Maquina de vapor
Historia
Desde mediados del siglo XVII se desarrollaron en las regiones más avanzadas tecnológicamente de Europa muchas máquinas movidas por vapor, aunque con distintos grados de eficiencia. Destacan, entre ellas, la máquina de los hermanos Musschenbroeken, en Leiden, en 1675; la máquina experimental de Denis Papin, en Alemania, en 1690; la máquina de aspiración de Thomas Savery, en 1698. Más tarde, en el siglo XVIII, se desarrollaron otras máquinas de vapor, como la atmosférica de Thomas Newcomen, en 1705; la de John Smeaton, en 1774; la de James Watt, en 1769, y la de Constantin Périer, en 1780.
Al principio la máquina de vapor más conocida era la de Thomas Newcomen, creada en su primera versión en 1705, y puesta en funcionamiento hacia 1711-12. En 1712 Newcomen inventó una bomba de vapor y, dos años más tarde, en 1716, fundó una compañía para la fabricación de sus máquinas de vapor, adueñándose de la mayor parte del mercado hasta 1774, cuando sucumbe ante la competencia de la máquina de vapor de Watt, más avanzada tecnológicamente y con mayor rendimiento.
La máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. Este ciclo de trabajo se realiza en etapas:
Etapas de la maquina de vapor
- Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela-manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.
- El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.
El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial, en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos como bombas, locomotoras y motores marinos, entre otros. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son de desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas; es decir, son atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas de vapor. En la actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado salvo para servicios auxiliares, ya que se ha visto desplazado especialmente por el motor eléctrico en la industria y por el motor de combustión interna.
James Watt y la maquina de vapor
La máquina de vapor del escocés James Watt fue inventada en 1765 y patentada en 1769. Las máquinas de Watt fueron construidas en 1774 por una empresa propiedad del inventor en sociedad con el empresario inglés Matthew Boulton. De esa fábrica salieron máquinas cada vez más perfeccionadas de acuerdo con las sucesivas patentes de invención correspondientes a los años de 1781, 1784 y 1794. Para 1775 la máquina de vapor de Watt ya era la más difundida en Inglaterra, pues superaba ampliamente a la de Newcomen: consumía sólo un tercio de carbón que la de Newcomen, y su rendimiento energético por unidad de vapor era cuatro veces superior. En realidad, Watt perfeccionó la máquina de Newcomen: al estar encargado de poner a punto un modelo reducido de máquina Newcomen, observó el desperdicio de calor hacia la atmósfera en forma de vapor y se le ocurrió condensar este último fuera del cilindro. Tras varias mejoras e innovaciones, creó su propio modelo, más eficiente que el de Newcomen.
Durante esos años la fuerza del vapor tuvo muchas aplicaciones industriales, y Watt fue aclamado como el gran innovador.
En la industria textil se utilizaba la máquina de Watt para mover la hilatura en 1785. Después, la aplicación de la máquina de vapor se generalizó en esa industria de una manera tal que llegó a provocar motines obreros, como sucedió en abril de 1826 en Blackburn, cuando se acusó a las máquinas de vapor de propiciar el desempleo obrero. En la industria metalúrgica se empleaba un fuelle a vapor para mover los hornos de coque, y se usaba la máquina de Watt en las minas de carbón desde 1776. En transporte y comunicaciones se utilizaba el vapor como fuerza motriz en el carro de Cugnot en 1769 y en el vehículo de Murdoch en 1784. Y luego se aplicó en la navegación y en la locomoción. En la navegación, se usó para propulsar el barco inventado por James Ramsey en 1784; el “Clermont”, de Robert Fulton, en 1807, el primer barco comercial a vapor; y el “Enterpriset’, en 1826, que fue el primer buque de vapor de alto bordo. En la locomoción, se aplicó en 1826, cundo se puso en servicio el primer ferrocarril movido por vapor (Barnes, 1955; Baruch, 1975; Cole, 1957; Dean, 1977; De Bono, 1975.
Revolución
La primera máquina de vapor rudimentaria fue la eolípila creada por Herón de Alejandría, un matemático e ingeniero griego en el Egipto romano del siglo i.1
En la máquina de vapor se basa la Primera Revolución Industrial que, desde fines del siglo xviii en Inglaterra y hasta casi mediados del siglo xix, aceleró portentosamente el desarrollo económico de muchos de los principales países de la Europa Occidental y de los Estados Unidos. Solo en la interfase que medió entre 1890 y 1930 la máquina a vapor impulsada por hulla dejó lugar a otros motores de combustión interna: aquellos impulsados por hidrocarburos derivados del petróleo.
Muchos han sido los autores que han intentado determinar la fecha de la invención de la máquina de vapor. Desde la recopilación de Herón hasta la sofisticada máquina de James Watt, son multitud las mejoras que en Inglaterra y especialmente en el contexto de una incipiente Revolución Industrial en los siglos XVII y XVIII condujeron sin solución de continuidad desde los rudimentarios primeros aparatos sin aplicación práctica a la invención del motor universal que llegó a implantarse en todas las industrias y a utilizarse en el transporte, desplazando los tradicionales motores, como el animal de tiro, el molino o la propia fuerza del hombre. Jerónimo de Ayanz y Beaumont, militar, pintor, cosmógrafo y músico, pero, sobre todo, inventor español, registró en 1606 la primera patente de una máquina de vapor moderna, por lo que se le puede atribuir la invención de la máquina de vapor. El hecho de que el conocimiento de esta patente sea bastante reciente hace que este dato lo desconozca la gran mayoría de la gente.
Aplicaciones de logística y transporte
Los motores de vapor se usan para dar potencia a una gran diversidad de aplicaciones auto transportadas:
- Marinas: Barco de vapor, embarcaciones de vapor, yates de vapor
- Raíl: Locomotora de vapor
- Agricultura: Motor de tracción, tractor de vapor
- Transporte por carretera: Furgones de vapor, autobuses de vapor, triciclos de vapor, automóvil de vapor
- Construcción: Apisonadora de vapor, excavadora de vapor
- Militar: Tanque de vapor, Catapulta de vapor
- Espacio: Cohete de vapor
En algunas de estas aplicaciones, hoy en día se usan motores de combustión interna debido a su alta relación potencia-peso, al menor mantenimiento requerido y a los requerimientos de espacio.
Autor: Eli Adolfo Torres Torres
Editor: Carlos Iván Pinzón Romero
Código: 4RI-10
Colegio: Colegio Orlando Higuita Rojas IED
Universidad: Universidad Central
Fuentes
Máquina de vapor. (2021, 15 junio) En Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_de_vapor
Fundación Aquae.(2021).¿Quién fue el inventor de la máquina de vapor? Fundación Aqua. https://www.fundacionaquae.org/wiki/quien-invento-la-maquina-de-vapor/
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UBUinvestiga. (11 Junio 2021).James Watt y la máquina de vapor | Grandes historias de la ciencia | CIEN&CIA 5x09[Video].YouTube. James Watt y la máquina de vapor | Grandes historias de la ciencia | CIEN&CIA 5x09