La Máquina de Vapor

Cuando nos preguntan quién fue el inventor de la máquina de vapor, rápidamente en nuestra mente aparece la imagen de James Watt, pero esta sería una respuesta incorrecta.
Watt, se limitó a patentar e introducir mejoras sobre una idea que ya fue inventada en el siglo I.

La primera máquina de vapor la tenemos que buscar en la obra de Herón de Alejandría, Spiritalia seu Pneumatica. El ingeniero y matemático griego, ideó esta primera máquina mediante experimentos con vapor de agua que le llevaría a descubrir de forma arcaica la ley de acción y reacción.
La llamada Aeópila de Herón (o támbién eópila) consiste en un dispositivo constituido por una cámara de aire que se autoimpulsa despidiendo vapor por uno o más orificios al recibir el agua calentada en otra cámara, y unida a la anterior mediante tubos por donde pasa el vapor, aunque también puede ser calentada en la misma cámara desde donde se expulsa el vapor. Las máquinas térmicas en general (entre las cuales la Aelópila es probablemente la de primera invención) transforman energía térmica en energía mecánica. Todas funcionan tomando calor de una fuente caliente y entregando a una fuente fría el que no se ha transformado en trabajo. En la Aelópila en particular, la fuente caliente es el mechero a alcohol. Sobre éste se encuentra una esfera con agua en su interior. Al encender el mechero se calienta el agua que pasa en forma de vapor a través de pequeñas aberturas en brazos salientes de la esfera. Es la presión ejercida por dicho vapor la que impulsa la aelópila que comienza a girar, según la ley de acción-reacción.
Con decadencia del Imperio Alejandrino -y con él la ciencia griega- hizo que esta máquina no fuese no fuese científicamente estudiada permaneciendo en el olvido y sirviendo sólo de juguete o entretenimiento.

Posteriormente se conocen otras utilizaciones de la aplicación de una hipotética máquina de vapor como en el órgano de Reims datado descrito en 1120 o el proyecto de aplicación a la navegación por Blasco de Garay en 1543, por poner algunos ejemplos.

Dándo un salto, para centrarnos en la evolución que luego llevaría a Watt a la patente de su máquina de vapor, nos encontramos con la invención -con ya más complejidad que las anteriores- del físico francés Denis Papin en 1687 -patentada en 1707- con la publcación de su Nouvelle manière pour lever l'eau par la force du feu , que toma como referencia la máquina del fuego del británico Thomas Savery. El sencillo dispositivo consistía en un cilindro vertical simple 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, funcionando principalmente con aire, más que con presión de vapor.Años más tarde,en 1712, un quincallero llamado Thomas Newcomen tomando como base la invención del ingeniero militar Thomas Savery construyó la primera máquina de vapor atmosférica de pistón. Utilizaba un pistón de simple efecto: una de las caras del émbolo estaba expuesta al exterior, a la presión atmosférica y la otra cara era la pared deslizante de un cilindro. En él se introducía vapor que hacía avanzar el émbolo. Al final del recorrido el cilindro se enfriaba por medio de un chorro de agua y por lo tanto el vapor condensaba, ocupando un volumen 2700 veces inferior. El vacío creado, "el poder de la nada" como fue llamado, no contrarrestaba la presión atmosférica de la otra cara del émbolo y por ello la pared móvil del cilindro retrocedía. Era este movimiento el que permitía elevar agua de una mina por medio de una bomba de pistón. Pero su rendimiento era muy pobre, tan solo el 0.5% de la energía del combustible utilizado.
Aún con su elevado consumo de combustible y el elevado desgaste de sus componentes, fue considerable su utilización, especialmente, en la creciente industria textil británica. Importantes invenciones y adaptaciones se aplicarón en base a esta máquina como la lanzadera volante de Kay en 1733, la Spinning Jenny de Hargreaves en 1765 o la Water Frame de Arkwright en 1767.
La Revolución Industrial británica ya había comenzado y será en 1769 cuando James Watt patente su máquina de vapor. Watt desarrolló mejoras en base a la máquina de Newcomen basadas en una cámara de condensación separada,el condensador, encargada de enfriar el vapor que incrementó significativamente la eficiencia y aplicó su invención sobre el movimiento paralelo con objeto de convertir el movimiento circular a un movimiento casi rectilíneo con el cilindro de doble efecto, que aceptaba vapor alternativamente a ambos lados del émbolo además del medidor de presión para medir la presión del vapor en el cilindro a lo largo de todo el ciclo de trabajo de la máquina, mostrando así su eficiencia y ayudándolo a perfeccionarla. El resultado de las mejoras aplicadas fue el aumento del rendimiento de la máquina hasta el 4%.
El funcionamiento de la máquina de vapor de Watt en sus distintas aplicaciones, lo podemos observar en los siguientes flash que nos ofrece la BBC:

Locomotora
Barco de vapor
Industria

FUENTES
Wikipedia
Thales
Área de Ingeniería de Sistemas y Automática de laEscuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial de Zaragoza
Colegio Nacional de Buenos Aires
Histodidáctica. Universitat de Barcelona