cual es un mecanismo de transmisión especial. Además, que utilizando un volante grande y pesado, da paso un sistema de rotación regular. Sin embargo, comienza a ver un problema y es que si en dado caso que una fabrica quisiera producir a mucha escala y deberían funcionar varios telares al mismo tiempo. Esto puede generar una sobre carga que altera enormemente la cantidad de revoluciones de las máquinas de vapor.
James Watt se dio cuenta que para compensar esta alteración debe regular el suministro de vapor en forma manual. En 1788, logra solucionar el problema desarrollando un dispositivo que controla el número de revoluciones de forma automática conocido como el regulador centrífugo. Si aumenta la velocidad de la máquina de vapor la fuerza centrifuga generada hace que dos masas giratorias se muevan hacia fuera.
Este movimiento se transmite a las válvulas de mariposa, lo cual hace que se reduzca el suministro de vapor hacia el cilindro proveniente de la caldera y la maquina vuelve a funcionar a su velocidad original. Si es a la inversa, es decir, si la marcha es retardada abriendo la válvula mariposa se incrementa de forma consecuente el numero de revoluciones, el ingenio de James Watt creo nada más y nada menos que un sistema regulador automático.
Para comprobar la calidad y mejora de su nuevo sistema rotativo automático en la máquina de vapor y su funcionalidad. James Watt introdujo una medida para verificar su rendimiento, los caballos de fuerza. La utiliza de manera más precisa al utilizarla con el tamaño de una máquina de vapor que se iba a fabricar para un aserradero. Los datos sobre el rendimiento acerca de los caballos de fuerza utilizados, le fueron proporcionados por el molinero.
La revolución industrial y la máquina de Vapor
La primera revolución industrial ha sido un momento espectacular en la historia contemporánea de Europa que luego paso a ser parte del legado humano y cambio nuestra forma de vivir y pensar. En unas pocas décadas, el continente europeo y después el mundo, se cubrieron con fábricas, minas de carbón, fundiciones y otros talleres.
Uno de los grandes factores que genero la Revolución Industrial fue cuando se invento la máquina de vapor. Esto tuvo grandes consecuencias tanto económicas como financieras. Con el desarrollo de sociedades cotizadas de capital social, político y con la aparición de una clase trabajadora y los sindicatos.
La primera revolución industrial no afectará a todos los países al mismo tiempo. Son países favorecidos que tienen carbón en grandes cantidades. El primer país en cuestión es el Reino Unido en el siglo XVIII. Luego, desde 1830, seguirá Francia, Bélgica, Suiza y Suecia, luego Alemania y los Estados Unidos.
¿Quién inventó la máquina de vapor en el ferrocarril?
Primero aparecieron las máquinas de vapor en el ferrocarril mejor conocidas como locomotoras en los años 1800 después de la invención de la máquina de vapor. La eficiencia se mejora con el principio de una máquina de doble acción (o doble acción) en la que un cajón deslizante distribuye la presión hacia la derecha y hacia la izquierda para que pueda estar en movimiento, así como a la vuelta.
Richard Trevithick en 1804, fue uno de los primeros en colocar las máquinas de vapor sobre ruedas y así dar paso a las primeras locomotoras del ferrocarril. Desde el momento en que la máquina de vapor opero en ruedas de paletas y hélices dio luz a que las maquinas de vapor marino poco a poco sustituyeran al velero. Esto también produjo que comenzaran a conducirse vagones de vapor por las carreteras e incluso volarán aviones a vapor.
La explotación de estos vehículos ferroviarios por durante más de 150 años, fue uno de los pilares de la revolución industrial. A parte, un legado histórico dentro de los medios de transporte en masa, aunque sus baja eficiencia conllevo su desaparición del mercado por motores diesel y eléctricos en 1960.
¿Cómo funciona máquina de vapor en el ferrocarril?
Una locomotora de vapor convierte la energía calorífica en calor, Quemando carbón y luego recuperando el calor para calentar el agua y convirtiéndola en vapor. Luego, se calienta y limita el vapor producido para obtener vapor a alta presión, se usa esa presión generada para empujar un pistón dentro de un cilindro, se transforma el movimiento de traslación del pistón en un movimiento giratorio por medio de un sistema de biela y se termina expulsando los gases de combustión y el vapor de agua. El pistón está conectado a un eje y las barras de acoplamiento pueden impulsar otros ejes.
La máquina de vapor, como tal, ha ido evolucionando desde el primer concepto de su creación. Cada mente ha adaptado la idea y uso según la época y función específica, así que no podríamos decir que la máquina de vapor tuvo un solo creador. Tendríamos que hablar más bien, de un trabajo en equipo para poder tener este fabuloso invento que tenemos hoy en día.