¿Cómo se inventó la máquina de vapor?
Savery es un ingeniero británico. Entre 1689 y 1712 creó varias máquinas de vapor. Entre ellos se encuentra una máquina que se utiliza directamente para levantar agua. Su principio de funcionamiento es: el vapor ingresa a la bolsa de aire desde la caldera a través de la válvula abierta y luego presiona el agua hacia el tanque de almacenamiento de agua a través de la válvula móvil (en este momento, la otra válvula móvil está cerrada). Cuando no queda mucha agua en la bolsa de aire, la válvula se cierra y el agua se descarga del tanque de agua para enfriar la bolsa de aire, formando así una presión negativa en la bolsa de aire (presión negativa significa que la presión del aire aquí es inferior a la presión atmosférica). Bajo la acción de la presión atmosférica, el agua ingresa a la bolsa de aire desde el tubo de succión a través de la válvula móvil (en este momento la otra válvula está cerrada). Este ciclo se repite para lograr el propósito de bombeo continuo. Se dice que esta máquina de vapor tiene sólo 7 metros de altura y puede levantar más de diez toneladas de agua por hora, pero alguien necesita cerrar la válvula cada diez segundos. Si olvida abrir y cerrar la válvula a tiempo, puede provocar que la caldera explote. Además, las minas son profundas y a menudo requieren varias máquinas de vapor para extraer agua en varios pasos, lo que no es económico ni seguro, por lo que los propietarios de las minas se muestran reacios a utilizarlo.
La máquina de vapor de Newcomen fue una mejora adicional con respecto a la máquina de vapor de Savery. Newcomen era herrero. Añadió un enorme balancín al pistón, colgó un contrapeso en un lado del balancín y conectó una varilla de bombeo para aspirar aceite debajo de la masa de equilibrio. Cuando el peso del peso cae, el pistón de tracción se eleva y el vapor pasa de la caldera a la bolsa de aire a través de la válvula abierta. En este momento, la válvula se cierra, la puerta de agua de la bolsa de aire se abre y el agua fría ingresa a la bolsa de aire desde el tanque de agua, lo que hace que el vapor se condense y se forme una presión negativa en la bolsa de aire. Bajo la acción de la presión atmosférica, el pistón se mueve hacia abajo y levanta la varilla de bombeo.
La ventaja de la máquina de vapor Newcomen es que la bomba de aire en la parte de potencia está separada, la presión del aire es menor y es más segura. Más tarde, alguien cambió el proceso de apertura y cierre de válvulas por un volante y logró la automatización, por lo que muchas minas estuvieron dispuestas a adoptarlo.
La eficiencia de la máquina de vapor de Newcomen era muy baja. No fue hasta que J. Watt la mejoró aún más en 1769 que la máquina de vapor se utilizó ampliamente.
Watt fue un inventor escocés. Nació en Greenock el 9 de junio de 1763 en una familia de clase trabajadora. Debido a la influencia de su familia, estaba familiarizado con los conceptos básicos de la fabricación mecánica desde niño. A la edad de 18 años, trabajó como aprendiz en una relojería de Londres y aprendió a utilizar herramientas y fabricar instrumentos. Utilizó su tiempo libre para estudiar y practicar mucho, y dominó la tecnología de fabricación de instrumentos complejos como brújulas, cuadrantes y teodolitos. Posteriormente, Watt fue a la Universidad de Glasgow y fue responsable del mantenimiento del equipo docente. Durante los trabajos de reparación, se familiarizó con la estructura de la máquina de vapor, aclaró sus principios y descubrió las razones de su baja eficiencia. Resulta que el cilindro de la máquina de vapor Newcomen tenía que inyectar agua fría cada vez que se empujaba el pistón para condensar el vapor, por lo que el cilindro tenía que calentarse repetidamente, lo que consumía mucha energía térmica. En 1769, Watt inventó el condensador, un proceso para fabricar cilindros y pistones de precisión, y la máquina de vapor de simple efecto. Después de constantes experimentos, inventó la máquina de vapor de doble efecto, que empujaba el pistón desde ambos lados del cilindro. Usó un mecanismo de manivela para convertir el movimiento lineal alternativo en movimiento de rotación. También diseñó un gobernador centrífugo para controlar la velocidad de las máquinas de vapor. Después de una serie de innovaciones, la máquina de vapor fue mejorando gradualmente y su eficiencia mejoró enormemente. El uso generalizado de las máquinas de vapor en la industria impulsó el advenimiento de la Revolución Industrial.