LA MAQUINA DE VAPOR

La importancia de la máquina de vapor radica en su participación en la llamada Revolución Industrial, que modificó el curso de la historia de la civilización en los últimos decenios del siglo XVIII. Como consecuencia de la creación y difusión de estos equipos, se verificó una expansión económica sin precedentes en Inglaterra, con expansión posterior hacia el resto de Europa Occidental, los Estados Unidos y otras naciones del mundo. La mayor producción industrial resultante modificó el patrón de comercio en los cinco continentes e influyó indirectamente en la independencia de las colonias imperiales en distintas regiones de la Tierra.

En términos simplificados, la máquina de vapor constituye un modelo de motor de combustión externa. El calentamiento de agua con inducción de formación de vapor permite la liberación de grandes alícuotas de energía térmica, la cual es reconvertida en energía mecánica por medio de un proceso que involucra pistones, bielas y manivelas. Esta cadena de transmisión permite generar un movimiento de rotación que genera la propulsión necesaria para estructuras fabriles o para distintos vehículos, incluidos locomotoras y barcos.

El diseño original fue progresivamente sustituido por las modernas máquinas de vapor capaces de convertir la energía térmica en energía eléctrica. A tal fin, se genera un flujo continuo de vapor de agua, por lo cual se las considera en la actualidad como turbinas. Se advierte que, en virtud de la aparición de otros recursos técnicos, en los tiempos modernos las máquinas de vapor se utilizan sólo en forma ocasional y, en general, como elementos complementarios y auxiliares.

La gran importancia de las máquinas de vapor queda de manifiesto en su continuidad histórica, con distintas variaciones, casi hasta la primera mitad del siglo XX. En ese lapso, el impulso térmico generado por el carbón mineral movilizaba aún a las máquinas de vapor, hasta lograrse la mayor difusión de los modernos motores de combustión interna en los cuales se aplican combustibles fósiles. En una etapa posterior, la energía nuclear y las energías renovables (hidroeléctrica y eólica) parecen haber desplazado de modo definitivo a la máquina de vapor como recurso generador energético inmediato. No obstante, su muy bajo costo y su tecnología simple constituyen parámetros que hacen que la máquina de vapor puede constituir en una herramienta para comunidades pequeñas o como complemento para la obtención de energía en forma rápida y accesible.

ANTECEDENTES

La historia de los primeros pasos de la máquina de vapor nos exige algunas aclaraciones previas sobre los principios en que está basada y en particular sobre la evolución de las ideas referentes a la presión atmosférica.

En 1644 Torricelli enunció que la presión de la atmósfera era igual a la ejercida por una columna de mercurio de unos 760 milímetros de altura aproximadamente.

En 1654, Von Guericke, con su famoso experimento de Magdeburgo, hizo una espectacular demostró de la inmensa fuerza que la atmósfera podía ejercer. Mostró que cuando dos hemisferios de 50 centímetros de diámetro perfectamente ajustados eran unidos de manera que formasen una esfera y se hacía el vacío en su interior, dos tiros de ocho caballos cada uno no podían separarlos. En otro experimento más inmediatamente relacionado con la historia de la máquina de vapor mostró que cuando se creaba un vacío parcial bajo un émbolo de grandes dimensiones introducido en un cilindro, la fuerza sumada de cincuenta hombres no podía evitar que la presión atmosférica llevase el émbolo al fondo del cilindro.

Tales experimentos dieron vida a la idea de que si se pudiese encontrar algún medio sencillo para crear el vacío repetidas veces se podría utilizar la presión atmosférica como una ventajosa fuente de energía. En ello se basan las máquinas de vapor llamadas atmosféricas.

Máquina atmosférica de Newcomen

MÁQUINAS ATMOSFÉRICAS

Las primeras máquinas de vapor fueron llamadas con bastante frecuencia máquinas atmosféricas, puesto que era la presión de la atmósfera la que proporcionaba la fuente motriz. Después de varios intentos con distintos sistemas para conseguir el vacío necesario, el primero en utilizar el vapor de agua para este fin fue Denis Papín (1647-1714). En 1687 publica la Descripción y empleo de la nueva máquina para elevar el agua, obra en la que describe el funcionamiento básico de su máquina neumática, consistente en un cilindro vertical en el que se mueve un pistón como consecuencia del vapor del agua calentada en el fondo del cilindro. El vapor hace ascender el pistón, el cual era sostenido en el punto más alto de su recorrido. A continuación se enfriaba el cilindro con lo que el vapor condensaba, soltándose a continuación el pistón que es empujado hacía el fondo por la presión atmosférica.

La máquina de Papin no tenía demasiada importancia práctica, pero estableció el principio vitalmente importante de que se podía utilizar el vapor para mover un émbolo hacia arriba y hacia abajo en el interior de un cilindro.

En 1698, el mecánico inglés Thomas Savery (1650-1715) construye una máquina para bombear el agua de las minas de Cornualles, siendo esta la primera vez que se emplea la presión del vapor como fuerza motriz para un uso industrial. La máquina de Savery fue perfeccionada por Thomas Newcomen (1663-1729) con su máquina atmosférica, que en 1712 estaba ya en funcionamiento, y que durante casi un siglo se empleó para achicar agua de las minas.

Máquina de vapor (modelo a escala)

LA MÁQUINA DE WATT

El rendimiento de la máquina de Newcomen era poco satisfactorio, más que nada porque el vapor se enfriaba en el propio cilindro. De ello se dio cuenta un mecánico escocés llamado James Watt (1736-1819), quien al reparar una máquina de Newcomen introduce en lla importante modificaciones. Hace que el vapor se condense en un recipiente especial, el condensador, que conecta con un tubo al cilindro al que, además, cierra por sus dos extremos. De esta forma se podía mantener siempre caliente el cilindro, ahorándose una importante

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