Patrimonio ETSII

A finales del siglo XVII la demanda de carbón para la calefacción de los hogares ingleses creció, esto obligó a la industria minera a idear nuevos métodos para bombear agua a las extracciones. Desde la Antigua Grecia, con las invenciones de Herón de Alejandría, basadas en el vapor, los científicos conocían la fuerza que podía tener el agua al calentarse y convertirse en vapor.

Por ello, Thomas Savery, en 1698, decidió comenzar a desarrollar una máquina que usaba el vapor como fuerza motriz. La máquina estaba muy limitada y podía explotar en cualquier momento. Así que le pidió a un antiguo empleado suyo, Thomas Newcomen, que intentara mejorar su máquina.

Newcomen junto a Robert Hooke y John Calley desarrollaron una máquina que aprovechaba el principio físico por el cual cuando un vapor se enfría y se condensa, su volumen se reduce en gran medida. Si este proceso se lleva a cabo en una cámara totalmente cerrada, se origina en ella un vacío. Por lo que, si colocamos un pistón en su cara superior, es decir dejamos que la parte superior de la cámara se mueva libremente, este se desplaza hacia abajo debido a la presión negativa producida en el interior por el vapor enfriado por un chorro de agua fría. Una vez que el pistón había finalizado su carrera, se abría la válvula inferior y se dejaba pasar el vapor procedente de una caldera de agua, llenando la cámara y ejerciendo una presión en el pistón, empujándolo hacia arriba para volver a empezar el ciclo. Esta máquina era mucho más segura y eficiente, de hecho, se utilizó durante todo el siglo XVIII, pero fue superada en todos los sentidos por la máquina ideada por Watt. 

James Watt, ingeniero e inventor escocés, descubrió que la máquina de Newcomen consumía tres cuartos de la energía del vapor en calentar el pistón y el cilindro. Conque en 1769 patenta una máquina que continuaría desarrollando y mejorando la máquina hasta que en 1783 pudo convertir el movimiento rectilíneo de la máquina, hasta ahora destinado únicamente para el bombeo de agua, en un movimiento rotatorio, que podría ser aprovechado por todo tipo de industrias como la textil, y más tarde, para las locomotoras.

En 1832, la compañía David Napier & Son Limited de Londres fabrica para las prensas de acuñación en la Fábrica Nacional de Moneda y Timbre en Madrid la máquina expuesta en la actualidad en nuestra Escuela. En 1900, fue sustituida por tecnología más moderna, y por ese motivo, fue donada a la Escuela en mayo de 1914 como reflejan los semanales de la época. Al principio, la máquina era móvil e incluso se pudo ver en funcionamiento más de una vez en esta sala, pero por motivos de seguridad, tras las diversas reformas del Edificio, se decidió mantener fija.

Esta máquina, en concreto, incluye alguna de las mejoras que incluyó Watts a su patente de 1769, ya que se trata de una “máquina de doble efecto”. Hay dos tubos a la izquierda del cilindro de vapor que conectan las válvulas superior e inferior. Estas dos tuberías permiten que ambos extremos del cilindro (arriba y abajo del pistón) se conecten alternativamente con la caldera y el condensador. Cuando un extremo está conectado a la caldera, el otro extremo está conectado al condensador. Por lo tanto, los impulsos hacia arriba y hacia abajo son idénticos, haciendo la máquina mucho más eficiente.

Otra mejora importante que podemos ver en nuestra máquina es el mecanismo biela-manivela, que Watt tuvo que añadir mucho tiempo después al no tener la patente, este mecanismo es el que permite transformar el movimiento lineal del pistón a uno circular, mucho más aconsejable para la industria. Este movimiento desplazaba la gran rueda que podemos ver, llamada volante de inercia. Sus grandes dimensiones se deben a que una vez que se movía, mantenía una potencia constante y suavizaba la acción de los recorridos alternos del pistón. Este volante añadía otro problema, si el movimiento se aceleraba o deceleraba, sería necesario controlarlo para mantenerlo constante.

Para ello, Watt adaptó los reguladores centrífugos de Huygens para controlar la válvula reguladora de entrada de vapor a la cámara del pistón. Este dispositivo se basa en la fuerza centrífuga, que aleja los cuerpos del eje de rotación, como la ropa que es empujada a las paredes del tambor de la lavadora.

El regulador de velocidad está conectado a la rueda del motor a través de una cadena y una polea en la base del regulador. La cadena hace girar al gobernador cuando gira la rueda del motor. Cuando el motor comienza a acelerar, el regulador gira más rápido y la fuerza centrífuga obligará a las bolas a elevarse. Cuando las bolas se extienden, un sistema de palanca transforma el movimiento radial de las esferas en deslizamiento lineal sobre el eje, desplazando una palanca cuya función es cerrar la válvula de mariposa, disminuyendo el flujo de vapor hacia el pistón y desacelerando el motor. Una desaceleración del motor creará el efecto contrario en el regulador y el acelerador.

La importancia que tuvieron las máquinas de vapor como esta para la historia y la industria europea son enormes, ya que, dio comienzo a la Primera Revolución Industrial (1750-1840). Los procesos industriales se empezaron a mecanizar, ya no era necesario el uso de animales o de personas para muchas tareas, la industria se hizo más eficiente y los costes de producción de textiles, materiales de construcción, obtención de materias primas… se redujeron bastante en poco tiempo. La sociedad entendió la importancia de la industria, la ingeniería y la ciencia en la vida de la gente. Es por ello, que surgió por toda Europa la figura del Ingeniero y, por tanto, la de Ingeniero Industrial. De hecho, es tanta la importancia de las máquinas de vapor, que el escudo del Colegio de Ingenieros Industriales cuenta, entre otros elementos, con un regulador centrífugo.