Máquina de Combustión Externa

Máquina de Combustión Externa.

Máquina de Vapor.

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

• 1 Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, 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.

• 2 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, motores marinos, etc. Las modernas máquinas de vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbo máquinas; 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 maquinaria industrial y por el motor de combustión interna en el transporte.

 

Historia Máquina de Vapor.

La Máquina de Vapor y James Watt.

 

Se cree que la primera máquina de vapor como tal, fue desarrollada en 1633. Esta creación pertenece a Eduard Somerset. La idea para desarrollarla, era el llevar agua desde el primer piso, hasta el segundo en un castillo en Londres. Pero su invento pasó al olvido, ya que de manera posterior, no pudo continuar con su desarrollo debido a la falta de fondos.

Para 1705, se desarrolló la llamada por su inventor, máquina de vapor atmosférica. Esta fue desarrollada por el ingeniero Thomas Newcomen. La gracia de su máquina, era aprovechar de manera económica, el vapor desarrollado por la combustión de fósiles naturales. Podemos ver su funcionamiento en la imagen animada de abajo.

Pero quien inventó la máquina de vapor que realmente revolucionó al mundo, fue el mecánico escocés James Watt. Quien mejoró notablemente, la máquina creada por Newcomen; en este diseño anterior, el agua se enfriaba en el mismo cilindro, por lo que su forma, no era del todo lo que se esperaba. El fue el que se considera el inventor de la primera máquina de vapor aunque realmente fue una máquina basada en la de Newcomen

Es así, como la máquina de vapor de Watt, hace que el vapor se condense en un recipiente especial, el condensador. Este condensador era conectado a un tubo externo con forma cilíndrica, al cual se le tapaba ambos extremos. Usando este mecanismo, la máquina de Watt, lograba que el cilindro siempre se mantuviera caliente, con lo cual, el ahorro de la energía proporcionada por la leña o el carbón, era muy superior a lo logrado por la máquina de Newcomen. Con ello, se evitaba la pérdida de calor, lo cual hacía que la performance de la máquina de Newcomen, no fuera la deseada. Más bien, la presentaba como una máquina rudimentaria y artesanal.

La primera máquina de vapor que inventó Watt, vio la luz en 1774. Gracias a la ayuda económica de Matthew Boulton. Ambos crearon una firma, para explotar la patente de la máquina de vapor recién creada. Como hemos podido apreciar, podemos señalar a James Watt como quien inventó la máquina de vapor que todos conocemos, sin desconocer todos los diseños y esfuerzos del pasado.

James Watt Nacido en Greenock, Escocia el 19 de enero de 1736, su padre era armador de origen escocés y le enseñó en la fabricación y uso de las herramientas y útiles náuticos. Desde joven se interesa por las Matemáticas y los aparatos de medición, conocimientos que incrementa tras viajara a Londres y contactar con Morgan de Cornhill. Tras volver a su lugar de origen, participa en varios trabajos para el Colegio de Glasgow, lo que le vale ser nombrado maestro dedicado a la fabricación de instrumentos matemáticos en su Universidad.

Watt estudió los usos y aprovechamientos que pudieran ser derivados del vapor, hasta ese momento poco aprovechados.

Así, inventó un prototipo que lograba reducir en gran medida el aporte de combustible, aplicando la presión del vapor para mover el pistón de un cilindro.

            El éxito conseguido hace que su modelo se expanda rápidamente por Londres, Manchester y Birmingham, ciudades en las que empiezan a experimentarse los inicios de la revolución industrial, y en las regiones donde el carbón, la energía más utilizada del momento, resulta más caro.

En 1781 desarrolló su segunda versión de la máquina de vapor, de doble efecto; agregándose la corredera de apertura y cierre de válvulas en 1782, y la mejora del mecanismo biela-manivela para convertir movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio en 1783, con lo que la máquina adquirió niveles de practicidad y confiabilidad que la hicieron servir de base motriz para máquinas textiles (Richard Arkwright) y otros dispositivos mas avanzados. La de Newcomen no había tenido difusión por tener muy bajo rendimiento.

El especial significado que tiene este desarrollo, es que nunca el hombre había contado con una máquina que le suministrara energía en forma confiable, sin recurrir a su propia fuerza ni a la de los animales. Hacia 1800 la máquina estacionaría a vapor ya era un producto comercial, y la firma Watt & Boulton tenía, por patentes y por su habilidad comercial, casi el monopolio en toda Europa.

El precio era fijado según la cantidad de caballos que podía reemplazar, de donde salió luego el término horsepower. El constante perfeccionamiento de estos motores, dio lugar a que en 1807 Robert Fulton y en 1814 George Stephenson presentaran los primeros barcos y locomotoras, iniciando la era de las máquinas a vapor móviles en barcos y ferrocarriles, dando lugar a los mayores emprendimientos comerciales del siglo XIX.

En 1882 se designa con el nombre de Watt a la unidad de potencia, equivalente a un Joule/seg o a una corriente de un Ampere pasando por una resistencia de un Ohm.  El kwatt = 1000 watt, también equivale a 102 kgm/seg = 1,36 CV = 1,34 HP