Máquina de vapor

Uno de los inventos que revolucionó la sociedad fue la máquina de vapor. Seguramente, sin dicho dispositivo la era industrial no habría llegado y los trabajos serían más rudimentarios que en la actualidad. Su principio es sencillo, el vapor generado por el agua en ebullición produce trabajo que es empleado por una máquina.

Historia de la máquina de vapor

A través de la historia, una gran cantidad de registros han considerado a diferentes nombres como autores de la máquina de vapor. Sin embargo, todos concuerdan que el modelo de máquina de vapor que dio origen a la Revolución Industrial fue patentado por James Watt en 1769, aunque no es atribuible a él la idea original.

En el año 1757, Watt abrió un negocio de venta de instrumental matemático en la Universidad de Glasgow en donde estuvo en contacto con muchos científicos de la época y se interesó por las máquinas de vapor. En ese período se dio cuenta que los dispositivos existentes desperdiciaban grandes cantidades de energía y se concentró en solucionar dicho problema.

Una de las mejoras que realizó fue la invención del condensador o cámara de condensación que permitía un mayor rendimiento. De igual forma creó un mecanismo que permitía convertir el movimiento rectilíneo de la máquina en giratorio y con ello su invento podía ser usado para diversos fines como en bombas y locomotoras.

La versatilidad y el rendimiento del modelo patentado por Watt representaron un cambio para la sociedad a través de la Revolución Industrial.
Unidad en su honor

James Watt, además de sus innovaciones en la máquina de vapor, realizó otros aportes. Su legado hizo que lo distinguieran con una unidad del Sistema Internacional de Unidades que lleva su nombre: el vatio (W) que expresa potencia y en inglés se pronuncia Watt.

 

James Watt nació en Escocia el 19 de enero de 1736 y perteneció a sociedades científicas como Royal Society.

Partes de una máquina de vapor

Partes de una máquina de vapor usada en una locomotora.

Carbón: mineral usado como fuente de energía.

Cámara de combustión: depósito donde se quema el carbón para generar una reacción de combustión que transfiere calor a la caldera.

Caldera: depósito hermético en donde se ubica el fluido de trabajo de la máquina de vapor, generalmente es agua. El agua contenida se encuentra sometida a altas temperaturas que originan un cambio de estado en donde pasa del estado líquido al gaseoso (vapor de agua).

Pistón: se encuentra ubicado dentro de un cilindro y es accionado por el movimiento del vapor. Describe un desplazamiento rectilíneo.

Mecanismo de biela y manivela: permite transformar el movimiento rectilíneo generado por el pistón en movimiento rotatorio.

Rueda de transmisión: es accionada por el mecanismo de biela y manivela, su movimiento es empleado para diversos fines en conjunto con otros dispositivos, como un rotor en el caso de algunos generadores eléctricos.

Funcionamiento

La máquina de vapor permite convertir la energía térmica procedente del vapor de agua en energía mecánica. Es por ello, que se ubica dentro de la clasificación de motor de combustión externa porque el proceso de combustión se lleva a cabo fuera de la máquina.

El ciclo de trabajo de estas máquinas se realiza en dos etapas:

  1. Una caldera cerrada herméticamente calienta el agua para generar vapor que se desplaza dentro de un cilindro. El movimiento del vapor empuja un pistón que describe un movimiento rectilíneo hacia adelante y hacia atrás. Por medio de un sistema de biela-manivela que se encuentra conectado al pistón, se convierte su movimiento en rotatorio que posteriormente es usado, por ejemplo, para accionar las ruedas de una locomotora de vapor.
  1. Después de finalizar la carrera, el pistón regresa a su posición inicial y el vapor usado se expulsa.
Después del primer modelo de máquina de vapor ideado por Watt surgieron nuevas máquinas de vapor más eficientes como la rotativa, la de vapor de simple efecto o la de doble efecto.
Energía usada

A comienzos del siglo XX, durante la Revolución Industrial, el combustible por excelencia era el carbón, energía predilecta en el mundo para ese entonces. Las máquinas de vapor eran muy populares y empleaban carbón para calentar el agua en las calderas. Para la época, este combustible fósil era barato y de fácil acceso. Sin embargo, con la aparición del motor de combustión interna, las máquinas de vapor comenzaron a caer en desuso y con ello el empleo de carbón, que había sido desplazado por una fuente de energía más eficiente: el petróleo.

 

El carbón es el combustible fósil más contaminante ya que produce mayor cantidad de CO2 por kilogramo quemado (1,83 kg) y puede generar lluvia ácida.

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