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Máquina de vapor - Año 1698

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Máquina de vapor - Año 1698

 

Fotos en el album: 58

 

Si bien la máquina de vapor no fue la primera máquina autopropulsada de la historia, ya que ese título le corresponde al molino de agua, a diferencia de este último, la máquina de vapor no requería estar al lado de una corriente fluvial ni dependía del entorno geográfico, por lo que podía funcionar en cualquier lugar y su rendimiento era muy superior al de cualquier molino.

La máquina de vapor fue la primera de una interminable serie de aparatos automatizados o autopropulsados que irían apareciendo desde 1698 y que no pararían de desarrollarse hasta el día de hoy. Se trata de un invento revolucionario, ya que cambió para siempre la forma de vivir de la gente, los modos de producción, las cantidades producidas, la economía, la sociedad y el nivel de vida de las personas, entre otros aspectos. Fue quizás el elemento principal que propició a la llamada Revolución Industrial, para muchos, el tercer gran salto revolucionario en lo que respecta al progreso de la humanidad, luego del control del fuego y la revolución agrícola del Neolítico que dio comienzo a la civilización humana.

Todo comenzó en Gran Bretaña. A partir de la aparición de la máquina de vapor empezaron a cambiar las cosas; primero se utilizaba esta máquina para extraer agua de las minas de una manera más eficiente, luego se aprovechó para ir automatizando los procesos de producción industrial; esto requirió el uso de materia prima necesaria para generar el vapor, por lo que se comenzaron a explotar como nunca antes las minas de carbón mineral; a eso hay que sumarle que gracias a una serie de medidas mejoró la productividad agrícola en Gran Bretaña (Revolución Agrícola Británica), reduciendo la cantidad de mano de obra necesaria en el campo, por lo que mucha gente quedó desempleada y lo único que les quedó por hacer es mudarse a las grandes ciudades en busca de trabajo. Esto último puso a disposición una gran oferta de mano de obra para las nacientes industrias, además de superpoblación y hacinamiento en los grandes centros urbanos. Si le agregamos la explotación obrera, por parte de los grandes empresarios, esto provocó los grandes movimientos políticos y sociales en defensa de los derechos del proletariado y la toma de medidas para mejorar las condiciones de vida en las grandes ciudades a partir de la segunda mitad del siglo XIX, con la construcción de servicios públicos como sistemas hidráulicos y de saneamiento, de barrios obreros con casas dignas con acceso a agua potable, la apertura de grandes avenidas para facilitar el transporte, la iluminación y pavimentación de las calles.

Por otro lado, la máquina de vapor también provocó la aparición de medios de transporte autopropulsados mediante motores a vapor, como los barcos a vapor y el ferrocarril, que se convirtió en el transporte más veloz que vio la humanidad hasta entonces, desplazando a los carruajes a caballo como principal vehículo en viajes terrestres largos. La máquina a vapor, directa o indirectamente, mecanizó, industrializó y urbanizó al mundo, además de ayudar a acelerar los procesos de producción, acercar a lugares hasta entonces aislados entre sí al disminur notablemente los tiempos de viaje, incrementar la tasa de crecimiento demográfico y a largo plazo a mejorar los estándares de vida de la población obrera y otorgar mayor igualdad de derechos para toda la población. En otras palabras, la máquina de vapor puede considerarse como el puntapié inicial del mundo contemporáneo y tecnológicamente avanzado.

Todo comenzó en 1698 cuando el ingeniero e inventor británico, Thomas Savery diseñó una bomba automática propulsada a vapor para quitar el agua de las minas inundadas. El sistema contaba con una caldera con carbón ardiente que calentaba un tanque con agua, generando vapor. Este vapor se dirigía hasta otro tanque conectado a unos tubos que se introducían en el agua de la mina. Dicho tanque se cerraba con unas válvulas y se enfriaba desde afuera con agua fría; esto condensaba inmediatamente al vapor generando un vacío parcial en el tanque, lo cual a causa de la presión atmosférica hacía que el agua de la mina ascendiera por el tubo, siendo extraída. Su funcionamiento es similar al del efecto sorbete o popote, explicado aquí.

Sin embargo, esta máquina no contaba con un pistón, era poco eficiente y su tanque era bastante peligroso, de hecho en 1705 una explosión de uno de estos tanques de la máquina de Savery, cerca de la localidad inglesa de Wednesbury, puso fin a los intentos de seguir comercializando este aparato. Un ejemplo de la máquina de Savery puede observarse en la esquina superior izquierda de la imagen.

Fue recién en 1712 que el inventor británico Thomas Newcomen, creó la primera máquina de vapor a la que se le podían dar usos comercialmente prácticos. Esta máquina estaba compuesta por una caldera con carbón mineral que al calentar a un tanque lleno de agua, generaba vapor que empujaba una válvula y entraba a un cilindro empujando un pistón unido a una viga cuya mitad ascendía. Al llegar este pistón al tope del cilindro, se abría otra válvula que dejaba pasar dentro del cilindro agua fría proveniente de otro tanque que al rociarse, condensaba inmediatamente al vapor, lo cual generaba al instante un vacío que hacía caer al pistón y por ende descender a la mitad de la viga que había ascendido. Este proceso o ciclo se repetía una y otra vez, generando un movimiento mecánico en la viga que subía y bajaba y la extracción de agua de las minas, ya que el lado opuesto de la viga cumplía la función de bomba de agua. Esta máquina tenía la capacidad de producir hasta 5 HP (caballos de fuerza) y hacia 1735 habían en Gran Bretaña más de 100 bombas de agua basadas en la máquina de vapor de Newcomen. En la esquina superior derecha de la imagen se puede ver un esquema de la máquina de Newcomen.

Sin embargo, el uso de la máquina de vapor no estaba muy difundido y no tenía muchos otros usos aparte de bombas de agua hasta que en la década de los años 1760s el ingeniero e inventor británico, James Watt, se dio cuenta que aproximadamente el 80% de la energía del vapor era desperdiciada y en lugar de generar fuerza motriz, terminaba convirtiéndose en energía térmica para calentar al cilindro del pistón. Esto ocurría porque al rociarse agua fría dentro del cilindro para condensar al vapor, también se enfriaba el cilindro, haciendo que al entrar el vapor en el siguiente ciclo, parte de éste se condensara, por lo que tardaba un poco más en ejercer presión sobre el pistón, ya que primero el movimiento de este mismo vapor tenía que convertirse en energía térmica para recalentar al cilindro enfriado y recién luego su energía podía utilizarse para mover al pistón.
 
Watt solucionó el problema de la energía desperdiciada, colocando un segundo cilindro detrás del cilindro del pistón. En este cilindro caía el agua fría y el vapor condensado, por lo que el cilindro del pistón se mantenía caliente y la energía del vapor no era desperdiciada para recalentar al cilindro enfriado, utilizándose así un mayor porcentaje de su energía para generar fuerza motriz, dando por resultado una máquina mucho más eficiente y fuerte. En 1765 produjo un modelo completamente funcional de esta máquina, en 1774 comenzó a comercializarlo junto a su socio empresarial Matthew Boulton, con quien creó la compañía Boulton and Watt y en 1795 abrieron una gran fábrica de máquinas de vapor en la ciudad inglesa de Smethwick.

James Watt nunca paró de perfeccionar sus modelos de máquinas de vapor, las cuales cada vez eran más rápidas, eficaces y energéticamente eficientes (aprovechaban mejor la energía provista por el carbón). Durante los siguientes años y hasta 1783 trabajó en el desarrollo de un sistema mecánico para convertir el movimiento lineal de su máquina en movimiento rotacional, mediante un sistema de bielas y manivelas, naciendo así la máquina de vapor rotativa. Con esto, la máquina de vapor tuvo diversos usos, dando lugar a la aparición, primero de máquinas industriales como hiladoras y telares automáticos para la producción de hilos y textiles de forma masiva, entre otros productos, y más adelante, de medios de transporte autopropulsados como los primeros automóviles experimentales a vapor (como el del francés Nicolás Cugnot que fue construido en el año 1769, hacia la misma época, o incluso antes, en que Watt estaba diseñando las primeras máquinas que convertían el movimiento lineal producido por los pistones en movimiento rotacional), barcos a vapor y ferrocarriles. En la parte inferior de la imagen se puede observar un ejemplar de la máquina de vapor de Watt.

Sin duda alguna, la máquina de vapor era el aparato más complejo que había inventado el ser humano hasta entonces y el que abrió la puerta a un nuevo mundo de máquinas automatizadas que reemplazarían a las personas y animales en cada vez más actividades o tareas que hasta entonces dependían exclusivamente de la fuerza bruta. Esta tendencia no se detuvo más y continúa aún en nuestros días, sólo que representada en tecnologías modernas como la electrónica o la robótica entre otras tantas.

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